結構工程仿真技術12課件

第12講索、混凝土和巖土結構本講主要內(nèi)容：一、索結構：單索、索網(wǎng)、膜等的分析。二、鋼筋混凝土結構的分析三、預應力混凝土結構的分析四、結構-土相互作用分析一、索結構索的理論計算一般采用兩個基本假定:★索為理想柔性的，即不能受壓，也不能抗彎；★索的材料符合符合定律。索所受均布荷載一般分為兩種形式：★沿著索曲線的弦線均勻分布，索的形狀為拋物線；★沿著索的弧長均勻分布，索的形狀為懸鏈線，如索自重作用下的形狀?！锔鶕?jù)理論分析結果，索的垂度越小二者差別越小；而實際索的垂度都比較小，當采用沿著索弦線均勻分布的荷載時，二者誤差較小可為工程所接受。安裝時是否張拉：★不張拉的索僅由自重或外部荷載在索內(nèi)產(chǎn)生一定的應力；★張拉索則由自重、預應力和外部荷載在索內(nèi)產(chǎn)生應力。1單懸索分析索分為三個力學狀態(tài)：★無應力狀態(tài)：指加工放樣后的索或索段，該狀態(tài)索內(nèi)不存在應力，不承受任何荷載?！锍跏紶顟B(tài)：指僅承受自重或預應力作用下的自平衡狀態(tài)，不考慮外部荷載的作用。該狀態(tài)提供了分析結構在外部荷載作用下所必須的所有初始條件，如結構幾何和預應力等?！锕ぷ鳡顟B(tài)：指在外部荷載作用下所達到的平衡狀態(tài)。

單懸索是指安裝時不張拉的單根索，即索無初始應力或無初應變。

1單懸索分析1單懸索分析★ANSYS中的LINK10為索單元，該單元通過KEYOPT

設置可僅受拉或僅受壓，以模擬張緊索或松弛索?！锍鯌兪腔跓o應力時的索長和當前索長（兩節(jié)點之間的距離）計算，因此采用加速度施加自重時應考慮該因素，以避免結果錯誤?！锼鞯拇苟群退綇埩榻Y果，必須已知其中一個參數(shù)才能惟一確定索的線形或張力?！镆话阍O計單懸索時，可根據(jù)實際要求確定索的垂度，或者根據(jù)應力條件預先擬定索的張力。該問題可歸結為已知張力找形或已知形狀求索力兩類問題?！顰NSYS分析單懸索問題時，可采用兩種方法，即直接迭代法和找形分析法。1單懸索分析⑴直接迭代法

在索弦線位置創(chuàng)建模型，采用實際材料性質(zhì)和實常數(shù)，并設置很小的初應變，施加自重荷載（沿弧長分布），逐步更新有限元模型，以索水平張力或索力為收斂條件進行迭代，其最終結果即為索在自重荷載作用下的初始變形?；具^程如下：①創(chuàng)建幾何模型和有限元模型：在索弦線位置上創(chuàng)建幾何模型。設置實際的材料性質(zhì)和實常數(shù)，設置任意很小的初應變以獲得求解穩(wěn)定性。②求解并不斷更新有限元模型：施加自重荷載后求解，更新有限元模型不斷改變索的幾何，如果求解后的結果不能滿足收斂條件，則繼續(xù)求解直到滿足迭代要求的收斂條件。此過程結束后獲得初始狀態(tài)，即在自重荷載作用下索的內(nèi)力和幾何。③施加外荷載求解：在獲得初始狀態(tài)后，施加其他外荷載，進行工作狀態(tài)分析。

