等效截面
關(guān)注創(chuàng)建者：老白CAE 創(chuàng)建時間：2018-10-15
等效截面的視頻教程
Abaqus—纖維模型rebar及共節(jié)點設(shè)置
Abaqus—纖維模型rebar及共節(jié)點設(shè)置 課程內(nèi)容： 1、以柱子pushover為例，講解inp文件 2、rebar定義（pqfiber） 3、鋼筋等效截面+共節(jié)點設(shè)置（適用于顯示分析、預(yù)應(yīng)力筋等）（重點） 附件包含：
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等效截面的實例教程
根據(jù)橋墩位移相等原則，將橋墩轉(zhuǎn)換為等效截面墩，等效截面慣性矩計算公式為:
式中:H為橋墩高度;x為墩頂質(zhì)點坐標(biāo)變量;D(x)為x處墩身慣性矩。單獨(dú)考慮r號橋墩，計算基本圓頻率η，公式為:
式中:g1為r號墩頂抗推剛度;g2為r號支座抗推剛度;t1為r號支座質(zhì)點重力;t2為r號墩頂質(zhì)點重力。獲取單質(zhì)點體系的基頻和特性參數(shù)，則第一振型的第r號橋墩，其最大地震位移響應(yīng)U和加速度響應(yīng)φ計算公式為:
式中:δ為單質(zhì)點體系反應(yīng)譜位移，與反應(yīng)譜最大反應(yīng)值和橋墩高度呈正相關(guān);σ1為第一階振型的振動疊加;ε為水平地震系數(shù)。橫橋向地震時，判定橡膠支座上部結(jié)構(gòu)為剛性梁，橋墩頂能夠限制支座上部結(jié)構(gòu)的橫向位移，該種情況下，將橋墩轉(zhuǎn)換為等效截面伸臂梁，把梁端聚點重力和梁體重力之和，作為支座上部結(jié)構(gòu)重力，然后按照上述計算過程，計算等效截面伸臂梁慣性矩，以及最大地震位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)。統(tǒng)計順橋向和橫橋向的最大地震響應(yīng)，包括墩頂位移、加速度、墩底剪力、墩底彎矩，檢驗其是否在板式橡膠支座高架橋的允許值內(nèi)，若未超過允許值，判定高架橋滿足抗震要求，否則判定為不滿足抗震要求。至此完成高架橋最大地震響應(yīng)的計算，實現(xiàn)板式橡膠支座高架橋抗震計算方法設(shè)計。
2 實驗論證分析
將此次設(shè)計方法，與兩組常規(guī)板式橡膠支座高架橋抗震計算方法，進(jìn)行對比實驗，比較高架橋地震響應(yīng)計算值和實測值的偏差大小。
2.1 實驗準(zhǔn)備
以某高速橋梁工程為例，某高速線路全長1320km，橋梁占線路總長的80%左右，線路位于東部沿海區(qū)域，建設(shè)板式橡膠支座高架橋，位于某市道外區(qū)，地震活動比較活躍，有必要進(jìn)行抗震分析。高架橋的支座類型為GTS440，橋墩采用圓柱墩，墩柱受力鋼筋為HGR445鋼筋，地基條件為遠(yuǎn)離斷層的場地，設(shè)計參數(shù)如表1所示。
展開 當(dāng)采用墻+柱計算模型的計算結(jié)果明顯不合理時，為消除罰單元設(shè)置不當(dāng)造成的影響，也可按以下方法進(jìn)行比較計算，取合理結(jié)果設(shè)計：
1) 在端柱與墻之間開計算洞（洞口可取500mm× 800mm ），形成柱＋剛性梁+墻的計算模型，剛性梁寬度同墻厚，截面高度可取層高-800;
2）采用等效墻厚法計算，墻長為 （hc 十 hw），按墻截面面積相等的原則將有端柱剪力墻等效為矩形截面剪力墻，墻的等效截面厚度 b'w ，按等效厚度剪力墻驗算平面外穩(wěn)定，此時，由于對端柱的有利作用（端柱對墻肢平面外穩(wěn)定的有利影響）考慮略有不足，其結(jié)果是偏于安全的。必要時還可以考慮實際端柱截面對墻肢穩(wěn)定的有利影響，采用手算復(fù)核。
4. 實際工程中還應(yīng)特別注意對與墻肢相連的臺口柱及轉(zhuǎn)換柱等結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵構(gòu)件的計算模型復(fù)核。
來源：土木吧
展開 然后可以基于這些剛度系數(shù)和層壓板的幾何構(gòu)型來定義等效截面剛度。這導(dǎo)致以下三個矩陣：
這里??表示一個特定的圖層。因此，??????????取決于?????層的材料特性和纖維取向。
這些方程中的???和???-1表示?????薄層由表面b =???和??=???-1界定，???是?????薄層與層壓板中平面的距離。這個術(shù)語如下圖所示：
