預應力模擬的案例
abaqus索體預應力的施加方式 ￥10
我總結了有限元中索體預應力的一些施加方式，根據文獻[1]的裝配荷載法建立了單索張拉模型（非文獻工程案例），旨在分享學習，不足之處敬請諒解，希望大家能多提寶貴意見。
（1）降溫法
等效降溫法根據施工步驟對鋼索進行降溫，模擬預應力拉索張拉過程隨溫度荷載的變化。采用等效溫降法對施工過程進行有限元模擬時原理簡單操作方便，但是降溫法需要將預應力的施加轉變為溫度的降低，當需要計算環境溫度的影響時，會產生一定的概念性混亂，“溫度降低”與“預應力施加”之間不是線性對應關系，溫度荷載的確定要經過多次反復試驗。此外，降溫法不能應用于有限元高溫模擬。
（2）初始預應力場
初始預應力場可以直接模擬先張法，獲得拉索預應力后期應力增量。初始預應力場法直觀方便，但是所施加的預應力不能隨結構響應發生改變，從而無法模擬真實的工況。
（3）生死單元法
生死單元只需一次計算即可以準確地模擬所要施加的預應力，但是有限元模擬過程復雜。相對于等效降溫法和初始應變法，生死單元法一次計算就能準確模擬施加預應力，從而避免了等效降溫法和初始應變法在試驗過程中因預應力損失而帶來的麻煩。
（4）裝配荷載法
裝配荷載法[1]可用于模擬預應力結構靜力狀態下施加預應力的過程，原理是將擰緊預應力螺栓的過程用來模擬張拉并錨固預應力拉索。一旦定義了合理的邊界條件，有限元軟件ABAQUS就可以模擬索力隨長度變化的過程。裝配荷載法適用于連續體單元和線單元，通常可以采用桿單元模擬預應力拉索。
與生死單元法相比，裝配荷載法更加直觀方便，與降溫法和初始應力場法相比，裝配荷載法更加貼近工程實際，傳統的降溫法和初始應力法不能適用于高溫模擬預應力隨外部荷載的變化而改變的過程，本人認為荷載裝置法更適合作為張弦梁結構預應力的施加方式。
展開 預應力施加方法各家匯集分類:ANSYS應用
預應力筋張拉模擬采用降溫法模擬預應力張拉.對先張法預應力混凝土,一次降溫可模擬張拉過程;對后張法預應力混凝土,由于降溫模擬張拉過程中結構會發生相應變化,因此一次降溫模擬難以達到預期張拉力,可以通過降溫迭代方法來達到預期值.而對于彈性壓縮損失,則可利用單元生死技術模擬分批張拉有效計入
個人愚見：
等效荷載做分析，對于直線筋，模型整體分析顯然是適用的，做局部分析也可以；對于曲線筋無法模擬損失及應力分布情況，不適用。
溫度模擬預應力實際上是有問題的，從計算理論上可知，即使對于不考慮摩察損失的直線筋，若鋼筋與梁體分離僅僅梁端耦合，本質上與等效荷載法完全一致；若不只是梁端耦合，那么降溫過程，無法模擬張拉鋼筋的滑移，對于曲線筋，無法模擬預應力鋼筋的損失及梁體受到切向摩察的應力分布情況，所以應該說用溫度模擬預應力是有很大的問題的。
初應變模擬鋼筋與溫度類似，若要研究梁體局部應力分布情況，與降溫法一樣無法模擬。模擬出的結論對梁的跨中截面而言可能正確的，但離開跨中，有摩察和滑移地方不正確，并且越離跨中遠誤差越大。
所以很多分析都是針對跨中數據的檢驗，好像正確（跨中剛好對稱），若對離開跨中一段距離進行分析，就會發現不正確。所以若要對梁體進行局部應力分布分析，要考慮滑移和摩察的切向影響后，就會發現問題。
所以實際用ANSYS計算的預應力效果不如用結構設計原理和規范計算結果準確。橋梁博士是采用設計原理和規范計算方法，所以比較準確。
展開 Ls-Dyna對預應力鋼筋混凝土結構的抗爆模擬
案例中承受爆炸荷載構件為剪力墻-預應力寬連梁鋼筋混凝土構件，構件有限元模型應用HyperMesh工具處理，鋼筋與混凝土單元共節點，模型概況，如圖1。本案例采用kg-mm-s單位制。
模擬預應力鋼筋混凝土結構的爆炸沖擊響應，需要分兩步處理：第一步，對構件施加預應力，模擬構件的穩態應力分布；第二步，進行預應力分布穩定時的構件抗爆模擬。其中，第二步針對預應力鋼筋混凝土構件進行的爆炸相關設置，見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>，本文章主要介紹預應力，即預緊力的施加，及重啟動的相關設置?？諝饧罢ㄋ幘W格可用TCE工具處理（TCE使用方法見我的技術鄰免費課程<Dyna求解的工程爆破模擬教程>）。
Part1預緊力的施加-預應力鋼筋混凝土構件建立：
第一步，新建MAIN.k、ALE.K、BlastPoint.k、Boundary.k、EntitySet.k、Mode.k（搭建的模型文件導出Mode.k中）。復制材料卡片（提前寫好，或聯系博主索要）及計算控制卡片（聯系博主索要）到計算文件夾中，形成文件內容如圖2。文件解析見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>。
