在ABAQUS实体元内模拟预应力筋的方法【转帖】

Lorraine

在ABAQUS实体元内模拟预应力筋的方法汇集 经过探索，在ABAQUS中可以采用以下几种方法模拟预应力筋。
1. MPC法
分别定义预应力筋（比如truss单元）和混凝土，采用MPC将预应力筋与混凝土联系起来，对预应力筋施加初始应力，即可模拟预应力效应。
2.降温法
这是目前很多人采用的方法。即在预应力筋施加温度荷载（降温），使预应力筋收缩，从而使混凝土获得预应力。
3.ABAQUS自带的初始应力法
直接用*Initial conditions, type=stress可以直接模拟先张法，能获得预应力筋和混凝土的后期应力增量，但无法获得预应力筋的真实应力。
4.Rebar element single 法
利用ABAQUS提供的rebar功能，模拟预应力束，给出rebar与相关实体单元的信息，通过在rebar上施加初始应力即可模拟先张法和后张法。
5.Rebar Layer法
利用ABAQUS提供的rebar layer功能，将rebar layer定义到surface，membrane或shell基上，通过对rebar施加初始应力，即可模拟先张法和后张法。

经过一段时间的使用和尝试，发现实体内施加预应力还存在不少缺陷：
1.无法模拟早期的预应力损失，如摩擦损失，锚具回弹损失等；
2.无法准确模拟后张法中在张拉阶段净截面参与计算的问题，这在截面高度较小，预应力筋较多时，对计算结果影响会比较大；
3.无法模拟换算截面的问题，尽管帮助文件中多次提到rebar layer的刚度被添加到surface section等中，由于surface section没有内在刚度，多次测试发现rebar layer的刚度无法添加到结构中。后尝试用shell section的方式来实现。帮助文件中没有直接提到用shell section带rebar layer埋于solid单元的方式可以模拟预应力。经多次测试发现是可以考虑shell和rebar layer的附加刚度，但结算结果不稳定。

几个要点：
1.shell section能自动采用换算截面，其但换算系数为N而不是N-1。
2.shell section采用换算截面时，其附属的rebar layer面积也一并参与换算。
3.若考虑预应力作用，其作用仅限于rebar layer部分，而不及于shell section本身。

本次新增的inp文件中可对比测试shell section和surface section。见文件中相关数据行提示。
注意新问题：当rebar layer面积较大时，误差很大，需进一步解决，这也许是ABAQUS帮助文件中没直接推荐shell section with rebar的原因。

用降温法施加预应力的原理是：温度降低时，预应力筋收缩，通过预应力筋与混凝土或土体之间的连接将预应力筋的收缩应变传递到其他材料中去。因此，降温荷载只能加在预应力筋上，如果对所有的材料都施加降温荷载就相当于考虑组合结构的收缩，是无法得到预应力效应的。如果不考虑热传递效应，温度荷载通过以下语句施加：
  *Temperature
    Set-StrandT,-500

    还可以考虑初始温度：
   *Initial conditions, type=Temperature
    Set-StrandT, 0.0

如果计算结果没有预应力效应，检查三个方面：
1. 温度线膨胀系数是否添加到材料菜单中；
2. 温度荷载是否只加载到预应力筋的对应单元上；
3. 预应力单元与混凝土或土体之间是否存在可靠连接。

Lorraine

预应力钢筋的建模过程

这是一个加固的模拟：
1.CAE流
首先建立一个分析步，对truss单元施加bolt那啥的力（忘记具体名字了，在寝室的电脑，没有装abaqus，抱歉 ），然后进行后续的分析布分析。需要注意的是truss单元必须在中间分割，以便有一个中间点来施加这个力。由于我不是采用这种方法，仅仅做了一个小东西验证下面的方法的正确性，因此也不好意思多说，具体参见分析手册29-5-1

2.INP流（直接修改INP文件）
首先强调：模型中应该有需要施加预应力的单元信息，无论是B31或者是T3D2，后面自行处理
在*element章节与*node章节之间，加入
*node
1000XX,0,0,0(XX是编号，因为我一共有16个点需要施加预应力，因此XX就是1~16，而前面的1000是为了避免与已有node号码重复）
*PRE-TENSION SECTION, ELEMENT=XX, NODE=1000XX
然后在
*element章节把需要施加预应力的杆系单元改为T3D2单元，这个应该都会改吧 另外，如果模型中没有truss单元的截面信息，需要自行加入,如下
*SOLID SECTION, ELSET=EL-pretension, MATERIAL=rebar
0.002965
然后加入预应力的分析工况，用
*CLOAD
写入即可。这里不明白可以做一个CAE小例子，在job模块下write input，自己打开看看。
具体过程就这样，希望对各位有所帮助