用APDL语言解决张弦梁结构找形问题的方法.doc

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1、用APDL语言解决张弦梁结构找形问题的方法齐永胜周泓苏康李国华（常州工学院，江苏常州）摘要在张弦梁结构的施工过程中，“找形”（FORMFINDING）具有非常重要的意义。本文利用通用有限元分析软件ANSYS5.7的APDL语言来运行逆迭代法，解决张弦梁的找形问题，并以常州工学院体育馆张弦梁结构为例进行了详细说明。关键词张弦梁找形有限元TheMethodofSolvingtheProblemofFormFindinginBSSbyAPDLQIYong-shengZHOUHongSUKangLiGu

2、o-hua(ChangzhouInstituteofTechnology,Changzhou)ABSTRACTIntheconstructionofBSS(beamstringstructure),formfindingisverysignificant.ThepaperusestheAPDLofuniversalfiniteelementsoftwareANSYS5.7tosolvetheformingfindingproblemofBSSbyinverse-iterationmethodan

3、dintroducesthedetailsthroughtheexampleofChangzhouInstituteofTechnologyGymnasium.KEYWORDSbeamstringstructureformfindingfiniteelementmethod张弦梁结构属于预应力梁－索结构体系，这种体系在初状态的几何形状和尺寸一般是由设计单位给定的。在施加预应力的过程中，张弦梁由零状态逐渐变形向初状态接近，待到变形达到初状态的几何要求时，预应力应达到设计要求（可以是一个范围），此时

4、张拉工作即告结束。对这类结构，其形状确定即通常说的“找形”（FORMFINDING）有两重含义：初状态预应力分布的确定和零状态放样几何的确定[1]。怎样从给定某个预拉力范围的初状态几何逆算出零状态几何，并进一步从零状态算到初状态以确定结构在初状态的内力、应力分布，在施工中具有非常重要的意义，但该结构明显的非线性特征使得找形工作相当困难，目前仍没有非常普遍成功的方法。为了解决张弦梁结构的找形问题，文献[1]提出了预应力梁－索体系形状确定的逆迭代法；文献[2]提出了改进的逆迭代法。不过编制非线性程序

5、工作量较大，调试难度较高，用于研究自然无碍，但对于工程人员直接在具体工程中应用显然不太可能。本文作者也曾提出一种简易的单榀张弦梁找形方法[3]，利用通用有限元分析软件ANSYS5.7的UPGEOM功能来解决单榀张弦梁的找形问题，该方法简便直观，但仅适用于单榀张弦梁，并且是在张拉变形较小的前提下适用。本文则提供一种利用ANSYS5.7的APDL语言来运行逆迭代法进行张弦梁结构找形的实用方法。1逆迭代法的简介逆迭代法实际上是一个非常自然的思路：既然设计蓝图上的张弦梁几何尺寸是初状态（预应力张拉完毕时

6、结构的状态）的尺寸，那么就可以以此初状态尺寸为近似零状态尺寸建立有限元模型，然后对其施加预应力（预应力值按设计要求）进行张拉，得到近似初状态。然后将此近似初状态的几何尺寸与设计图中真正的初状态的几何尺寸的差值反向增加到原有限元模型的节点坐标上，作为近似初状态重新建模，并再次进行张拉，如此循环迭代，直到近似初状态与初状态的坐标差值足够小，即可视此近似初状态为初状态，而由之张拉而来的近似零状态为我们要求的零状态。如此既可得到零状态几何（施工人员据此放样），又可得到初状态的内力、应力分布，从而完成了找

7、形工作。实践证明，只需进行次数不多的迭代，就可达到足够的找形计算精度。2用APDL语言实现逆迭代法的思路和步骤尽管逆迭代法的思路很自然，工程人员接受起来毫无困难，但具体实现起来却具有相当的难度，主要表现在非线性程序编制和调试费时费力，不适合工程人员针对具体工程进行运用。通用有限元分析软件ANSYS5.7本身具有很强的非线性计算能力，而且它提供了一种APDL语言（ANSYSParametricDesignLanguage的缩写），具有优良的循环、判断等功能，可以有效地实现对程序的控制。因而借助AP

8、DL语言来方便地利用ANSYS5.7强有力的非线性计算能力来运行逆迭代法，解决张弦梁结构的找形问题就成为一种可行的思路，其步骤如下：（1）按初状态建立张弦梁有限元模型，并用二维数组INITIAL和NEWLONG分别储存节点坐标。INITIAL表示初状态节点坐标值，是常值；NEWLONG表示近似零状态节点坐标值，计算过程中逐步调整。（2）施加重力和预拉力对结构加载，即以初状态为近似零状态对张弦梁施加预应力进行张拉，然后用UPGEOM功能将有限元模型更新到新位置，此新位置表示近似初状态，其节点坐标值