最近几年索在建筑结构中用的很多,随之带来的问题就是预应力如何在软件中实现。早期的软件是没有办法模拟预应力的,其实也没有索单元,比如PKPM,sap2000等。但是近些年,随着实际需求的增加,很多软件都可以实现预应力的计算,特别是索单元(只拉单元)的开发,使得模拟拉索这种存在预应力的构件变得可行和方便。
在实际操作过程中,施加预应力的方式可归纳为三种,分别为:降温法、初始应变法和施加初始轴力法。
在现有的几个常用软件中,施加预应力的方式也不大一样,比如MIDAS是通过施加初始轴力来实现的,当然用户也可以采用降温法来实现;sap2000可以输入初始应变,也可以通过降温法来实现;而ansys则是以输入初始应变的方法来实现预应力,当然也可以通过降温法。不过,在使用中大家会觉得这三家软件各有其特点,对于施加预应力的方式有其固定的方式,比如在使用MIDAS时,一般采用初始轴力法;SAP2000则是降温法;而ansys则主要是初始应变法。因为每个软件都有其更为方便的操作方式。
很多人经常议论这三种施加预应力的方式,甚至比较三种施加方式的优劣和正确性,其实,这是因为没有去追究基本理论的缘故,下面我们来看看这三种施加方式的基本原理。无论是采用哪种方式,最初的预应力是要进入刚度矩阵的,而进入刚度矩阵的变量是位移和应变,那么我们就以应变作为基本的变量,这样比较容易作对比:
(1)以初始应变的方式施加预应力。输入的数据可以直接进入刚度矩阵装配的过程,不需要过多的处理;
(2)以降温的方法施加预应力。ξ=ΔΤ×α,其中ξ是应变,ΔΤ是温差,α是热膨胀系数。也就是说降温法经过一次计算与初始应变法走到了一条路上。
(3)初始轴力法。F=σ×A;σ=E×ξ其中,σ为应力,A为截面积,E为弹性模量,也就是说初始轴力经两次变换与初始应变走到一条路上。
由此可以看出,实际上这三种方法最后都是要走到同一条路上才能实现预应力的施加和模拟的。也就是说它们的原理实际上是一样的。所以,没有哪种方法好的问题。
不过,对于操作者来说,不同的施加方法,方便程度倒是有一些区别,比如初始轴力法就比较直观,不用用户去计算得到温差或初始应变;而降温法和初始应变法则需要用户在施加之前做一些简单的计算,然后才能输入进软件。
本人的一点个人见解,希望对各位有用。也希望提出不同意见相互交流。