预应力钢结构的索力模拟分析方法

在役预应力结构有效预应力检测方法研究
预应力结构是现代工程结构中常用的一种结构形式。

预应力结构通常在施工时采用钢丝或钢杆等预应力材料施加预应力，从而使结构产生爆发力，并提高结构的耐久性和承载能力。

因此，预应力结构的有效预应力检测对于结构的安全、可靠运行至关重要。

目前，预应力结构的有效预应力检测方法主要包括两种方法：无损检测法和破坏性检测法。

无损检测法是指通过对结构表面进行实时监测，从而实现对预应力结构有效预应力的检测。

该方法包括电阻应变法、电阻应变法、超声波法和雷达法等。

其中，电阻应变法和电容应变法是比较常见的预应力结构有效预应力检测方法。

电阻应变法是通过将电阻式应变计贴在表面上，利用预应力材料受力变形引起电阻值的变化，从而实现预应力的检测。

电容应变法则是利用整个结构构成电容器，当预应力材料受力变形时，会引起整个结构中介质的电容值的改变，从而实现预应力的检测。

破坏性检测法是指对预应力结构进行破坏性试验，从而实现有效预应力的检测。

该方法包括张拉试验、锚固力试验和断裂试验等。

破坏性检测法虽然能够较全面地了解结构的预应力情况，但其破坏性质也使得该方法不适用于工程现场的实时监测。

在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的预应力结构有效预应力检测方法，同时也需要结合其他方法对预应力结构进行全面的监测和分析，以确保结构的安全、可靠运行。

2 独立建模耦合法该法的基本思想是实体和力筋独立建几何模型，分别划分单元，然后采用耦合方程将力筋单元和实体单元联系起来，这种方法是基于有限元模型的处理。

其基本步骤如下：①建立实体几何模型（不考虑力筋）；②建立力筋线的几何模型（不考虑体的存在）；③将几何模型按一定的要求划分单元（这时也是各自独立的）；④选择所有力筋线；⑤选择与上述力筋相关的节点(nsll命令)，并定义选择集；⑥将上述力筋节点存入数组；⑦选择所有节点，并去掉⑤中的节点集(这时是除力筋节点外的所有节点)；⑧按力筋节点数组搜寻所有最近的实体节点号，并存入数组中；⑨耦合力筋节点与最近的节点，一一耦合(cp命令)（不能使用cpintf命令，这样可能耦合其它节点，且容易不耦合）⑩选择所有，并施加边界条件和荷载，可以求解了。

这种方法建模特别简单，耦合处理也比较简单(APDL要熟悉些)，缺点是当实体单元划分不够密时，力筋节点位置可能有些走动，但误差在可接受范围之内！这种方法是解决力筋线形复杂且力筋数量很多时的较佳方法。

