结构工程仿真技术12

1 单悬索分析
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★ANSYS中的LINK10为索单元，该单元通过KEYOPT 设置可仅受拉或仅受压，以模拟张紧索或松弛索。
★初应变是基于无应力时的索长和当前索长（两节点之 间的距离）计算，因此采用加速度施加自重时应考虑 该因素，以避免结果错误。
★索的垂度和水平张力互为结果，必须已知其中一个参 数才能惟一确定索的线形或张力。
!定义静态求解、打开大变形与应力刚度选项 !定义子步数、输出结果、求解
/post1$set,last,last
!进入后处理，选择最后荷载步的最后子步
*get,nfor,elem,enum/2,smisc,1
!获得跨中单元的索力并计算其余弦
cosref=(nx(node2)-nx(node1))/distnd(node1,node2)
f,node1,fy,-qf$solve$finish
石家庄铁道大学研究生课程《结构工程仿真技术》讲稿--王新敏
1 单悬索分析
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1 单悬索分析
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⑵找形分析法
基本原理是在索弦线位置创建模型，采用很大的初始应变和较小的弹 性模量，施加自重荷载，其变形即为初始状态的线形。在此线形下，恢复实 际弹性模量，假定很小的初始应变，求得索在自重荷载作用下的初始状态。 基本过程如下： ①找形分析
③工作状态分析 在初始状态分析完成后，即可施加外荷载进行分析，从而获得基于初始状态 的外荷载作用下的结果。
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2 菱形单片索网分析
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一般在设计索网结构时，大多给定期望的预应力状态 和几何边界，要求确定初始形状，这里仅就此问题进 行介绍。
!对单元数目循环 !获得当前单元的长度 !获得当前单元的应变 !计算索长和索的变形
*enddo
s0=s-ds
!求解外荷载作用下的内力和变形-------------------------------------------------------
/solu$nlgeom,on$nsubst,20$outres,all,all
/post1$set,last,last$plesol,smisc,1 !绘制索力
etable,epelt,lepel,1
!定义单元表
s=0$ds=0 *do,i,1,enum *get,eleng,elem,i,leng *get,epel,elem,i,etab,epelt s=s+eleng$ds=ds+eleng*epel
l0=120$xh=20$area=7.016e-4$em=7.89e10!定义几何参数、面积、弹性模量
q0=65$qf=10000
!定义索单位重量(N/m)和集中荷载(N)
h0=9000
!定义自重作用下的水平张力（已知）
err0=2/100$enum=60$istran=1.0e-6
!定义迭代条件、单元数目、初应变
③施加外荷载求解：在获得初始状态后，施加其他外荷载，进 行工作状态分析。
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1 单悬索分析
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! 悬索直接迭代求解
finish$/clear$/filname,ex820$/prep7
!定义几何参数和荷载参数等，定义单元类型和材料性质-------------------------------------
设置较大的初应变便较快收敛。可根据初始水平张力和初应变，确定一“假 定的较小的弹性模量”。施加荷载和约束后求解，如果自重荷载以加速度施 加，要注意加速度施加在未变形的单元上，因此应将密度除以（1-初应变） 。
②初始状态分析 找形分析后，恢复真实的弹性模量，并设置很小的初应变以获得求解稳定性 。求解后若索内水平张力与已知的张力不符，可采用类似“直接迭代法”中 的迭代过程。
★工作状态：指在外部荷载作用下所达到的平衡状态。
单悬索是指安装时不张拉的单根索，即索无初始应 力或无初应变。
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f h
f h
l/2
l/2
A
q
l y
a)
l/2
l/2
q
xA
B
l y
b)
x B
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!施加值为1的加速度（自重）
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!求解、进入后处理获得索内力、更新有限元模型、判别收敛条件是否满足------
pass1=1
*dowhile,pass1 /solu$antype,0$nlgeom,on$sstif,on nsubst,20$outres,all,all$solve$fini
