【正文】 算（局部應(yīng)力分析也非常 困難 ） ◆ 焊縫疲勞 2021/6/18 16 ？ 二、橋梁用平面有限元軟件 ? 1. 直接剛度法 ? 2. 節(jié)間荷載的處理 ? 3. 幾種特殊荷載的處理方式 ? 4. 編程思路 ? 5. 軟件演示 2021/6/18 17 直接剛度法 ? 橋梁用軟件計(jì)算核心都是直接剛度法 —— 矩陣位移法 以位移為未知數(shù)，求解位移。 2）劃零臵一法： 2021/6/18 23 求解方程 ——求解器 ? 當(dāng)結(jié)構(gòu)規(guī)模大到一定程度，求解方程便是十分麻煩的問題。 2021/6/18 28 節(jié)間荷載的處理 1）在 B、 C 結(jié)點(diǎn)加附加約束，使 B、 C 兩點(diǎn)不能發(fā)生任何位移。但是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和施工中體系多次轉(zhuǎn)換，就無法用解析的方式獲得。 2021/6/18 39 橋梁用軟件的總體思路 ? 建模（單元、截面、材料、預(yù)應(yīng)力） ? 形成施工階段（結(jié)構(gòu)、荷載、結(jié)構(gòu)和荷載的繼承性） ? 運(yùn)營階段可變的靜荷載計(jì)算（溫度、風(fēng)、沉降等） ? 運(yùn)營階段活載的計(jì)算（影響線加載） ? 按照規(guī)范的檢算（強(qiáng)度、抗裂、裂縫等） 隨時(shí)記錄荷載的效應(yīng)（內(nèi)力、位移、應(yīng)力），并按照組合形成包絡(luò)。 2021/6/18 43 三種結(jié)構(gòu)成橋線形 ? 連續(xù)梁、剛構(gòu)： 一般地，靠立模標(biāo)高來保證，一旦立模標(biāo)高確定，后期線型將成為永久的不可更改的。對(duì)主梁而言，也可以使之在跨中上拋一定高度，在主梁跨中下緣預(yù)存一定的壓應(yīng)力，也可以改善主梁的受力。 被動(dòng)：在自身不張拉的時(shí)候因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)上的荷載改變也可以被動(dòng)加載。 ?最簡(jiǎn)單的辦法？ 2021/6/18 52 簡(jiǎn)單方法： 記錄位臵、標(biāo)號(hào)刻度，拆散。 也就是無應(yīng)力狀態(tài)控制法的兩個(gè)原理 ： 2021/6/18 54 無應(yīng)力狀態(tài)法原理一： 一定的 外荷載 、 結(jié)構(gòu)體系 、 支承邊界條件 、 單元的無應(yīng)力長度和無應(yīng)力曲 率組成的結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移是唯一的，與結(jié)構(gòu)的形成過程無關(guān)。 在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下用最少的張拉次數(shù)完成施工。 ?在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)決定單元類型的選擇。六節(jié)點(diǎn)三角形單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)自由度。單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變的特性。橫向剪切被表示為整個(gè)厚度上的常剪切應(yīng)變。鋼筋僅能承受拉力和壓力，但不能承受剪力，具有塑性變形和蠕變性能。 方法 a太耗費(fèi)機(jī)時(shí)，方法 b即為子模型技術(shù)。 2. 生成子模型。 ? 建模 —— 在很多情況下，粗糙模型不需要包含局部的細(xì)節(jié)如圓角等，見下圖。同時(shí)應(yīng)指定相同的單元實(shí)參（如殼厚）和材料特性。 2021/6/18 98 第五步：驗(yàn)證切割邊界和應(yīng)力集中位置的距離是否足夠 ? 最后一步是驗(yàn)證子模型切割邊界是否遠(yuǎn)離應(yīng)力集中部分。如果結(jié)果符合得很好，證明切割邊界的選取是正確的。 2021/6/18 96 第三步：生成切割邊界插值 ? 本步關(guān)鍵步驟。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樽幽Ｐ偷慕Y(jié)果是根據(jù)切割邊界的位移解插值得到的。 4. 分析子模型。切割邊界就是子模型從整個(gè)較粗糙的模型分割開的邊界。 Warnke 破壞曲面 橢圓組合截面的拋物線曲面 ,五個(gè)參數(shù) ? Solid 65的本構(gòu)關(guān)系 ?? 彈塑性 +斷裂 本構(gòu)關(guān)系 2021/6/18 84 最大拉應(yīng) 力準(zhǔn)則 以主應(yīng)力（ σ 1 ， σ 2 ， σ 3）為軸的主應(yīng)力空間，將試驗(yàn)獲得的多軸強(qiáng)度數(shù)據(jù)標(biāo)在其中，相鄰點(diǎn)以光滑曲面相連，得到如圖破壞包絡(luò)面。 