MIDAS中索单元预应力的施加方法

最近用MIDAS计算单索幕墙,发现MIDAS中提供了好几种对索施加预应力的方法,简单总结如下:

1.定义索的初拉力或Lu/L:

此方法需要在定义索单元时输入索的初拉力值或Lu/L,个人感觉类似于ANSYS中的给LINK单元定义实常数里的"Initial Strain"。需要指出的是MIDAS里的Lu/L和ANSYS里的"Initial Strain"不是一个概念:Midas中,Lu指索没有内力时的自由长度;L指索的初始状态长度(实际就是索单元两个节点的空间直线距离)。当Lu/L大于1时索初始处于松弛状态,当Lu/L小于1时索初始处于张紧状态,于是根据材料力学的基本知识有:

Lu/L=1-ε (ε指索的初应变:ε=F/EA)

于是初拉力F和Lu/L就有了一个换算关系:

Lu/L=1-F/EA

下图是用这种方法算得的一个单索在水平荷载作用下的位移分布(和ANSYS结果比较接近):

方法1

ANSYS结果

注:这种方法定义的预应力大小在MIDAS中好像不可以用图形的方式显示,只能列表查看;另外也不能得到预应力施加后施工状态结果。

2.给索单元指定几何刚度初始荷载

这种方法需要绘索单元施加【荷载】-->【初始荷载】-->【大位移】-->【几何刚度初始荷载】,基本和定义索初拉力(Lu/L)的方法一样,也同样不能得到预应力施加后的施工状态结果,下图是用这种方法算得的位移分布:
方法2

3.通过施加初拉力荷载

这种方法需要给索单元施加【荷载】-->【预应力荷载】-->【初拉力荷载】,结果稍微和以上两种方法有点差异,但可以图形显示每根索的预应力,也可以得到预应力施加后的施工状态结果,下图是这种方法算得的位移分布:

方法3

通过和ANSYS几何非线性的比较,个人认为MIDAS的几何非线性分析结果是可信的,同时也给我们提供了丰富的施加预应力的方法。在考虑几何非线性进行迭代计算时,MIDAS提供了三种收敛准则(能量、位移和力),感觉使用能量准则更利于快速收敛,三种准则结果差异不大。