1單懸索分析!懸索直接迭代求解finish$/clear$/filname,ex820$/prep7!定義幾何參數(shù)和荷載參數(shù)等，定義單元類型和材料性質(zhì)-------------------------------------l0=120$xh=20$area=7.016e-4$em=7.89e10 !定義幾何參數(shù)、面積、彈性模量q0=65$qf=10000 !定義索單位重量(N/m)和集中荷載(N)h0=9000 !定義自重作用下的水平張力（已知）err0=2/100$enum=60$istran=1.0e-6 !定義迭代條件、單元數(shù)目、初應變et,1,link10$r,1,area,istran !定義單元和實常數(shù)mp,ex,1,em$mp,prxy,1,0.3 !定義材料性質(zhì)mp,dens,1,q0/area !采用換算密度，且為N/m3單位!在弦線位置創(chuàng)建模型，施加約束和自重荷載-------------------------k,1$k,2,l0,-xh$l,1,2 !創(chuàng)建幾何模型lesize,all,,,enum$lmesh,all !生成有限元模型d,node(0,0,0),all$d,node(l0,-xh,0),all !施加約束node1=nelem(enum/2,1) !獲得中間單元的兩個節(jié)點號node2=nelem(enum/2,2) !以備后面使用acel,,1.0$finish !施加值為1的加速度（自重）1單懸索分析!求解、進入后處理獲得索內(nèi)力、更新有限元模型、判別收斂條件是否滿足------pass1=1*dowhile,pass1/solu$antype,0$nlgeom,on$sstif,on !定義靜態(tài)求解、打開大變形與應力剛度選項nsubst,20$outres,all,all$solve$fini !定義子步數(shù)、輸出結果、求解/post1$set,last,last !進入后處理，選擇最后荷載步的最后子步*get,nfor,elem,enum/2,smisc,1 !獲得跨中單元的索力并計算其余弦cosref=(nx(node2)-nx(node1))/distnd(node1,node2)nfor=nfor*abs(cosref) !計算跨中單元的水平張力（可用其他單元）err1=abs(nfor-h0)/h0$finish !計算當前索水平張力誤差/prep7 !進入前處理，更新有限元模型*if,err1,lt,0.05,then !如果誤差小于5%時upgeom,0.1,last,last,ex820,rst$*else !模型更新系數(shù)采用較小數(shù)值upgeom,1,last,last,ex820,rst$*endif !否則模型更新系數(shù)采用較大數(shù)值*if,err1,lt,err0,exit$*enddo !如滿足迭代條件，退出循環(huán)1單懸索分析!獲得初始狀態(tài)索長、無應力索長等----------------------------------------------------/post1$set,last,last$plesol,smisc,1 !繪制索力etable,epelt,lepel,1 !定義單元表s=0$ds=0*do,i,1,enum !對單元數(shù)目循環(huán)*get,eleng,elem,i,leng !獲得當前單元的長度*get,epel,elem,i,etab,epelt !獲得當前單元的應變s=s+eleng$ds=ds+eleng*epel !計算索長和索的變形*enddos0=s-ds!求解外荷載作用下的內(nèi)力和變形-------------------------------------------------------/solu$nlgeom,on$nsubst,20$outres,all,allf,node1,fy,-qf$solve$finish1單懸索分析1單懸索分析⑵找形分析法

基本原理是在索弦線位置創(chuàng)建模型，采用很大的初始應變和較小的彈性模量，施加自重荷載，其變形即為初始狀態(tài)的線形。在此線形下，恢復實際彈性模量，假定很小的初始應變，求得索在自重荷載作用下的初始狀態(tài)。基本過程如下：①找形分析設置較大的初應變便較快收斂。可根據(jù)初始水平張力和初應變，確定一“假定的較小的彈性模量”。施加荷載和約束后求解，如果自重荷載以加速度施加，要注意加速度施加在未變形的單元上，因此應將密度除以（1-初應變）。②初始狀態(tài)分析找形分析后，恢復真實的彈性模量，并設置很小的初應變以獲得求解穩(wěn)定性。求解后若索內(nèi)水平張力與已知的張力不符，可采用類似“直接迭代法”中的迭代過程。③工作狀態(tài)分析在初始狀態(tài)分析完成后，即可施加外荷載進行分析，從而獲得基于初始狀態(tài)的外荷載作用下的結果。