實(shí)體單元 ? SOLID185， 3D、 8N，結(jié)構(gòu)實(shí)體單元 2021/6/18 79 ? SOLID1863D、 20N，結(jié)構(gòu)實(shí)體單元 2021/6/18 80 3. SOLID65 （ 3D、 8N，帶筋混凝土單元） 2021/6/18 81 ANSYS里面專門建立了面向混凝土，巖石材料的單元 ——Solid65單元 ?? 在三維 8節(jié)點(diǎn)等參元 Solid45的基礎(chǔ)上，增加了針對(duì)于混凝土的材性參數(shù)和整體式鋼筋模型 ? SOLID65適用于帶鋼筋或不帶鋼筋的三維實(shí)體模型。如果遇到收斂困難或者需要考慮大應(yīng)變時(shí)，可選擇 SHELL181 單元。 ? PLANE42（ 2D， 4節(jié)點(diǎn)四邊形 ) PLANE42用于仿真 2D實(shí)體結(jié)構(gòu)。這種單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有六個(gè)自由度： x、 y、 z三個(gè)方向的線位移和繞 x,y,z三個(gè)軸的角位移。 ?模態(tài)分析 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振型。 ?實(shí)際監(jiān)控時(shí)不是真的去量斜拉索的實(shí)際長度的。與順序無關(guān)、組裝時(shí)的溫度無關(guān)。后一種狀況是唯一的。由于斜拉橋?yàn)楦叽纬o定，一步步走向成橋目標(biāo)并非易事。（即無應(yīng)力長度一定成橋線型就是一定） ? 斜拉橋： 靠斜索的張拉來保證成橋線型。我從應(yīng)用層面和快速理解的角度，換一個(gè)角度來闡述。 2021/6/18 34 在逐階段形成的結(jié)構(gòu)中，混凝土徐變效應(yīng)與某點(diǎn)的應(yīng)力歷史密切相關(guān)，每階段的應(yīng)力增量由荷載引起的應(yīng)力增量 △ σ i和收縮徐變引起的應(yīng)力增量△ σ ci組成。 3）固端力反向即為等效節(jié)點(diǎn)荷載。 假如有 10000節(jié)點(diǎn)的模型， n＝ 60000。 [K]：總體剛度矩陣，由單元?jiǎng)偠染仃囖D(zhuǎn)臵到總體坐標(biāo)系下，并組集而成。 對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)中的一些特殊荷載處理起來很麻煩。 ? 起源于高校和實(shí)驗(yàn)室。 2021/6/18 11 不得不說的一個(gè)軟件 SAP ? SAP： 美國 CSI（ 美國計(jì)算機(jī)和結(jié)構(gòu)） 公司（ 1975）的產(chǎn)品， SAP程序是歷史最悠久、也是最負(fù)盛名的 結(jié)構(gòu)分析軟件 ，已經(jīng)有 40年的歷史。 2021/6/18 9 ? MARC： MSC. MARC， MSC（ Corporation）公司位于洛杉磯， 63創(chuàng)立， 66年參與了 Nastran的開發(fā)。 ? 有限元方法的理論和程序主要來自高校和實(shí)驗(yàn)室，早期有限元的主要貢獻(xiàn)來自于 Berkeley大學(xué)。 ? FEA（ Finite Element Analysis)的基本概念： 用較簡(jiǎn)單的 問題 代替復(fù)雜問題后再 求解 。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 ? Fluent:原美國 Fluent 公司是全球最大的 CFD ――流體力學(xué)仿真分析軟件及咨詢公司。 2021/6/18 10 ? Adina: 在計(jì)算理論和求解問題的廣泛性方面處于全球領(lǐng)先的地位，尤其針對(duì)結(jié)構(gòu)非線性、流 /固耦合等復(fù)雜問題的求解具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。 此后， Wilson博士被國際工程界認(rèn)為是計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域中的卓越的研究者 。 2021/6/18 13 橋梁工程常用的計(jì)算軟件 ? 韓國： MIDAS（空間梁、板）正式成立于 2021年 9月 1日，它隸屬于世界最大的鋼鐵公司之一 浦項(xiàng)制鐵 (POSCO)集團(tuán)。 2021/6/18 15 MIDAS的 FEA——土木高端 ? 對(duì)于在專用軟件之外的空白區(qū)。 2021/6/18 19 Ui Vi θi Uj Vj θj Ni Qi Mi Nj Qj Mj 局部坐標(biāo)系下 轉(zhuǎn)置矩陣 ???????????????????????1000000c o ss i n0000s i nc o s0000001000000c o ss i n0000s i nc o s????????T]][[][][ TKTK eT?1 2 3 )0,0,0(1)3,2,1(2 )6,5,4(3)7,0,0(4x y x x x 單剛組集總剛 —— 對(duì)號(hào)入座 2021/6/18 20 x y i L αxj iUjUiUjUiVjVEA iVjV? ????????????????????????)2(