預應力
關(guān)注創(chuàng)建者：林ads 創(chuàng)建時間：2016-04-26
預應力的視頻教程
鄰近點匹配算法快速實現(xiàn)無粘結(jié)曲線預應力混凝土or考慮粘結(jié)滑移的曲線預應力混凝土
對于布置曲線預應力筋的混凝土結(jié)構(gòu)，由于曲線筋與混凝土的結(jié)點難以一一對應，采用連接器單元或彈簧單元建模極其繁瑣，且曲線上各點的滑移方向不同，實現(xiàn)無粘結(jié)預應力筋或考慮粘結(jié)滑移的預應力筋仍然是ABAQUS的建模難點。目前已有的建模策略為在模型中建立虛假預應力筋并與預應力筋建立彈簧，同時操作inp文件實現(xiàn)配對，這種方法操作以下問題： 1. 虛假預應力鋼筋在實際中不存在，難以反應模型的客觀性； 2.
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ABAQUS考慮粘結(jié)滑移的PCCP（預應力鋼筒混凝土管） 螺旋預應力筋斷絲模擬
預應力鋼筒混凝土管（PCCP）由混凝土、鋼管、預應力筋、砂漿等組成。在包裹鋼管的混凝土外側(cè)通過張拉螺旋預應力來避免混凝土的開裂，張拉后在筋外側(cè)涂抹砂漿以增大筋與砂漿層的粘結(jié)力。其中預應力筋斷裂是PCCP失效的主要原因之一。本期教程采用連接器單元建立了螺旋預應力筋與PCCP的粘結(jié)滑移作用，同時筋與內(nèi)部混凝土考慮摩擦力。與實際工況相同，對PCCP施加水壓后割斷內(nèi)部預應力筋以模擬斷絲現(xiàn)象。
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基于abaqus的直線型、折線形、曲線型無粘結(jié)預應力模擬
無粘結(jié)預應力筋和混凝土之間是沿著預應力筋線形產(chǎn)生相對滑移，對于直線形布置的無粘結(jié)預應力筋，由于只發(fā)生預應力筋沿著梁長方向的相對滑移，上述兩種方法可以正確模擬; 但是對于折線形和曲線形等非直線形布置的無粘結(jié)預應力筋，由于預應力筋不僅會沿著梁長方向，也會沿著梁高方向發(fā)生與周圍混凝土的相對滑移，同時兩個方向的滑移并不是任意的，必須滿足預應力筋線形給定的幾何約束，顯然上述兩種方法忽不能正確模擬該類型預應力筋與混凝土的接觸關(guān)系
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預應力的實例教程
為了設計的方便，《公路橋規(guī)》又將在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應力的部分預應力混凝土構(gòu)件分為以下兩類：
A類：當對構(gòu)件控制截面受拉邊緣的拉應力加以限制時，為A類預應力混凝土構(gòu)件；
B類：當構(gòu)件控制截面受拉邊緣拉應力超過限值，直到出現(xiàn)不超過限值寬度的裂縫時，為B類預應力混凝土構(gòu)件。
Arthur H. Nilson et al. (2010) Design of Concrete Structures (14th edition) 813p.
5 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點
優(yōu)點: (1) 提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。(2) 可以節(jié)省材料，減少自重。(3) 可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力。(4) 預應力可做為結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的手段，促進了橋梁結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展。預應力還可以提高結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能,這對承受動荷載的橋梁結(jié)構(gòu)來說是很有利的。
缺點: 預應力混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝較復雜，對施工質(zhì)量要求甚高，同時需要有專門設備，如張拉機具、孔道壓漿設備等，先張法需要有張拉臺座，因而需要配備技術(shù)較熟練的專業(yè)隊伍。預應力混凝土結(jié)構(gòu)主要缺點有：(1) 預應力上拱度不易控制。預制梁存梁時間過久再進行安裝，就可能因預應力作用使上拱度很大，造成橋面不平順。(2) 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費用較大，對于跨徑小、構(gòu)件數(shù)量少的工程，成本較高。
展開 1 引言
全預應力混凝土(full Prestressed Concrete)結(jié)構(gòu)指構(gòu)件在作用(或荷載)頻遇組合下控制截面的受拉邊緣不出現(xiàn)拉應力的預應力混凝土結(jié)構(gòu)，其預應力度λ ≥1。部分預應力混凝土(Partially Prestressed Concrete)構(gòu)件是指其預應力度(λ)介于以全預應力混凝土構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件為兩個界限的中間域內(nèi)的預應力混凝土構(gòu)件()。通過預應力鋼筋和非預應力鋼筋聯(lián)合使用，從而具有預應力和普通鋼筋混凝土的優(yōu)點. 部分預應力混凝土構(gòu)件(1＞λ＞0)在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現(xiàn)拉應力或出現(xiàn)不超過規(guī)定寬度的裂縫; 在全部荷載最不利組合作用下，構(gòu)件正截面上混凝土允許出現(xiàn)裂縫，但裂縫寬度不超過規(guī)定容許值, 參看<預應力混凝土結(jié)構(gòu)的概念(Prestressed Concrete)>和<預應力混凝土受彎構(gòu)件設計計算方法>.