2菱形單片索網(wǎng)分析一般在設計索網(wǎng)結構時，大多給定期望的預應力狀態(tài)和幾何邊界，要求確定初始形狀，這里僅就此問題進行介紹。形狀確定問題簡稱“找形”，其基本原理是減小彈性剛度的影響，利用結構的應力剛度求得滿足邊界條件的平衡曲面，當完全不計彈性剛度時獲得索網(wǎng)的最小曲面，因此在找形分析時應采用較小的彈性模量，且不施加外荷載和自重荷載。找形完畢后，恢復材料的真實彈性模量和初始應變，并施加外荷載進行求解。2菱形單片索網(wǎng)分析如圖所示的菱形索網(wǎng)，設各索支承在剛性邊梁上，各索截面相等且面積為0.001468m2，彈性模量為210GPa，各索預應力為800kN。2菱形單片索網(wǎng)分析!EX8.22菱形索網(wǎng)找形與分析!定義幾何參數(shù)、單元及材料常數(shù)等---------------------------------------------------------------finish$/clear$/filname,ex822$/prep7 !工作文件名為EX822netnum=4$netsiz=9.15$f=3.66 !定義索網(wǎng)數(shù)、網(wǎng)格尺寸及垂度a=0.001468$t0=8e5$deadld=1e3 !定義索面積、初始預應力及外荷載et,1,link10 !定義單元類型istran=0.999$r,1,a,istran !定義很大的初始應變mp,ex,1,t0/(istran*a)$mp,prxy,1,0.3 !定義彈性模量（換算得到）!在平面位置創(chuàng)建幾何模型并生成有限元模型----------------------------------------------------k,1$k,2,0,netnum*netsiz !定義關鍵點KP1和KP2k,3,netnum*netsiz !定義關鍵點KP3l,1,2$l,1,3$l,2,3 !創(chuàng)建線，形成索網(wǎng)的1/4部分（三角形）ldiv,all,,,netnum !將所有線等分為netnum份*do,i,1,netnum-1 !通過循環(huán)創(chuàng)建水平和豎線xi=i*netsiz$yi=(netnum-i)*netsiz !計算各關鍵點的X和Y坐標l,kp(xi,0,0),kp(xi,yi,0) !通過坐標獲得關鍵點號并創(chuàng)建線（豎線）l,kp(0,xi,0),kp(yi,xi,0)$*enddo !通過坐標獲得關鍵點號并創(chuàng)建線（水平線）lsel,u,tan1,x$lsel,u,tan1,y$ldel,alL !刪除邊界線（斜線）lsel,all$lovlap,all !選擇所有線，并執(zhí)行線搭接生成關鍵點lsymm,x,all$lsymm,y,all$nummrg,all !對稱生成其余部分，并合并相同圖素2菱形單片索網(wǎng)分析等分線創(chuàng)建線搭接對稱2菱形單片索網(wǎng)分析*do,i,1,netnum+1 !循環(huán)施加各邊界關鍵點約束條件xi=(i-1)*netsiz$yi=(netnum+1-i)*netsiz !計算X和Y坐標dfv=f-(netnum+1-i)*2*f/netnum !計算X和Y坐標處的支座位移值dk,kp(xi,yi,0),ux,,,,uy$dk,kp(xi,yi,0),uz,dfvdk,kp(xi,-yi,0),ux,,,,uy$dk,kp(xi,-yi,0),uz,dfvdk,kp(-xi,yi,0),ux,,,,uy$dk,kp(-xi,yi,0),uz,dfvdk,kp(-xi,-yi,0),ux,,,,uy$dk,kp(-xi,-yi,0),uz,dfv$*enddolesize,all,,,1$lmesh,all !定義每條線劃分一個單元并劃分單元2菱形單片索網(wǎng)分析!求解并更新有限元模型（打開大變形選項）-----------------------------------------/solu$antype,0$nlgeom,on$nsubst,10$solve$finish/prep7$upgeom,1,last,last,ex822,rst!如果所求得的各索內(nèi)力相差稍大，可在此基礎上再次更新幾次模型即可-----*do,i,1,netnum+1 !將原支座位移設為零xi=(i-1)*netsiz$yi=(netnum+1-i)*netsiz !計算X和Y坐標dk,kp(xi,yi,0),uz$dk,kp(xi,-yi,0),uz !施加新的約束條件dk,kp(-xi,yi,0),uz$dk,kp(-xi,-yi,0),uz$*enddo*do,i,1,5$finish$/solu$solve$finish !求解并更新有限元模型/prep7$upgeom,1,last,last,ex822,rst$*enddo2菱形單片索網(wǎng)分析!恢復真實的材料常數(shù)，并施加外荷載求解-------------------------------------------mp,ex,1,2.0e11$r,1,a,t0/(a*2.0e11) !恢復彈性模量和實常數(shù)/solu$time,1$solve !初始狀態(tài)求解（形狀與索力幾乎不變）time,2$f,all,fz,-deadld*netsiz*netsiz !施加外荷載并求解solve3多片索網(wǎng)分析多片索網(wǎng)分析與菱形單片索網(wǎng)分析類似，但幾何邊界和要求復雜一些。例如，類似德國慕尼黑滑冰館屋蓋結構的外形尺寸如圖所示。該結構由兩片索網(wǎng)組成，索網(wǎng)上緣支承在位于屋蓋中軸線的拋物線剛性拱上，下緣錨固在橢圓線剛性邊梁上。設所有索截面相等且面積為0.00222m2，索的預應力為100kN。3多片索網(wǎng)分析3多片索網(wǎng)分析4

傘形索網(wǎng)分析5膜結構找形分析

膜結構與索結構類似，其分析過程主要有找形分析、承載分析及裁減分析，這里僅就找形分析中的有限元法說明如下。膜結構的有限元找形的基本方法有兩種，即從初始幾何開始迭代和從平面狀態(tài)開始迭代，前者從一基本幾何形狀開始，通過不斷改變膜面應力經(jīng)過迭代得到相應的形狀；后者從平面狀態(tài)開始，通過逐步改變控制點的坐標（支座位移）并經(jīng)過平衡迭代，得到相應的形狀。因此膜結構的找形分析就是通過給定控制點坐標和膜面應力分布狀態(tài)，尋求與之相對應的平衡曲面形狀。二、鋼筋混凝土結構-概述⑴分析模型鋼筋砼結構模型3種方式：分離式、組合式和整體式。ANSYS：分離式和整體式兩種模型。分離式模型把鋼筋和混凝土作為不同的單元來處理，即混凝土采用8節(jié)點三維非線性實體單元SOLID65，鋼筋采用LINK8桿單元或PIPE20管單元。整體式模型也稱分布式模型或彌散鋼筋模型，即將鋼筋連續(xù)均勻分布于整個單元中，它綜合了混凝土與鋼筋對剛度的貢獻，其單元僅為SOLID65，通過參數(shù)設定鋼筋分布情況。通常混凝土裂縫的處理方式有離散裂縫模型、分布裂縫模型和斷裂力學模型。ANSYS則均采用分布（彌散）裂縫模型的處理方式。1概述分離式模型的優(yōu)點是可考慮鋼筋和混凝土之間的粘接和滑移，而整體式模型則無法考慮粘接和滑移，認為混凝土和鋼筋之間粘接很好是剛性連接。分離式模型建模復雜，尤其是鋼筋較多且布置復雜時，且計算不易收斂；而整體式模型建模簡單，計算易于收斂，但其結果較分離式模型粗略。對實際鋼筋混凝土結構，由于結構構件多且鋼筋布置復雜，建議采用整體式模型進行分析，其結果也足夠精確；對于單個構件，如簡支梁或柱且要考慮其它因素影響時，可采用分離式模型進行分析，以便于數(shù)值試驗或與試驗結果進行對比分析，從而獲得參數(shù)分析結果。