预应力简支梁弹性分析--体线独立耦合法示例!-----------------------------------------/prep7eg=2e5ag=140eh=4e4r0=9345yyl=200000et,1,link8et,2,solid95r,1,ag,yyl/eg/ag*1.036258r,2mp,ex,1,egmp,prxy,1,0.3mp,ex,2,ehmp,prxy,2,0.2blc4,,,100,200,3000/view,1,1,1,1/ang,1vplot!------------定义力筋线ksel,all*get,kp0,kp,0,num,maxlsel,nonek,kp0+1,50,160k,kp0+2,50,160,3000k,kp0+3,50,800,1500 larc,kp0+1,kp0+2,kp0+3,r0 kdele,kp0+3*get,line1,line,0,num,min !-------------定义约束lsel,s,loc,z,0lsel,r,loc,y,0dl,all,,uylsel,s,loc,z,3000lsel,r,loc,y,0dl,all,,allallsel,all!-----------单元划分lsel,s,,,line1latt,1,1,1lesize,all,,,50lmesh,allvsel,allvatt,2,2,2lsel,s,loc,z,0lsel,r,loc,y,10,140 lesize,all,,,8lsel,s,loc,z,0lsel,u,loc,y,10,140 lesize,all,,,4lsel,s,loc,y,0lsel,r,loc,x,0lesize,all,,,50vsweep,allallsel,all!耦合自由度lsel,s,,,line1nsll,s,1cm,cmljnod,node*get,max1,node,0,count *dim,ojd,,max1*dim,jd,,max1*get,nod1,node,0,num,min ojd(1)=nod1*do,i,2,max1ojd(i)=ndnext(ojd(i-1))*enddoallsel,allnsel,allcmsel,u,cmljnod*do,i,1,max1nod1=ojd(i)j=nnear(nod1)jd(i)=j*enddonsel,allji=1*do,i,1,max1cp,ji,ux,ojd(i),jd(i) cp,ji+1,uy,ojd(i),jd(i) cp,ji+2,uz,ojd(i),jd(i) ji=ji+3*enddoallsel,allji=i=max1=nod1=ojd=jd=j=ag=eg=eh=kp0=r0=yyl=line1=finish/solusolvefinish/post1pldisp,1etable,sigi,ls,1 plls,sigi,sigi,1/prep7*SET,eg,2.95e5 !钢束弹模*SET,ag,139 !钢束面积*SET,eh,3.45e4 !混凝土的弹模*SET,r0,9345 !曲线钢束的半径*SET,yyl,180000 !钢束的预应力大小et,1,link8 !定于预应力钢束单元类型为link8et,2,solid95 !定义混凝土单元类型为solid95r,1,ag,yyl/eg/ag*1.1194364!定义单元实常数，对于link8单元为钢束面积、以及钢束的初始应变（除模拟预应力张拉还会用于应力刚度矩阵的计算）r,2 !solid95的单元实常数仅为x轴的调整，并且该实常数仅仅在单元坐标系统选择为1的时候填写。

本技术介绍了一种基于全结构施工过程的整体自平衡预应力找力分析方法,根据整体预应力自平衡条件，合理区分预拉构件、预压构件和普通构件；按照目标位形建立包含施工临时构件的全结构分析模型，采用迭代分析，在一次迭代过程中依次连续非线性分析零状态工况和施工过程工况，然后更新预应力，迭代直至成型态满足收敛条件。

其中零状态结构应静定或尽量接近静定，使其中预应力能尽量自由释放；预应力构件的预应力更新为成型态的轴应力。

该方法一体化整合成型态找力、零状态找形和全结构施工过程分析，同时得到了零状态位形、结构预应力和施工过程状态；预应力构件包括预拉构件和预压构件，预应力流途径为闭环，实现整体预应力自平衡；迭代过程中无需更新分析模型位形；基于正算法进行施工过程分析，与施工步骤顺序一致。

技术要求1.一种基于全结构施工过程的索结构整体自平衡预应力找力分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：分析准备：(11)确定索结构成型态目标位形及其对应的外载；(12)根据整体预应力自平衡条件，合理选择预拉构件和预压构件，其他为普通构件；(13)确定用于施工过程分析的关键施工步骤；(14)根据施工步骤，合理选择零状态找形构件，形成零状态结构；步骤二：建立结构分析模型：(21)按照成型态目标位形建立全结构分析模型，其中包含施工所需的临时构件；(22)施加边界约束条件；步骤三：预应力迭代初值：对预应力构件赋预应力迭代初值，其中预拉构件赋预拉应力，预压构件赋预压应力；步骤四：连续工况非线性分析：(41)零状态找形分析；激活零状态找形构件，杀死其他构件，得到零状态结构，在无外载条件下，求解零状态结构，其中预应力释放产生结构位移，得到零状态位形；(42)施工过程分析；基于第1步工况的基础上，根据施工步骤，采用生死单元技术逐步激活或杀死结构构件或临时构件，施加相应的重力荷载和其它外载，直至成型态；步骤五：迭代收敛判断；若成型态满足收敛条件，则达到目标状态；否则，更新预应力构件中的预应力值；步骤六：预应力更新；将成型态下预应力构件的轴应力作为新的预应力施加在预应力构件上；迭代重复连续工况非线性分析和预应力更新，直至成型态满足收敛条件。