《公路橋規(guī)》又將在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應力的部分預應力混凝土構(gòu)件分為A類構(gòu)件和B類構(gòu)件. 當對構(gòu)件控制截面受拉邊緣的拉應力加以限制時，為A類預應力混凝土構(gòu)件；當構(gòu)件控制截面受拉邊緣拉應力超過限值，直到出現(xiàn)不超過限值寬度的裂縫時，為B類預應力混凝土構(gòu)件。對全預應力混凝土和部分預應力混凝土A類構(gòu)件，要進行構(gòu)件正截面和斜截面的抗裂性驗算; 對部分預應力混凝土B類構(gòu)件，要進行構(gòu)件混凝土最大彎曲裂縫寬度的驗算。
這個筆記follow著課程進度[5/10/2021至5/16/2021 Week 10], 簡要描述部分預應力混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性, 內(nèi)容僅為教學使用.
2 部分預應力混凝土受彎構(gòu)件的彎矩-撓度曲線
部分預應力混凝土受彎構(gòu)件的彎矩-撓度關(guān)系曲線如下圖所示.
展開 需要指出的是，這種預應力(pstress)的效果和幾何非線性分析中的“應力剛化”(stress stiffeness)是相同的來源。
以上闡述就是預應力模態(tài)產(chǎn)生的基本原理，讀者可以思考一下：模態(tài)分析在什么情況下需要考慮預應力的效應。
算例
考慮一根簡支梁，兩邊施加拉力和壓力(通過初始應變實現(xiàn))，進行預應力模態(tài)分析，對比二者和無載荷作用時的模態(tài)分析結(jié)果。
無預應力模態(tài)分析的結(jié)果：
拉預應力模態(tài)分析的結(jié)果：
壓預應力模態(tài)分析的結(jié)果：
對比無預應力模態(tài)、拉預應力模態(tài)、壓預應力模態(tài)三者的固有頻率結(jié)果發(fā)現(xiàn)：前
6階模態(tài)，相比于無預應力工況，拉預應力工況的頻率有所提高，因為拉力載荷使梁的橫向剛度提高了；而壓預應力工況的頻率有所降低，因為壓力載荷使梁的橫向剛度降低了。
前文對預應模態(tài)分析產(chǎn)生的原理進行了較詳細的介紹，對拉/壓預應力模態(tài)進行了分析，并和無預應力模態(tài)分析結(jié)果進行了對比。
現(xiàn)以ANSYS為例，結(jié)合前文介紹的理論和要點，實現(xiàn)具體分析。在“基于ANSYS的響應譜分析”一文中介紹了APDL和Workbench的特點，在此，本文以APDL為例，同時兼顧Workbench，介紹ANSYS如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)動力學中的預應力模態(tài)分析。
預應力模態(tài)分析
對于薄壁結(jié)構(gòu)，如細長梁和薄板，由于彎曲剛度比軸向拉壓剛度小很多，當結(jié)構(gòu)受外載作用時，由于應力剛化(SSTIF)效應，在進行模態(tài)分析時，一般需要考慮預應力效應的影響，即進行預應力模態(tài)分析。
展開 abaqus索體預應力的施加方式 ￥10
我總結(jié)了有限元中索體預應力的一些施加方式，根據(jù)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(jù)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(zhuǎn)變?yōu)闇囟鹊慕档停斝枰嬎悱h(huán)境溫度的影響時，會產(chǎn)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(guān)系，溫度荷載的確定要經(jīng)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(jié)構(gòu)響應發(fā)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(jié)構(gòu)靜力狀態(tài)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(xù)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(tǒng)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(jié)構(gòu)預應力的施加方式。
展開 上周的全國橋梁學術(shù)會議上，關(guān)注到一家做智能張拉預應力技術(shù)的公司。不是因為看上了他們的產(chǎn)品，而是對他們產(chǎn)品解決的問題感興趣。