1概述⑵材料的本構關系與破壞準則

SOLID65單元是在SOLID45單元的基礎上考慮混凝土的特性而建立的，因此該單元除具有SOLID45單元的特性外，還能夠考慮混凝土的開裂和壓碎?；炷敛牧系谋緲嬯P系可采用多線性等向強化模型MISO、多線性隨動強化模型MKIN、DP模型等，鋼筋可采用雙線性隨動強化模型BKIN和雙線性等向強化模型BISO等。當不輸入本構關系時，在混凝土開裂和壓碎之前，ANSYS采用缺省的本構關系，即混凝土和鋼筋均采用線性本構關系。要輸入混凝土的本構關系，則首先確定采用何種單軸受壓的應力應變關系。該關系表達式眾多，可參考相關資料或規(guī)范選取，建議采用GB50010-2002推薦公式或Hongnestad公式。1概述

SOLID65將破壞分為4種情況，即通過主應力狀態(tài)確定為四個區(qū)域，在不同的區(qū)域采用不同的破壞準則?！镌趬?壓-壓區(qū)域（）：采用Willam-Warnker五參數(shù)破壞準則，如滿足破壞準則混凝土將被壓碎；★在拉-壓-壓區(qū)域（）：基本采用Willam-Warnker破壞準則，如滿足破壞準則混凝土在垂直于主應力的平面發(fā)生開裂；★在拉-拉-壓區(qū)域（）：不再采用Willam-Warnker破壞準則，極限抗拉強度隨絕對值的增大而降低，如滿足破壞條件，在垂直拉應力的方向上產(chǎn)生開裂；★在拉-拉-拉區(qū)域（）：應力超過混凝土的極限抗拉強度就發(fā)生開裂，也即在垂直拉應力的方向上都可能發(fā)生開裂。1概述上述破壞準則的參數(shù)輸入格式為：

TB,CONCR,1,1,9 TBDATA,,C1,C2,C3,C4,C5,C6 TBDATA,,C7,C8,C9C1---張開裂縫的剪力傳遞系數(shù)

C2---閉合裂縫的剪力傳遞系數(shù)C3---單軸抗拉強度

C4---單軸抗壓強度C5---雙軸抗壓強度

C6---圍壓大?。ㄓ糜贑7和C8）C7---圍壓下的雙軸抗壓強度

C8---圍壓下的單軸抗壓強度C9---拉應力釋放系數(shù)1概述

破壞準則通過C3~C8五個參數(shù)確定，缺省時也可僅由C3和C4確定，此時，，，且滿足，即缺省設置適用于圍壓較小的情況。當圍壓較大時，應根據(jù)材料試驗給定全部五個參數(shù)，否則結果可能不正確。張開裂縫的剪力傳遞系數(shù)對計算結果影響較大，此值在0~1.0之間，一般取0.3~0.5，也有對梁取0.5、對深梁取0.25、對剪力墻取0.125等經(jīng)驗之談，建議取較大的數(shù)值；閉合裂縫的剪力傳遞系數(shù)一般取0.9~1.0。拉應力釋放系數(shù)缺省時為0.6，可通過SOLID65單元的KEYOPT(7)=1改變此值。當KEYOPT(7)=0時不考慮拉應力釋放，即為脆性開裂；當KEYOPT(7)=1時為半脆性開裂，這樣設置易于收斂。1概述⑶收斂控制與策略

鋼筋混凝土結構計算的最大困難在于正常收斂。當接近結構失效時正常收斂將非常困難，這是很正常的不收斂，可通過后處理將收斂的結果提取出來以供分析之用。但有時會在很小的荷載作用下，就發(fā)生不收斂現(xiàn)象，這是非正常的不收斂。為解決非正常不收斂直到正常不收斂或正常收斂，需要考慮如下的主要影響因素。①SOLID65單元的KEYOPT選項KEYOPT(1)=0或1時分別為考慮或不考慮形函數(shù)的附加項，不考慮形函數(shù)的附加項易于收斂，即KEYOPT(1)=1?？紤]與否對結果有一定的影響，尤其是對開裂后壓碎之前的結果。KEYOPT(7)=1或0時分別為考慮或不考慮拉應力釋放，考慮拉應力釋放易于收斂。1概述②分析模型在滿足要求的情況下盡量采用整體式分析模型，其收斂情況較分離式模型強很多。③網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度也是單元尺寸大小問題，單元尺寸越小，越容易造成應力集中，從而造成開裂越早。一般而言，混凝土單元尺寸不宜小于50mm。并且在可能出現(xiàn)應力集中的部位應控制網(wǎng)格密度不宜太大。對于不同的結構，合適的網(wǎng)格密度需要在不斷調(diào)整中獲得。④子步數(shù)