得到的??，??，??矩陣提供了一般的層壓板剛度，并且具有非常重要的結(jié)果。??矩陣是正規(guī)矩陣（normal matrix ），其項與正應(yīng)力和應(yīng)變相關(guān)。??矩陣是耦合矩陣，它將彎曲應(yīng)變與正應(yīng)力和正應(yīng)變與彎曲應(yīng)力聯(lián)系起來。第三個矩陣稱為??矩陣，其術(shù)語與彎曲應(yīng)變和應(yīng)力有關(guān)。請注意，橫向剪切剛度項也可以從基礎(chǔ)方程計算，但在這個特定的例子中被忽略。
這些A，B和D矩陣可以組合并直接用于Abaqus中的一般shell部分定義：
A，B，D矩陣非常重要，因為它們在層壓力和殼體截面上的力矩（每單位長度的膜力，每單位長度的彎矩）{??}和層壓板廣義截面應(yīng)變（參考）之間提供直接關(guān)系。表面應(yīng)變和曲率）{??}。
{N} = [D]：{E}
而且，這些基質(zhì)可用于確定平面內(nèi)工程常數(shù)，其可進(jìn)一步用于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析。
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展開 圖1 功能菜單
圖2 軟件界面
提供完整的螺栓計算分析功能
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規(guī)范的過程與有限元計算進(jìn)行了結(jié)合，提供了完整的螺栓計算分析功能：
1、模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型，
l 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
圖3 梁模型截面
l 實體螺栓模型：根據(jù)用戶選擇的螺栓實體，可自動識別關(guān)鍵幾何（承壓面）及幾何參數(shù)（公稱直徑及螺栓長度），并支持修改。
圖4 實體螺栓模型
2、螺栓數(shù)據(jù)庫：提供了完整的螺栓及螺母數(shù)據(jù)庫，用戶在進(jìn)行螺栓設(shè)置時可直接采用數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)，支持通孔及盲孔兩種類型
3、螺栓參數(shù)及載荷的施加：可方便的施加螺栓預(yù)緊力或預(yù)緊力矩，并可以通過輸入嵌入量自動計算預(yù)緊力的損失
圖5 預(yù)緊力或預(yù)緊力矩施加
4、預(yù)緊歷史的定義：疲勞評估可以通過勾選不同的載荷步選定循環(huán)載荷。
展開 ① 模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型
■ 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
▲ 圖3 梁模型截面
■ 實體螺栓模型：根據(jù)用戶選擇的螺栓實體，可自動識別關(guān)鍵幾何（承壓面）及幾何參數(shù)（公稱直徑及螺栓長度），并支持修改。
▲ 圖4 實體螺栓模型
② 螺栓數(shù)據(jù)庫：提供了完整的螺栓及螺母數(shù)據(jù)庫，用戶在進(jìn)行螺栓設(shè)置時可直接采用數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)，支持通孔及盲孔兩種類型
③ 螺栓參數(shù)及載荷的施加：可方便的施加螺栓預(yù)緊力或預(yù)緊力矩，并可以通過輸入嵌入量自動計算預(yù)緊力的損失
▲ 圖5 預(yù)緊力或預(yù)緊力矩施加
④預(yù)緊歷史的定義：疲勞評估可以通過勾選不同的載荷步選定循環(huán)載荷。
▲ 圖6 預(yù)緊歷史定義
⑤ 螺栓各安全因子的評估計算及后處理云圖顯示
■ 抵抗屈服強(qiáng)度的安全因子
■ 抵抗滑移的安全因子
■ 抵抗接觸面壓力的安全因子
■ 抵抗疲勞的安全因子
▲ 圖7 抵抗滑移能力的最危險螺栓
▲ 圖8 安全因子
用戶價值
該工具的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面
■ VDI2230螺栓計算準(zhǔn)則在實踐領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)超過30年，獲得廣泛的認(rèn)可，是世界范圍內(nèi)螺栓計算的主要參考，特別是使用高強(qiáng)度螺栓的承受靜態(tài)或交變工作載荷的螺栓連接。