張拉預應力和灌漿，是后張法預應力混凝土施工中最重要的施工步驟。質(zhì)量問題和安全問題大多會出現(xiàn)在這個環(huán)節(jié)。以往在張拉過程中需要關(guān)注的，主要就是“雙控”，做不到應力與伸長量雙控到位的企業(yè)有很多，這就埋下了安全隱患。而且在灌漿的時候，是以一段壓漿，另一端冒漿為準，在預應力孔道尤其是曲線預應力孔道內(nèi)，經(jīng)常會造成壓漿不密實——有空洞，就會為液體和離子進入最終造成預應力鋼筋腐蝕制造機會。所以現(xiàn)在老舊橋梁撓度過大的問題，跟這種無法準確估算的預應力損失有不小的關(guān)系。
怎么來解決這個問題呢？上面提到的只能張拉壓漿技術(shù)是其中一個選擇，是對后張法預應力施工的技術(shù)改進——土木工程領(lǐng)域計算分析與機械設備的智能化是一個大趨勢，非常值得關(guān)注。
另外的一種技術(shù)，是折線預應力先張法——是另一種思路，后張法不是在質(zhì)量控制上有問題么，那就用改良后的先張法工藝。
上圖是傳統(tǒng)先張法工藝，這種工藝占用場地空間大，而且大多是做直線預應力，工程應用很受限制。相比之下，折線先張法預應力技術(shù)就能折衷地解決這個問題，看一下示意圖：
看清楚了吧，通過上下兩個方向的轉(zhuǎn)向器，就可以實現(xiàn)整跨范圍內(nèi)的折線張拉施工了。
已經(jīng)有很多文獻對折線張拉預應力技術(shù)進行了探討，總體來講，采用這種技術(shù)的預應力筋與混凝土粘結(jié)缺陷較小,可靠性好，孔道飽滿率高。將預應力筋與混凝土粘結(jié)缺陷降低至最小，避免了由于預應力鋼筋的銹蝕而引發(fā)的諸多質(zhì)量問題。折線先張梁預應力鋼束線形較易控制,施工工藝相對簡單。折線先張梁預應力損失相對較小，預應力損失計算更為準確。另外，折線先張梁預應力束張拉錨固區(qū)的混凝土局壓應力較易控制。
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預應力的最新內(nèi)容
阻尼設置的技巧，以及預應力疊加、疲勞分析等后處理方法。
后者將包含由靜力仿真計算得到的預應力。</p><p class="ql-align-justify">8、運行仿真。本步驟無需額外施加邊界條件。</p><p class="ql-align-justify">9、對比結(jié)果。可得到琴弦的固有頻率結(jié)果，能夠觀察到：調(diào)弦（施加預應力）后，模態(tài)頻率顯著提高（如圖 5 所示）。這意味著拉緊琴弦會使聲音的音高升高。
[圖片]
</em></p><p><br></p><h2><strong>壓電力傳感器應用</strong></h2><p><strong>壓電力傳感器可按需選擇帶預應力</strong>或<strong>無預應力</strong>安裝：</p><ul><li>帶預應力的傳感器校準后可直接使用</li><li>力墊圈需用螺釘、負載銷施加預應力，保證接觸面貼合與電荷轉(zhuǎn)移，預應力施加后建議重新校準</li></ul
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/solu
案例2--有預應力的固定弦固有頻率分析
命令流：
/clear
/prep7
et,1,link1
mp,ex,1,2e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
r,1,1e-6
k,1,0,0,0
k,2,1,0,0
問題：
在工作過程中有時會遇到某些仿真類型，是需要進行帶有預應力的仿真。但是WB中預應力在模塊之間的傳遞，似乎預應力模態(tài)可以直接傳遞。而兩個靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預應力。
問題示例大致如下：
板子初始是平板狀態(tài)，安裝后工作狀態(tài)是貼合一個弧面，并通過四個支點進行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
基于ANSYS apdl參數(shù)化建模
三維模型
線框模型
自重及預應變下的y方向變形云圖
編輯
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</figure><p>預應力的大橋模態(tài)頻率第</p><p><br></p><figure style="text-align
總結(jié)：
綜上所述，電連接器領(lǐng)域的冷熱沖擊仿真分析，需要考慮界面接觸、注塑殘余應力、玻纖方向、熔接線的影響，對于有玻纖的材料，需要使用Digimat等軟件進行復合材料擬合，與模流軟件及結(jié)構(gòu)類軟件進行聯(lián)合仿真，CAE仿真分析結(jié)果可能才會趨于實際試驗結(jié)果；
此次分析結(jié)果沒有考慮嵌入件在合模、注塑過程的預應力影響，在實際產(chǎn)品注塑過程中，嵌入件合模受壓或者注塑過程因為注塑壓力不均導致嵌入件有預應力存在
</p><p>3、 預拉力施加截面有時候非常具有技巧性，例如組合結(jié)構(gòu)中預應力桿件的后注漿構(gòu)造等情況。