第二步，將MAIN.k文件導入HyperMesh中（模型搭建如若不會，可以向博主索要學習資料），操作步驟見圖3。
第三步，為模型分配材料及屬性。
本例中構件模型及單元屬性按表1采用，混凝土單元材料模型添加材料侵蝕關鍵字*MAT_ADD_EROSION，材料與屬性需要依照圖4操作圖示，依次完成賦值。
第四步，生成預應力鋼筋截面上幾何點，操作步驟見圖5。
第五步，創建施加預應力的截面，二根鋼筋分別建立，操作步驟見圖6，注意進行預應力截面創建前，使Boundary.k文件置于當前，方法見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>圖6。
展開 ANSYS預應力鋼筋與混凝土耦合造成應力集中的一種解決方法
最近看文獻，偶然看到了長沙大學黃文雄的一篇文章《混凝土結構有限元分析中預應力筋模擬的新思考》，挺有意思，在此拆解分享，點擊上面的文章標題可以去CNKI下載(沒有數據庫支持的朋友可以給我發郵件)。
問題描述
用ANSYS計算預應力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預應力鋼筋采用線性的Link單元。常規做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協調工作。
于是，問題出現了，當二維單元和三維單元進行耦合的時候，在耦合點處“天然出現應力集中現象”，而且應力集中對整體有限元計算精度的影響隨著單元尺度劃分的不同而不同。
作者還提供的對比計算結果如下：
原因分析
1.沿梁縱向，恰好也是鋼筋線性單元的布置方向，所以此方向上的應力和跨中撓度受單元劃分尺度影響很小；
2.沿梁豎向，曲線預應力有豎彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預應力有橫彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
4.當曲線預應力鋼筋的彎折半徑較小時，彎折區域應力集中可能會對計算結果有較大影響。
解決方案
作者提出了一個解決方案：用三維Solid單元代替二維單元模擬預應力鋼筋。并且通過對比計算得出以下結論：
1.沿跨度縱向方向”當單元劃分尺度適宜時”單元劃分尺度變化對于特征應力影響微乎其微；
2.沿截面豎向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在5%以內；
3.沿截面橫向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在10%以內，當單元劃分尺度選取適宜時”其應力相對變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產生的應力集中問題基本解決。
展開 
預應力混凝土分析中等效荷載法與其它
眾所周知，在ANSYS中，預應力混凝土分析(有粘結)可采用等效荷載法和實體力筋法。所謂等效荷載法，就是將力筋的作用以荷載的形式作用于混凝土結構；所謂實體力筋法就是用solid模擬混凝土，而link模擬力筋。
1 等效荷載法的優缺點
優點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網格劃分簡單；對結構的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等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，等效荷載法則無法考慮；水平均布分量沒有考慮。
②對某些線形的力筋模擬困難，例如通常采用的是直線(較短)＋曲線＋直線(很長)＋曲線＋直線(較短)，這種形式的布筋等效起來麻煩，且可能不合理。
③難以求得結構細部受力反映，否則荷載必須施加在力筋的位置上，這又失去建模的方便性。
④在外荷載作用下的共同作用難以考慮，不能確定力筋在外荷載作用下的應力增量。
⑤對張拉過程無法模擬。
⑥無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不等的因素。
其最大的一個缺點是：較粗！得到的結果與實際情況誤差較大！最近做了點實際計算，經過比較發現，結果與實際的誤差相差較多(可能是特例)，所以采用該方法需要謹慎和校驗一下。
2 實體力筋法的優缺點
將混凝土和力筋劃分為不同的單元，預應力的模擬可以采用降溫方法和初應變方法。降溫方法比較簡單，同時可以模擬力筋的損失，單元和實常數幾種即可；初應變通常不能考慮預應力損失，否則每個單元的實常數各不相等，工作量較大。