浅谈索在预应力钢结构中的设计一、预应力钢结构的常用的布索方式：1.1横架的形式取决于跨度、荷载及功能的要求外，还要考虑预应力的经济效益和工艺可能，一般单跨时采用平行弦精架，制造安装方便（图1 a，b，c，d，e），或采用坡面横架便于排水和施加预应力（图1 g，h，i），跨度较大时采用弧形横架（图1 j），内力分布合理。

预应力索的布置有两种方案，一是局部布索，拉索位于个别杆件上（图1 a，d），预应力只影响布索杆件；二是整体布索，它由分为廊内布索（图1 b，h）和廊外布索（图1 c）两种，张拉钢索时对横架大部分杆件卸载，对小部分杆件增载。

局部布索效果明确，杆件可在工厂预制，工地装配，但锚头增多，节点构造复杂等原因使横架整体经济效益不高。

所以只有当跨度大，荷载重时采用局部布索才是合理的。

整体布索时大部分杆件卸载，预应力工艺简捷，用料少，所以经济效益比局部布索要好。

但它仍对部分杆件增载，所以整体布索方案与横架形式的选择会直接影响横架的总体经济效益。

廊外布索可以增加预应力的力度和效果，在净空允许条件下不失为可供选择的良好方案。

局部布索时一般将索布于受拉杆身，如悬臂横架位于上弦（图1 k），简支横架位于下弦。

跨度大、荷载重时可以重叠布索（图1 e）以节约索材。

连续横架布索一般位于受拉弦杆（图1 f），也可采用整体布索来改善较多杆件的受力条件（图1 I）。

如果条件合适可以采用多次施加预应力方案，经济效益要比单次施加预应力高10%左右。

图1预应力横架形式1.2空间结构空间结构由于结构形式的千变万化，可以采用的施加预应力的方式更加变化多样，下面只列出是比較典型的对网架和网壳施加预应力的两种方式，如图2。

图2预应力空间结构二、索析架分析法预应力钢结构目前所采用的设计方法如上所述，本文将提供一种新的预应力钢结构的分析方法一索析架分析法，该方法将预应力钢结构视为索析架结构，预应力索（直线、折线或曲线）被视为索析架的拉杆，钢析架被视为索析架的压杆，基于结构在塑性极限平衡条件下进行分析，预应力索承担的荷载按索的特性构造确定，钢析架承担的荷载按析架截面构造计算，预应力索和钢析架组合后按两个结构的连接条件进行协调。

空间预应力钢结构拉索等效预张力确定方法研究随着时代的发展，节能减排、节约材料以及高效构建建筑结构已经成为现代建筑领域最关注的话题。

在当今建筑领域中，空间预应力钢结构拉索已经成为一种流行的应用结构。

在使用时，空间预应力钢结构拉索的等效预张力是建筑的关键，而如何确定等效预张力，以及拉索在建筑中的施工方法，成为了当今学术界所关注的话题之一。

本文着重从理论上研究了空间预应力钢结构拉索等效预张力确定方法，从而为建筑设计、施工、养护等提供理论指导。

首先，介绍了空间预应力钢结构拉索技术研究的基本概念，并介绍了预应力拉索的基本构图，梳理了预应力钢结构拉索的特点，以及与传统结构的比较。

其次，分析了拉索施工的应用范围，重点介绍了预应力拉索施工的关键技术及其特点，以及预应力拉索的施工步骤。

其中，介绍了常用的等效预张力确定方法，并阐述了等效预张力确定过程中需要注意的因素。

最后，针对施工中常见的问题提出了改进建议，以保证预应力数值的准确性，最大程度地发挥预应力拉索技术的优势，为现代建筑实践提供有效的技术指导。

综上所述，本文围绕空间预应力钢结构拉索等效预张力确定方法进行研究，介绍了拉索的基本构图以及施工流程，重点介绍了空间预应力钢结构拉索等效预张力确定方法，并对施工中常见问题提出了改进建议，以保证拉索施工的质量，提高工程使用寿命，有助于现代建筑实践。