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等效截面的最新內(nèi)容
2 1+6鋼絲繩應(yīng)力分布及運(yùn)動分析
2.1 1+6鋼絲繩應(yīng)力分布
1+6鋼絲繩中間段受邊界約束效應(yīng)影響較小，因此取出z=50 mm的中間截面進(jìn)行分析，分別得到約束扭轉(zhuǎn)和自由扭轉(zhuǎn)時中間截面的等效應(yīng)力云圖，如圖4所示。
系泊纜直徑76mm，長度為1500m，空氣中系泊纜單位質(zhì)量為24.7kg/m，等效截面面積0.023m2，軸向剛度7.0×109N，破斷力為4.159×107N。
2 不同數(shù)量系泊纜系泊系統(tǒng)運(yùn)動響應(yīng)和張力分析
環(huán)境載荷方向選取90°、135°、180°典型角度，此角度定義為風(fēng)浪流的來向與船首（即平臺坐標(biāo)系x正向）所成角度，浪向角示意圖如圖4所示。
橫橋向地震時，判定橡膠支座上部結(jié)構(gòu)為剛性梁，橋墩頂能夠限制支座上部結(jié)構(gòu)的橫向位移，該種情況下，將橋墩轉(zhuǎn)換為等效截面伸臂梁，把梁端聚點重力和梁體重力之和，作為支座上部結(jié)構(gòu)重力，然后按照上述計算過程，計算等效截面伸臂梁慣性矩，以及最大地震位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)。
當(dāng)無預(yù)緊力時，且只有軸向拉伸力時，可以直接取螺栓中部截面等效應(yīng)力的平均值。
當(dāng)有預(yù)緊力時，就無法直接從WB結(jié)果讀取了，需要使用1.4.2-（2）中的公式評定，詳見實例1。
實例1 預(yù)緊力與工作載荷同時作用下的螺栓強(qiáng)度評定。
Step1 建模。
建立靜力學(xué)算例，單位為mm。
在DM中如下模型，尺寸不重要，讀者自己斟酌。創(chuàng)建后凍結(jié)它。
正常來說個人建議通過截面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到具有等效性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)截面，這樣后處理以及求解器之間的傳遞會更加容易，但是畢竟等效會因人而異并且?guī)硪欢ㄕ`差，因此有時候還是需要創(chuàng)建自定義截面。
同樣的，在考慮梁的接觸是，梁單元的接觸面與梁中軸線的距離為梁橫截面的等效半徑。正是因為接觸面是由殼的中面和梁的中性軸偏置而來，所以在有限元建模中，為了表示殼的厚度和梁的橫截面尺寸而留下的殼部件之間與梁部件之間的間隙尺寸就顯得至關(guān)重要。不合適的間隙尺寸則會導(dǎo)致接觸面上出現(xiàn)初始穿透的現(xiàn)象。LS-DYNA將通過移動穿透的從節(jié)點到主面的方式消除初始穿透。
將空心板截面換算成等效的工字形截面的方法，是根據(jù)面積、慣性矩和形心位置不變的原則。
24. 水平縱向鋼筋其作用主要是在梁側(cè)面發(fā)生裂縫后，可以減少混凝土裂縫寬度。
25. 受彎構(gòu)件正截面承載力計算基本公式的建立是依據(jù)( B )形態(tài)建立的。
(A) 少筋破壞
(B) 適筋破壞
(C) 超筋破壞
(D) 界限破壞
26.
① 模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型
■ 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
▲ 圖3 梁模型截面
■ 實體螺栓模型：根據(jù)用戶選擇的螺栓實體，可自動識別關(guān)鍵幾何（承壓面）及幾何參數(shù)（公稱直徑及螺栓長度），并支持修改。
圖1 功能菜單
圖2 軟件界面
提供完整的螺栓計算分析功能
Bolt Assessment inside ANSYS將VDI2230規(guī)范的過程與有限元計算進(jìn)行了結(jié)合，提供了完整的螺栓計算分析功能：
1、模型信息的識別：支持采用“梁”及“實體”建立的螺栓模型，
l 梁螺栓模型：支持等效截面或變截面
參數(shù)化列表
值得注意的是截面等效載荷（即P3跟P4）是壁厚T、半徑R及內(nèi)壓Pi的函數(shù)，需要在Expression中輸入公式。