!通过坐标获得关键点号并创建线（竖线）
l,kp(0,xi,0),kp(yi,xi,0)$*enddo
!通过坐标获得关键点号并创建线（水平线）
lsel,u,tan1,x$lsel,u,tan1,y$ldel,alL !删除边界线（斜线）
lsel,all$lovlap,all
!选择所有线，并执行线搭接生成关键点
2 菱形单片索网分析
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刚性边梁
z xy
73.2m 找形后视图
假定几何平面 73.2m
找形后空间形状
3.66m 3.66m
找形后视图
如图所示的菱形索网，设各索支承在刚性边梁上，各索截面 相等且面积为0.001468m2，弹性模量为210GPa，各索预应 力为800kN。
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netnum=4$netsiz=9.15$f=3.66Leabharlann !定义索网数、网格尺寸及垂度
a=0.001468$t0=8e5$deadld=1e3
!定义索面积、初始预应力及外荷载
et,1,link10
!定义单元类型
istran=0.999$r,1,a,istran
!定义很大的初始应变
mp,ex,1,t0/(istran*a)$mp,prxy,1,0.3
★一般设计单悬索时，可根据实际要求确定索的垂度， 或者根据应力条件预先拟定索的张力。该问题可归结 为已知张力找形或已知形状求索力两类问题。
★ANSYS分析单悬索问题时，可采用两种方法，即直 接迭代法和找形分析法。
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⑴直接迭代法 在索弦线位置创建模型，采用实际材料性质和实常数，并
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1 单悬索分析
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索分为三个力学状态：
★无应力状态：指加工放样后的索或索段，该状态索内 不存在应力，不承受任何荷载。
★初始状态：指仅承受自重或预应力作用下的自平衡状 态，不考虑外部荷载的作用。该状态提供了分析结构在 外部荷载作用下所必须的所有初始条件，如结构几何和 预应力等。
第12 讲 索、混凝土和岩土结构
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本讲主要内容： 一、索结构：单索、索网、膜等的分析。 二、钢筋混凝土结构的分析 三、预应力混凝土结构的分析 四、结构-土相互作用分析
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一、索结构
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索的理论计算一般采用两个基本假定: ★索为理想柔性的，即不能受压，也不能抗弯； ★索的材料符合符合定律。 索所受均布荷载一般分为两种形式： ★沿着索曲线的弦线均匀分布，索的形状为抛物线； ★沿着索的弧长均匀分布，索的形状为悬链线，如索自重作用 下的形状。 ★根据理论分析结果，索的垂度越小二者差别越小；而实际索 的垂度都比较小，当采用沿着索弦线均匀分布的荷载时，二者 误差较小可为工程所接受。 安装时是否张拉： ★不张拉的索仅由自重或外部荷载在索内产生一定的应力； ★张拉索则由自重、预应力和外部荷载在索内产生应力。
*do,i,1,netnum+1
!循环施加各边界关键点约束条件
xi=(i-1)*netsiz$yi=(netnum+1-i)*netsiz !计算X和Y坐标
dfv=f-(netnum+1-i)*2*f/netnum
upgeom,1,last,last,ex820,rst$*endif !否则模型更新系数采用较大数值
*if,err1,lt,err0,exit$*enddo
!如满足迭代条件，退出循环
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!获得初始状态索长、无应力索长等----------------------------------------------------
形状确定问题简称“找形”，其基本原理是减小弹性 刚度的影响，利用结构的应力刚度求得满足边界条件 的平衡曲面，当完全不计弹性刚度时获得索网的最小 曲面，因此在找形分析时应采用较小的弹性模量，且 不施加外荷载和自重荷载。
找形完毕后，恢复材料的真实弹性模量和初始应变， 并施加外荷载进行求解。
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2 菱形单片索网分析
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!EX8.22 菱形索网找形与分析
!定义几何参数、单元及材料常数等---------------------------------------------------------------
finish$/clear$/filname,ex822$/prep7 !工作文件名为EX822