空间预应力钢结构拉索等效预张力确定方法的研究不仅可以更好地开发空间预应力钢结构的应用技术，而且也可以更好地为建筑设计、施工、养护等提供及时的技术指导。

为了有效开发空间预应力钢结构拉索的技术，未来的工作应重点研究空间预应力钢拉索施工中等效预张力确定方法以及施工方法，及时发现和解决其存在的技术问题，以及其在实际应用中可能会出现的问题，为我国建筑施工提供应用更加有效与精准的技术指导。

预应力索结构施工工艺及索力测定的研究姚裕昌孙坚张桂先（深圳市三鑫特种玻璃技术股分，深圳518054）提要：预应力索结构是一种轻质、高强的现代结构，但它的施工工艺也比较复杂，要求比较严格。

本文从索力测量的特殊性和索力测定仪的研究开发着手，对这种结构的施工工艺提出了建议和行之有效的一套做法，可供同行参考。

关键词：预应力索结构索力测定引言预应力索结构是一种轻巧、高强、高效和高技术含量的现代结构，它是点支式玻璃幕墙、玻璃采光顶和张拉膜蓬盖等轻型外围护建筑的理想支撑结构体系。

它的外形轻巧，布置灵活，受力合理；它巧妙地将结构的力学美和建筑形体的艺术美有机地融合在一路，具有强烈的时期气息，深得国内外建筑师和广大人民群众的喜爱。

伴随着点支式玻璃幕墙、玻璃采光顶和张拉膜蓬盖等建筑的进展，预应力索结构也取得了快速的进展。

但这种结构的设计施工难度大，专门是施工进程中对结构的形态操纵是一个难点。

预应力索结构在施工安装时必需施加预应力才能成形。

结构尚未经受荷载时既要保证结构的几何形状符合设计要求，又要使索中预应力值也符合设计要求，这是有必然难度的。

依照点支式玻璃幕墙和采光顶中索结构的工程实践，当前预应力索结构施工中存在两种误区。

一种是只注意了结构几何形状的初步操纵，勉强将预应力索安装上，将索结构的外形尺寸大体调整到位，就算完成任务，而未对索力进行有效操纵，给工程质量留下了隐患。

另一种误区是轻忽了索结构及其张拉工艺的特殊性，将预应力索与钢筋混凝土结构中的预应力筋一样看待，把钢筋混凝土结构中与张拉方式、锚固方式、工作条件等情形相对应的各类预应力张拉损失照搬到索结构的设计、施工中来，弄得过于复杂，使设计施工人员感到困惑，难于操作，有碍预应力索结构技术的推行。

本文从预应力索结构的大体原理动身，另辟蹊径从钢拉索索力测定仪的研究开发着手，并结合索端构造和张拉方面等特点提出了反复张拉、慢慢到位的预应力施工工艺，从而使预应力索结构的施工操纵变得十分方便，容易操作，容易监理，也更方便利用单位的治理和保护，有利于预应力索结构技术的推行。

预应力钢结构拉索的可靠度分析与设计指标研究的开题报告一、选题背景近年来，随着建筑技术的不断发展和更新换代，预应力钢结构在建筑领域中得到了广泛的应用。

预应力钢结构采用预应力技术，可以有效地减小结构的自重，提高结构的刚度和稳定性，并且可以在抗震、抗风等方面发挥优异的性能，因此在大型、高层和复杂的建筑中得到广泛应用。

预应力钢结构拉索作为预应力技术的重要组成部分，具有很强的承载能力和优异的抗震、抗风性能，对于保证结构的安全性和可靠性具有重要意义。

目前，国内外对于预应力钢结构拉索的可靠性分析和设计指标的研究仍处于初级阶段，缺乏系统性和针对性的研究成果，因此有必要对预应力钢结构拉索进行可靠度分析和设计指标的研究，为预应力钢结构的设计、施工和使用提供可靠的理论依据。