NSUBST的設置非常重要，設置太大或太小都不能達到正常收斂。合適的子步數(shù)也需要在不斷調(diào)整中獲得，但該值的正常范圍很大，一旦開始收斂再改變此值對幫助收斂效果不明顯。1概述⑤收斂準則與精度改變收斂準則對正常收斂及結果影響均很大，缺省時采用的是位移收斂準則和力收斂準則。當為力加載時，建議采用位移收斂準則；當為位移加載時，建議采用力收斂準則。改變收斂精度不能徹底解決收斂的問題，適當放寬收斂條件可加速收斂，一般采用2%~3%。⑥混凝土壓碎的設置當不考慮混凝土壓碎時，計算容易收斂。分析時建議關掉壓碎選項，如果必須設置壓碎選項，則需通過不斷調(diào)整以獲得正常收斂，以改變收斂準則和收斂精度最為有效。關閉開裂選項時將參數(shù)C3設為-1，關閉壓碎選項時將參數(shù)C4設為-1。1概述⑦加載點和支承處處理點荷載引起應力奇異，引起加載點過早開裂或壓碎，造成收斂困難。支承處同樣會引起應力集中，造成收斂困難。解決方法是在加載點增加彈性墊板或施加面荷載防止產(chǎn)生應力奇異，增大支承處單元尺寸可防止應力集中。⑧下降段求解與粘接滑移

需要計算下降段時，應采用位移加載。鋼筋和混凝土粘接滑移可采用界面單元（如雙彈簧單元），也可采用折減鋼筋彈性模量的近似方法，其折減量建議為60%~80%。當為反復荷載作用時，由于滑移量較大，建議采用界面單元方法。⑨其他選項打開線性搜索、預測等項，可加速收斂，但有時花費巨大且不能根本上解決收斂問題。2分離式模型如圖所示的鋼筋混凝土簡支梁，混凝土采用C30，鋼筋全部采用HRB335?？缰屑泻奢dP作用于一剛性墊板上，墊板尺寸為150×100mm。

2分離式模型⑴模型與單元

分離式模型：混凝土SOLID65單元，鋼筋LINK8單元；粘接滑移：不考慮；創(chuàng)建模型：將幾何實體以鋼筋位置切分，劃分網(wǎng)格時將實體的邊線定義為鋼筋。加載點：均布荷載。支座：線約束。模型大?。豪脤ΨQ性，創(chuàng)建1/4模型。網(wǎng)格尺寸：單元尺寸以50mm左右為宜。⑵材料性質(zhì)

當有試驗資料時應采用試驗數(shù)據(jù)。這里均采用《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)規(guī)定的強度設計值。2分離式模型2分離式模型②鋼筋