可消滅等效荷載法的缺點。但建模工作量似乎要大些。
展開 『分享』預應力錨桿、錨索的模擬！
預應力錨桿、錨索的模擬
關于這個問題，討論了不少了，俺也來發個言，僅供菜鳥參考，請大牛指正！
俺認為，這個問題首先要從預應力錨桿這種工程措施開始：
1、破壞形式，有三種破壞形式，a,鋼筋的屈服破壞.b,錨固體（砂漿）破壞.c,錨固體和鋼筋以及圍巖的接觸面破壞。對于這三類破壞，軟件都使用理想彈塑性模型。對于A類破壞，使用屈服強度ytens和emod來描述，如果你知道錨桿不會屈服，可以設置一個較大的ytens來保證鋼筋不會屈服，當然如果你使用一個很小的ytens，那么，就可能出現塑性流動。對于B類破壞，是指錨固砂漿被剪破，發生單位位移時每米錨桿能承擔的力，這里一定要記住是理想彈塑性模型?。“车睦斫猓@種破壞應該在錨固體內。軟件中這個指標叫gr_k，只會與錨固砂漿的剪切模量和錨固體的截面幾何形狀有關，gr_k=2*Pi*G/10*ln(1+2t/D)，式中G為砂漿的剪切模量，t為截面砂漿厚度，D為錨桿鋼筋的直徑。對于C類破壞，是發生在錨固體的兩個接觸面上的，但你只能定義一種。首先，你必須明確，既然是接觸類型的問題，就應該有C和Phi，這和邊坡是類似的。這兩個參數的確定，是應該按抗拔試驗來確定的，將試驗錨桿的最大抗拔力/錨固長度作為y軸，圍巖壓力*錨固體直徑為x軸，截距就是C，軟件中是gr_coh，傾角就是gr_fric。實際應用中，軟件可以采用gr_coh等于D（鋼筋拔出）或者D+2t（錨固體拔出）乘于pi再乘于max（圍巖和錨固砂漿的單軸抗壓強度）/2來計算；如果不考慮圍壓的影響，gr_fric可以設置為0。
預應力的施加，俺認為使用sel cable pretension較好，直接加在錨固段上，錨頭嘛，你應該和梁連在一起．
展開 預應力混凝土分析中等效荷載法與其它！
預應力混凝土分析中等效荷載法與其它
眾所周知，在ANSYS中，預應力混凝土分析(有粘結)可采用等效荷載法和實體力筋法。所謂等效荷載法，就是將力筋的作用以荷載的形式作用于混凝土結構；所謂實體力筋法就是用solid模擬混凝土，而link模擬力筋。
1 等效荷載法的優缺點
優點是建模簡單，不必考慮力筋的具體位置而可直接建模，網格劃分簡單；對結構的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等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，等效荷載法則無法考慮；水平均布分量沒有考慮。
②對某些線形的力筋模擬困難，例如通常采用的是直線(較短)＋曲線＋直線(很長)＋曲線＋直線(較短)，這種形式的布筋等效起來麻煩，且可能不合理。
③難以求得結構細部受力反映，否則荷載必須施加在力筋的位置上，這又失去建模的方便性。
④在外荷載作用下的共同作用難以考慮，不能確定力筋在外荷載作用下的應力增量。
⑤對張拉過程無法模擬。
⑥無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不等的因素。
其最大的一個缺點是：較粗！得到的結果與實際情況誤差較大！最近做了點實際計算，經過比較發現，結果與實際的誤差相差較多(可能是特例)，所以采用該方法需要謹慎和校驗一下。
2 實體力筋法的優缺點
將混凝土和力筋劃分為不同的單元，預應力的模擬可以采用降溫方法和初應變方法。降溫方法比較簡單，同時可以模擬力筋的損失，單元和實常數幾種即可；初應變通常不能考慮預應力損失，否則每個單元的實常數各不相等，工作量較大。
可消滅等效荷載法的缺點。但建模工作量似乎要大些。
展開 預應力碳纖維升溫法
我用abaqus模擬預應力碳纖維（升溫法），但是施加完預應力碳纖維應變達不到初應變值（小很多。）用abaqus能否模擬出初應變值呀？是我做錯了還是本該這樣
預應力的實現
在常用的軟件系統中，預應力混凝土分析根據作用不妨分為兩類：即分離式和整體式，所謂分離式就是將混凝土和力筋的作用分別考慮（脫離體），以荷載的形式取代預應力鋼筋的作用，典型的如等效荷載法；而整體式則是將二者的作用一起考慮，典型的如ANSYS中用LINK單元模擬力筋的方法。
1 線性或非線性的考慮
對于預應力混凝土結構，只要是開裂前階段的應力分析，完全可以將混凝土視為彈性材料，當然鋼筋也是彈性材料；這主要在使用荷載階段(Ⅱ類預應力混凝土結構除外)的應力分析。假如要進行開裂和極限分析，則必須考慮二者的非線性特性。
2 分離式方法（等效荷載法）的特點
