ANSYS中拉索初张力的施加方法

摘 要 ：采用ANSYS软件模拟拉索初张力的张拉时的模拟时，通过对比计算，得出了其正确的模拟方法，能过有效的提高类似悬臂浇筑混凝土及斜拉桥的施工阶段计算结构受力的准确性。

关键字 ：ANSYS，MIDAS/CIVIL拉索，初张力，切线拼装

中图分类号：C35 文献标识码： A

在钢筋混凝土拱桥的悬臂拼装和悬臂浇筑及斜拉桥的施工过程中，通常采用有限软件MIDAS/CIVIL、ANSYS等建立平面杆系模型来计算施工过程中的结构受力，本文将重点讲述在ANSYS中如何正确的施加拉索的初张力，确保模型的计算精度满足工程需要。本来将采用ANSYS、MIDAS分别建立模型，计算结果与收算结果比较，验证在ANSYS施工初张力的正确方法。

1.ANSYS中生死单元方法的应用

利用ANSYS的单元生死功能和编制APDL命令流的功能，能够很好地模拟受力复杂的施工过程。单元的生与死相当该单元的施工与否，而编制APDL命令流功能则可以使得多种工况的参数输入变得非常的简单，只须修改相关语句即可。

在ANSYS中一般采用LINK10杆系单元模拟拱桥悬臂施工时的临时施工扣索及斜拉桥的斜拉索。虽然可以利用生死单元的死活特性来模拟施工过程，但对于拱桥悬臂施工及斜拉桥的施工模拟会遇到一些困难，首先也是最重要的就是如何正确施加拉索的初张力。如果利用ANSYS中的LINK10单元则可以用加初应变的方法来给出初始张拉力，即给定与初始张拉力等效的初应变，然后直接激活该单元，显然，因为该初张力会引起结构的变形，从而影响所激活单元的应变，从而导致相应的初张力变小，引起的结构变形愈大，初张力变小量愈大，故这种方法几乎无法使用[1]。下文将讲述如何解决ANSYS中的这种问题。

2.模型的建立及计算结果的对比

图 1 ANSYS有限元模型

图 2 MIDAS有限元模型

MIDAS/CIVIL模型计算时在施工控制选项中勾选切线拼装，而在ANSYS模型中理论上自动为切线拼装，实际情况将在计算的基础上进行分析。为了对两模型的结果进行尽可能详细的对比分析，在此将模型的施工步骤就行细化为如所表 1示

表 1 施工工况划分

在本文模型计算只考虑斜拉索的张拉力F=100kN的作用，在ANSYS模型中换算为等效温度荷载，不考虑其他荷载的作用。首先，在MIDAS中只输入F=100kN的初拉力，在ANSYS中只施加等效温度荷载，不做任何其他处理。先只计算到1#拉索的张拉即工况3，ANSYS计算结果如图 3所示，MIDAS计算结果如图 4所示，可以很直观的看出两个软件计算出来的结果不相同。其原因是因为在ANSYS中，由于梁端拉索节点位置的变化，有梁产生的变形造成了拉索初拉力的损失，解决的方法为在ANSYS中在输入等效荷载的同时在定义拉索实常数时输入初拉力相应的初应变，其计算结果如图 5所示。

图 3 只施加等效荷载ANSYS计算结果

图 4 MIDAS计算结果

对比图

3、图

4、图 5的计算结果，可以清楚的得出，在ANSYS中在输入初张力的等效温度荷载同时在定义拉索实常数时输入初张力张拉时拉索产生的初应变，其计算结果与MIDAS模型计算的结果十分的接近，几乎一致，再由手算结果对比课验证模型的准确性。至此本文已阐述清楚在ANSYS中怎样正确的模拟拉索初张力的施加，此方法能够很好的解决应用ANSYS对相应问题施工阶段的结构受力计算。

下面将继续激活2#梁那个进行计算，结果发现在ANSYS中理论上新激活的梁端应按上一两段的切线方向激活，但是实际计算出来的结果确与MIDAS计算出来的结果不一致，其结果如图

6、图 7所示。其原因是因为在ANSYS中，生死单元“杀死”后其实际依然存在，只是弱化，也就是说“杀死”的拉索对新激活的梁单元依然有约束作用，这样就肯定与MIDAS的计算结果不一致。

图 6 ANSYS激活2#梁计算结果

图 7 MIDAS激活2#梁计算结果

上文计算结果表明在ANSYS计算模型中须对新激活梁段的平动及转角位移，对于这一步的操作在ANSYS中能够很方便的应用APDL语言进行编制，其修正后的结果如图 8所示，其结果与MIDAS的计算结果几乎一致，且与手算结果对比后验证其准确性。

3.结论

经上文计算对比可以得出，如须在ANSYS中准确的施加拉索的初张力及正确的模拟悬臂拼装就必须在输入初张力的等效荷载同时在输入拉索实常数时须输入初拉力所产生拉索相应的初应变，且在新激活梁段是修正梁段头的平动及转角位移。