鋼筋的屈服強度，彈性模量，泊松比。鋼筋的應力應變關系可采用理想彈塑性模型，為幫助收斂也可采用具有強化階段的彈塑性模型。這里采用雙線性等向強化模型BISO模擬。如圖所示為鋼筋應力應變關系曲線。2分離式模型!EX8.26鋼筋混凝土簡支梁數(shù)值分析----------------------------------------------------finish$/clear$/config,nres,2000$/prep7 !設置結果的荷載子步最大為2000!1.定義單元與材料性質(zhì)----------------------------------------------------------------------et,1,solid65,,,,,,,1$et,2,link8 !定義單元及KEYOPT參數(shù)mp,ex,1,13585$mp,prxy,1,0.2 !定義混凝土材料的彈性模量和泊松比fc=14.3$ft=1.43 !混凝土單軸抗壓強度和單軸抗拉強度tb,concr,1$tbdata,,0.5,0.95,ft,-1 !定義混凝土材料及相關參數(shù)，關閉壓碎tb,kinh,1,,11 !定義混凝土應力應變曲線，用KINH模型tbpt,,0.0002,fc*0.19$tbpt,,0.0004,fc*0.36$tbpt,,0.0006,fc*0.51tbpt,,0.0008,fc*0.64$tbpt,,0.0010,fc*0.75$tbpt,,0.0012,fc*0.84tbpt,,0.0014,fc*0.91$tbpt,,0.0016,fc*0.96$tbpt,,0.0018,fc*0.99tbpt,,0.002,fc$tbpt,,0.0033,fc*0.85mp,ex,2,2.0e5$mp,prxy,2,0.3 !鋼筋材料的彈性模量和泊松比tb,biso,2$tbdata,,300,0 !鋼筋的應力應變關系，用BISO模型pi=acos(-1) !定義參數(shù)π及鋼筋實常數(shù)（面積）r,1,0.25*pi*22*22$r,2,0.25*pi*22*22/2$r,3,0.25*pi*10*10$r,4,0.25*pi*10*10/2!V11版本以上不支持MISO的下降段應力應變曲線2分離式模型2分離式模型!2.創(chuàng)建幾何模型------------------------------------------------------------------------------------------------blc4,,,150/2,300,2000/2 !創(chuàng)建1/4梁體模型，并在鋼筋位置進行切分*do,i,1,9$wpoff,,,100$vsbw,all$*enddo !循環(huán)切分，切出箍筋位置wpcsys,-1$wpoff,,,50$vsbw,all !再次切分，切出擬加載面wpcsys,-1$wprota,,-90$wpoff,,,30$vsbw,all !切出拉區(qū)鋼筋豎向位置wpoff,,,240$vsbw,all !切出壓區(qū)鋼筋豎向位置wpcsys,-1$wpoff,30$wprota,,,90$vsbw,all !切出鋼筋水平位置wpcsys,-12分離式模型!3.劃分鋼筋網(wǎng)格---------------------------------------------------------------------------elemsiz=50 !網(wǎng)格尺寸變量，這里設為50mmlsel,s,loc,x,30$lsel,r,loc,y,30 !拉區(qū)外側鋼筋，定義組件，設置屬性等cm,zj,line$latt,2,1,2$lesize,all,elemsizlsel,s,loc,x,75$lsel,r,loc,y,30 !拉區(qū)中間鋼筋，定義組件，設置屬性等cm,zjb,line$latt,2,2,2$lesize,all,elemsizlsel,s,loc,x,30$lsel,r,loc,y,270 !壓區(qū)鋼筋，定義組件，設置屬性等cm,jlj,line$latt,2,3,2$lesize,all,elemsizlsel,s,tan1,z$lsel,r,loc,y,30,270 !對稱位置外的箍筋，定義組件，設置屬性等lsel,r,loc,x,30,70$lsel,u,loc,z,50cm,gj,line$latt,2,3,2$lesize,all,elemsizlsel,s,loc,z,0$lsel,r,loc,y,30,270 !對稱位置處的箍筋，定義組件，設置屬性等lsel,r,loc,x,30,70$cm,gjb,line$latt,2,4,2$lesize,all,elemsiz$lsel,allcmsel,s,zj$cmsel,a,zjb$cmsel,a,jlj$cmsel,a,gj$cmsel,a,gjb$cm,gj,linelmesh,all$lsel,all !選擇所有鋼筋劃分單元網(wǎng)格!4.劃分混凝土網(wǎng)格-------------vatt,1,,1$mshkey,1$esize,elemsiz$vmesh,all$allsel,all2分離式模型!5.施加荷載和約束--------------------------------------------------------------------lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,z,900 !選擇支承位置的線dl,all,,uy !施加約束豎向約束（此處采用線約束）asel,s,loc,z,0$da,all,symm !選擇跨中對稱面，施加對稱約束asel,s,loc,x,75$da,all,symm !選擇水平對稱面，施加對稱約束p0=180000$q0=p0/150/100 !假定P0=180kN，并求均布荷載Q0asel,s,loc,z,0,50$asel,r,loc,y,300 !選擇加載面sfa,all,1,pres,q0$allsel,all !施加均布荷載q0!6.求解控制設置與求解--------------------------------------------------------------------------/solu$antype,0$nsubst,100,,10$outres,all,all$autots,onneqit,50 !設置每個荷載子步的迭代次數(shù)為50cnvtol,u,,0.02 !采用位移收斂準則，且收斂誤差為2%solve!7.進入POST1查看結果----------------------------------------------------------------/post1$set,last$pldisp,1 !設置最后荷載步，查看變形esel,s,type,,2 !選擇所有鋼筋單元etable,saxl,ls,1$plls,saxl,saxl !定義單元表，繪制鋼筋應力圖esel,s,type,,1 !選擇混凝土單元/device,vector,on$plcrack !設置矢量模型，繪制裂縫和壓碎圖2分離式模型圓形表示開裂平面，八面體表示壓碎。已開裂的裂縫閉合后，則在圓內(nèi)打叉表示。每個積分點可在三個垂直方向開裂，用紅色表示某積分點的第一次開裂，用綠色表示該積分點的第二次開裂，用藍色表示該積分點的第三次開裂。2分離式模型!8.進入時程后處理查看結果--------------------/post26nsol,2,205,u,y!變量2為節(jié)點豎向位移prod,3,2,,,,,,-1!變量3將其反號prod,4,1,,,,,,p0/1000 !變量4為時間變量乘以P0，并變?yōu)閗Nxvar,3$plvar,4 !定義變量3為X軸，變量4為Y軸繪圖A曲線:考慮混凝土壓碎，計入形函數(shù)的附加項，力加載方式和位移收斂模式。B曲線:關閉壓碎。C曲線:關閉壓碎，計形函數(shù)的附加項，位移加載方式，缺省收斂模式。D曲線：不計入SOLID65單元形函數(shù)的附加項。3整體式模型示例⑴帶筋SOLID65單元的實常數(shù)

當采用整體式模型時，除可定義TB,CONCR、混凝土應力應變關系和鋼筋應力應變關系外，SOLID65單元還要輸入鋼筋的相關參數(shù)。

SOLID65單元可定義4種材料，即1種混凝土材料和3種鋼筋材料，鋼筋方向通過單元坐標系下的兩個角度定義。MAT1,VR1,THETA1,PHI1,MAT2,VR2,THETA2,PHI2,MAT3,VR3,THETA3,PHI3,CSTIFMAT1、MAT2、MAT3---該單元三種鋼筋的材料號；VR1、VR2、VR3---該單元三種鋼筋的體積配筋率（某種鋼筋體積/單元體積）；THETA1、THETA2、THETA3---該單元三種鋼筋與單元坐標系x軸的三個夾角（度）；PHI1、PHI2、PHI3---該單元三種鋼筋與單元坐標系xoy面的三個夾角（度）；CSTIF---開裂面或壓碎單元的剛度系數(shù)（缺省為10-6）。3整體式模型示例SOLD65單元中的鋼筋