主要優點是建模簡單，不必考慮力筋的位置而可直接建模，當然網格劃分也簡單；對結構的在預應力作用下的整體效應可比較快捷的掌握。
其缺點是比較明顯的：
①不便模擬細部，例如力筋所在位置對結構的影響顯然是不同的；假如一定要模擬，則荷載必須施加在力筋的位置上，故其建模的方便性就消失了；
②等效荷載法沒有考慮力筋對混凝土的作用分布和方向，力筋對混凝土作用顯然在各處是不同的，而等效荷載法則沒有計及此點；
③對張拉過程無法模擬；
④在其它外荷載作用下的共同作用不便考慮，否則要加入力筋(其建模則同整體式)，不能確定力筋在外荷載作用下的應力增量；
⑤無法模擬應力損失引起的力筋各處應力不等的因素。
大凡不少專家學者認為可以采用等效荷載法，無非是對于按桿系結構分析時方便而言的。而對于考慮實體，反而不考慮上述的某些因素，顯然不合理。
綜上：對于只關注預應力混凝土結構的基本性能時，可以考慮采用等效荷載法。
3 整體式方法的特點
將混凝土和力筋劃分為不同的單元一起考慮，而模擬預應力可以采用降溫方法和初應變方法。
展開 【經典案例欣賞13】節段式無粘結預應力預制裝配橋墩柱滯回模擬
項目難點：
1、精細建模；
2、節段預制混凝土間的接觸設置（法向硬接觸、切向摩擦、粘性行為）；
3、底部節段邊界設置；
4、無粘結預應力筋設置；
5、滯回模擬通法設置。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
Opensees實例3—預應力筋的設置 ￥15
自復位橋墩由于預應力筋的存在，而使橋墩具有較小的殘余位移，具有更好的自復位能力。那么在opensees中怎么進行預應力筋參數的設置呢？
在opensees中，我們采用
桁架（truss）單元+steel02材料
進行模擬預應力筋的力學行為。
（1）steel02材料
命令格式如下圖所示：
材料定義屬性如下圖所示（預應力的施加采用初始應力的方法）：
（2）桁架（truss）單元
命令格式如下圖所示：
命令輸入如下圖所示：
（3）建模方法
在預應力筋建模中，采用與柱子結點
共結點的方法，保證預應力筋能夠與柱子協同作用而不會發生分離。
以上為預應力筋的建模方法和參數設置！預應力筋建模方法不唯一，參數設置的方法也不唯一（比如預應力的施加可以采用初始應變的方法），讀者可以根據實際情況選擇合適的方法。
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展開 
【經典案例欣賞37】無粘結預應力筋插板式柱柱連接滯回模擬
項目難點：
1、復雜模型快速建模；
2、插板式芯筒接觸設置；
3、無粘結預應力筋簡化設置；
4、后處理分析。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
【經典案例欣賞19】預制裝配無粘結預應力筋鋼筋混凝土節段搖擺橋墩柱滯回模擬
項目難點：
1、節段橋墩柱典型做法；
2、無粘結預應力筋新方法設置（非MPC約束）；
3、搖擺柱注意事項。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
【經典案例欣賞25】鋼管加固無粘結預應力筋多節段預制裝配鋼筋混凝土橋墩柱滯回模擬
項目難點：
1、多節段混凝土部件接觸設置；
2、鋼管加固設置；
3、無粘結預應力筋簡化設置；
4、復雜模型快速建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
ANSYS beam梁模態分析，包括考慮預應力和大變形下的預應力模態分析 ￥5
一邊固定考慮預應力下的模態
前三階模態
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 1.9673 1 1 1
2 40.145 1 2 2
3 118.74 1 3 3
3.考慮到幾何大變形情況下的模態分析
前三階模態
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 4.7743 1 1 1
2 37.859 1 2 2
3 110.28 1 3 3
看出來，有預應力情況下，第一階頻率會變小，這是因為，在另一端點的力作用下，有預應力的情況下，端點位移變大 ，剛度減小，考慮幾何大變情況下，端點作用力下，位移增加了，但是比單純線性考慮時，較小。所以剛度居中。
具體命令流見beam.txt、beam_pstres.txt和beam_pstres_modal_nlgeom.txt
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