索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法

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1、2.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法侯曉武索單元為只受拉的三維線性單元,只能傳遞軸向拉力,不能受壓也不能受彎??砂慈缦路绞蕉x索材料。圖2.7.1自定義索材料如圖2.7.1所示,設(shè)計(jì)類型選擇“用戶定義”,而后分別輸入各種參數(shù)。泊松比、線膨脹系數(shù)、容重與鋼材相同,彈性模量需單獨(dú)定義。線性分析時(shí),索單元將被等效為桁架單元,其剛度由彈性剛度和下垂剛度兩部分組成。1K?11?KKEsagK?EA彈性剛度:EL312T下垂剛度:K?sag23wL因而,進(jìn)行線性分析時(shí),用索單元建模和用桁架單元建模其結(jié)果會(huì)有差異。由于采

2、用索單元建模時(shí),考慮了下垂剛度后,會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行折減。因而采用索單元建模時(shí),其位移結(jié)果要大于采用桁架單元建模的結(jié)果(如圖2.7.2所示)。1132.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法(a)索單元(b)桁架單元圖2.7.2張弦梁恒載作用下線性分析結(jié)果非線性分析時(shí),懸索結(jié)構(gòu)的剛度并不是一次性計(jì)算得到。而是通過多次重復(fù)計(jì)算,使結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)得到的。在midasGen中,有四種施加預(yù)應(yīng)力的方法。(1)建立單元同時(shí)定義預(yù)應(yīng)力A.無應(yīng)力索長LuLu

3、EA分別為彈性模量和橫截面積;Lu>L時(shí):索下垂,折減剛度;B.初拉力:輸入沿單元坐標(biāo)系X軸方向的預(yù)應(yīng)力荷載;C.水平力:輸入沿水平方向的預(yù)應(yīng)力荷載。說明:?僅用于幾何非線性分析,線性分析時(shí)將被忽略;如圖2.7.3所示,在下方張弦梁中的324~332號(hào)索單元施加初拉力770KN,上方張弦梁中的索單元不施加初拉力。對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行線性分析,得到恒載作用下的位移結(jié)果相同,如圖2.7.4所示。圖2.7.3建立單元時(shí)施加初拉力圖2.7.4恒載作用下位移結(jié)果?對(duì)所有荷載工況結(jié)果都有影響;?迭代計(jì)算時(shí),第一步即產(chǎn)生初

4、始剛度,該拉力對(duì)其它構(gòu)件也有影響,如圖2.7.6和圖2.7.7所示。菜單:荷載->靜力荷載:如圖2.7.5所示,定義一個(gè)空工況,在該工況下不定義任何荷載。用于查看施加預(yù)應(yīng)力后平衡狀態(tài)下的構(gòu)件內(nèi)力和位移。1142.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法圖2.7.5定義空工況圖2.7.6索單元施加預(yù)應(yīng)力后結(jié)構(gòu)位移?張拉后,索中拉力不為定義時(shí)添加的初拉力,如圖2.7.6所示。1152.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法圖2.7.7張拉后索單元內(nèi)力(2)初拉力荷載菜單:荷載->預(yù)應(yīng)力荷載->初拉力荷載;?為外荷載,對(duì)其它構(gòu)件有

5、影響;?不產(chǎn)生初始剛度,因而分析可能不容易收斂??梢杂脦缀蝿偠瘸跏己奢d對(duì)索單元添加一個(gè)較小的剛度。;?需定義荷載工況,對(duì)該工況以外的其他荷載工況不起作用;?用于線性分析和非線性分析;?施工階段分析時(shí),可采用該方法對(duì)索分批張拉。(3)幾何剛度初始荷載菜單:荷載->初始荷載->大位移->幾何剛度初始荷載;?只產(chǎn)生剛度,對(duì)其它構(gòu)件的內(nèi)力和位移沒有影響。如圖2.7.8與圖2.7.9所示,索單元外其余構(gòu)件的內(nèi)力和位移為很小值,接近于0.圖2.7.8索單元外其余構(gòu)件的內(nèi)力圖2.7.9結(jié)構(gòu)位移?索在該初始荷載作用下內(nèi)

6、力為初始荷載值,如圖2.7.10所示。1162.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法圖2.7.10索單元內(nèi)力?對(duì)所有工況結(jié)果均有影響;?僅用于非線性分析;?如果工程中需要計(jì)算的是索張拉后結(jié)構(gòu)在其它荷載工況下效應(yīng),并且不考慮預(yù)應(yīng)力作用下其它構(gòu)件中的內(nèi)力時(shí),可采用該方法。(4)初始單元內(nèi)力,如圖2.7.11所示。菜單:荷載->初始荷載->小位移->初始單元內(nèi)力;圖2.7.11初始單元內(nèi)力表格荷載->初始荷載->小位移->初始荷載控制數(shù)據(jù);如圖2.7.12所示。圖2.7.12初始荷載控制數(shù)據(jù)?適用于線性分析和動(dòng)力分析

7、;?對(duì)所有工況都起作用,即各工況都會(huì)考慮初始單元內(nèi)力引起的幾何剛度;1172.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法?初始單元內(nèi)力會(huì)添加到指定的荷載工況中。如圖2.7.11所示,勾選“給單元添加初始荷載”,并在荷載工況列表中選擇“DL”,分析結(jié)束后查看索單元內(nèi)力如圖2.7.13所示,不勾選“給單元添加初始荷載”時(shí),索單元內(nèi)力如圖2.7.14所示。圖2.7.13索單元內(nèi)力(添加初始荷載)圖2.7.14索單元內(nèi)力(不添加初始荷載)1182.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法“給單元添加初始荷載”勾選與否,對(duì)于其它結(jié)果并無影

8、響,如圖2.7.15所示。(a)勾選(b)不勾選圖2.7.15結(jié)構(gòu)位移菜單:荷載->初始荷載->小位移->初始荷載控制數(shù)據(jù)(圖2.7.16所示);圖2.7.16選擇初始內(nèi)力組合該功能用于將某一工況的內(nèi)力作為初始單元內(nèi)力進(jìn)行分析。初始單元內(nèi)力值可通過菜單:結(jié)果->分析結(jié)果表格->初始單元內(nèi)力(如圖2.7.17所示)查看;圖2.7.17初始單元內(nèi)力表格1192.7索單元施加預(yù)應(yīng)力的幾種方法表2.7.1列出了幾種預(yù)應(yīng)力方法下不同結(jié)果的數(shù)值比較表2

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