3種鋼筋的角度

3種鋼筋布置的具體角度，可在矢量模式通過/ESHAPE命令查看。鋼筋定義基于單元，而單元坐標系缺省時與總體坐標系方向相同。鋼筋的體積率與單元有關，因此在設置實常數(shù)時，要考慮單元的劃分，以保證鋼筋體積率的正確性。實常數(shù)對應的是混凝土單元，因此當某個單元有三個方向的配筋時，其實常數(shù)也是一次完成定義的。3整體式模型示例⑵命令流finish$/clear$/config,nres,2000$/prep7!1.定義單元與材料性質(zhì)---------------------------------------------------------------------------------------et,1,solid65,,,,,,,1 !定義混凝土單元mp,ex,1,13585$mp,prxy,1,0.2 !定義混凝土彈性模量和泊松比mp,ex,2,2.0e5$mp,prxy,2,0.3 !定義鋼筋彈性模量和泊松比fc=14.3$ft=1.43 !混凝土單軸抗壓強度和單軸抗拉強度tb,concr,1$tbdata,,0.5,0.95,ft,-1 !定義混凝土材料及相關參數(shù)，不考慮壓碎tb,kinh,1,,11 !定義混凝土應力應變曲線，用KINH模型tbpt,,0.0002,fc*0.19$tbpt,,0.0004,fc*0.36$tbpt,,0.0006,fc*0.51tbpt,,0.0008,fc*0.64$tbpt,,0.0010,fc*0.75$tbpt,,0.0012,fc*0.84tbpt,,0.0014,fc*0.91$tbpt,,0.0016,fc*0.96$tbpt,,0.0018,fc*0.99tbpt,,0.002,fc$tbpt,,0.0033,fc*0.85 !混凝土應力應變曲線數(shù)據(jù)點定義完畢tb,biso,2$tbdata,,300,0 !鋼筋的應力應變關系，用BISO模型pi=acos(-1)v1=0.25*pi*22*22*1.5/(75*60) !計算拉區(qū)混凝土中縱筋的體積配筋率v2=0.25*pi*10*10/(75*60) !計算壓區(qū)混凝土中縱筋的體積配筋率v3=0.25*pi*10*10*9.5/(1000*75) !計算混凝土中豎向箍筋體積配筋率v4=0.25*pi*10*10*9.5/(1000*60) !計算混凝土中水平箍筋體積配筋率r,1,2,v1,0,90,2,v4$rmore,0,0,2,v3,90,0 !定義拉區(qū)混凝土單元的實常數(shù)r,2,2,v2,0,90,2,v4$rmore,0,0,2,v3,90,0 !定義壓區(qū)混凝土單元的實常數(shù)r,3,2,v3,90,0 !定義中間區(qū)域混凝土單元的實常數(shù)3整體式模型示例!2.創(chuàng)建幾何模型-----------------------------------------------------------------------------------------------blc4,,,150/2,300,2000/2 !創(chuàng)建1/4梁體模型，并根據(jù)配筋切分為幾個區(qū)域wprota,,-90$wpoff,,,60$vsbw,all !切出拉區(qū)混凝土區(qū)域wpoff,,,180$vsbw,all !切出壓區(qū)混凝土區(qū)域wpcsys,-1$wpoff,,,50$vsbw,all !切出加載區(qū)域wpoff,,,850$vsbw,all$wpcsys,-1 !切出約束區(qū)域!3.定義屬性劃分單元網(wǎng)格-----------------------------------------------------------------------------------vsel,s,loc,y,0,60$vatt,1,1,1 !設置拉區(qū)混凝土單元屬性vsel,s,loc,y,240,300$vatt,1,2,1 !設置壓區(qū)混凝土單元屬性vsel,s,loc,y,60,240$vatt,1,3,1 !設置中間混凝土單元屬性esize,50$vsel,all !設置網(wǎng)格尺寸，這里設為50mmmshkey,1$vmesh,all !劃分單元網(wǎng)格!device,vector,on$/eshape,1 !用此兩個命令可查看鋼筋設置!4.施加荷載和約束（同上）-----------------------------------------------------------------------------------lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,z,900$dl,all,,uy$asel,s,loc,z,0$da,all,symmasel,s,loc,x,75$da,all,symm$p0=180000$q0=p0/150/100asel,s,loc,z,0,50$asel,r,loc,y,300$sfa,all,1,pres,q0$allsel,all!5.求解控制設置（同上）--------------------------------------------------------------------------------------/solu$antype,0$nsubst,300,,10$outres,all,all$autos,on$neqit,50cnvtol,u,,0.015$solve3整體式模型示例!6.進入POST1查看結果--------------------------------------------------------------------------------------/post1$set,last$pldisp,1 !設置最后荷載步，查看變形etable,reb1,smisc,2 !用單元表定義單元中第一種鋼筋的應力pletab,reb1 !繪制鋼筋應力分布（拉壓區(qū)縱筋和中間區(qū)箍筋）/device,vector,on＄plcrack !設置矢量模型，繪制裂縫和壓碎圖!7.進入時程后處理（同上）----------------------------------------------------------------------------------/post26$nsol,2,69,u,y$prod,3,2,,,,,,-1$prod,4,1,,,,,,p0/1000$xvar,3$plvar,43整體式模型示例三、預應力混凝土結構-1.建模⑴等效荷載法用一組“等效”荷載替代預應力筋的作用施加到結構上，可采用的單元形式主要有BEAM系列、SHELL系列和SOLID系列。等效荷載法的優(yōu)點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置直接建模，網(wǎng)格劃分簡單；對結構在預應力作用下的整體效應比較容易求得。其主要缺點是：①只用一組不變的等效外荷載代替了預應力筋的作用，因而無法真正反映預應力混凝土結構在外荷載作用下的變形行為。②以彎矩為主的等效荷載法無法考慮力筋對混凝土作用的分布和方向。③難以求得結構細部受力行為，否則荷載必須施加在力筋的位置上，而這又失去建模的方便性。④張拉過程難以模擬，且無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不同的因素。⑤細部計算結果與實際情況誤差較大，不宜進行詳盡的應力分析。1預應力混凝土結構建模⑵實體力筋法實體力筋法中的實體可采用SHELL系列和SOLID系列，對混凝土結構一般采用SOLID系列比較好。在彈性階段應力分析中，可采用彈性的SOLID系列，而要考慮開裂和極限分析，可采用SOLID65單元。力筋可采用LINK單元系列。預應力的模擬方法有降溫法和初應變法。降溫方法比較簡單，同時可以設定力筋不同位置的預應力不同分布；初應變法通常不能考慮預應力損失，否則每個單元的實常數(shù)各不相等，工作量較大。實體力筋法可消除等效荷載法的缺點，對預應力混凝土結構的應力分析能夠精確的模擬。該法在力學模型上有三種處理方法，即實體切分法、節(jié)點耦合法、約束方程法。1預應力混凝土結構建模①實體切分法：基本思路是先以混凝土結構的幾何尺寸創(chuàng)建實體模型，然后用工作平面和力筋線拖拉形成的面，將混凝土實體切分，用切分后體上的一條與力筋線型相同的線定義為力筋線。這樣不斷切分下去，最終形成許多復雜的體和多條力筋線，然后分別進行單元劃分、施加預應力、荷載、邊界條件后進行求解。這種方法是基于幾何模型的處理，力筋位置準確，求解結果精確，但當力筋線型復雜時，建模比較麻煩，甚至導致布爾運算失敗。②節(jié)點耦合法：基本思路是分別建立實體和力筋的幾何模型，創(chuàng)建幾何模型時不必考慮二者的關系。然后對幾何模型的實體和力筋線分別進行獨立的單元劃分，單元劃分后采用耦合節(jié)點自由度將力筋單元和實體單元聯(lián)系起來，這種方法是基于有限元模型的處理。1預應力混凝土結構建模③約束方程法：在節(jié)點耦合法中，是通過點(混凝土單元上的一個節(jié)點)點(力筋上的一個節(jié)點)自由度耦合的，這樣需要找尋最近的節(jié)點然后耦合，略顯麻煩?？赏ㄟ^CEINTF命令在混凝土單元節(jié)點和力筋單元節(jié)點之間建立約束方程，與利用節(jié)點耦合法建模相比較，更為簡單。在分別建立幾何模型和單元劃分后，只需選擇力筋節(jié)點，CEINTF命令自動選擇混凝土單元的數(shù)個節(jié)點（在容差TOLER范圍內(nèi)）與力筋的一個節(jié)點建立約束方程。通過多組約束方程，將力筋單元和混凝土單元連接為整體。顯然，該法可提高工作效率，且對混凝土網(wǎng)格密度要求不高，并且提高了計算效率。該法也比較符合實際情況，計算結果較為精確。2建模實例

一曲線配筋的預應力混凝土簡支梁如圖所示，力筋線形為“直線+圓曲線+直線”形式，曲線半徑為R=9000mm。已知預應力筋的面積為139mm2，其張拉力為180kN，彈性模量為1.95×105MPa，質(zhì)量密度為7921kg/m3（根據(jù)單位質(zhì)量換算而來）?；炷翗颂枮镃50，其彈性模量為3.45×104MPa，質(zhì)量密度為2300kg/m3。2建模實例!EX8.30預應力簡支梁彈性分析---約束方程法finish$/clear$/prep7emst=1.95e5$as=139$tf=180e3$denss=7921e-12$emcon=3.45e4densc=2300e-12$r0=9000$b=150$h=200$d0=40$dd=200-2*d0$spanl=3000d1=(39-3*sqrt(29))/35*dd-d0!1.定義單元與材料性質(zhì)----------------------------------------et,1,so