二、研究内容和目标1.研究预应力钢结构拉索的可靠度分析方法，包括基本原理、理论体系和计算方法等方面的内容。

2.分析影响预应力钢结构拉索可靠度的因素，包括材料性能、受力状态、设计参数等方面的因素，并对其进行系统性的评估和分析。

3.研究预应力钢结构拉索的设计指标，包括强度、稳定性、疲劳寿命等方面的要求，并对其进行优化设计和评估。

4.通过实例分析和对比分析，验证所提出的可靠度分析方法和设计指标的有效性和实用性，并提出实际应用建议。

三、研究方法和技术路线1.调研法：对国内外相关文献、标准和规范进行调研、分析和综合，获取相关知识和信息，并为后期研究提供参考。

2.理论分析法：基于理论模型和受力原理，对预应力钢结构拉索的力学性能和可靠度进行系统性的分析与研究。

3.数值模拟法：采用有限元方法，对预应力钢结构拉索的受力状态和变形情况进行数值模拟和计算分析，获取相关数据和结果。

4.实验验证法：通过实验手段对所提出的理论模型和计算方法进行验证和实际应用效果的评估。

技术路线：调研法→理论分析法→数值模拟法→实验验证法。

四、研究意义和应用前景预应力钢结构拉索作为重要的结构部件，为建筑的安全、稳定和耐久性提供了保障。

钢结构施加预应力的方法有哪些
一是钢索张拉法，在钢结构公司的结构体系中布置索系，通过千斤顶张拉索端，因而在结构中产生卸载应力而受益。

这是国内外应用广泛、技术成熟的一种工艺。

但索端须有锚头固定，增大材耗，除需要张力设备等外，还需要加大施工成本。

二是支座位移法，在连续梁、刚架和其它超静定结构中，人为地强迫支座位移（垂直或水平移位），改变支座设计位置，可调整内力，降低弯矩峰值，减小结构截面面积。

这种方法可节省钢索、锚头等附加材耗及张拉工艺，适用于地基基础较好的工程。

三是弹性变形法，钢材在弹性变形条件下，将组成结构的杆件和板件用焊接或螺栓连成整体。

在卸除强制外力后，结构内出现恢复力产生的有益预应力。

四是手工简易法，用于中、小跨钢结构设计工程中施加张力不大的情况下。

譬如，依靠拧紧螺母张拉拉杆，用正反扣螺栓横向推拉拉索产生张力等。

此法工艺简易可行，便于推广，适用于缺少机械设备的广大地区。

听课报告——体外预应力加固张拉控制应力较低的原因及索力测试方法通过桥梁检测与养护课程加固部分的学习，我学到了许多加固措施以及目前加固工作的重要性和技术性。

通过本部分的学习，不仅掌握了一些常规的加固方法和注意事项，了解了更多的现实与理想的差距，而且看到了未来加固行业的重要作用和艰巨任务。

一、体外预应力筋应力的测试及应力增量计算方法体外预应力筋应力的测试具有重要的意义，通过应力的测试可以知道力筋的应力损失情况，并由此计算得出目前结构的整体应力状态，进而检验其是否满足结构的承载能力和正常使用极限状态。

然而对体外预应力筋的应力测试的方法却不是很多，因为其应力较大，且在工作状态下检测设备不方便工作。

在刚加固完时的体外预应力筋的应力是很容易求得的，因为张拉力筋时可以通过张拉设备读出其拉力值，进而由应力的定义可以方便的求出刚加固完成时的平均应力值，再通过整体计算和局部计算检验加固效果。

但是，随着时间的推移，预应力筋中的应力会逐渐损失，如前面第一部分讨论的种种损失因素。

在加固一段时间后，体外预应力筋的应力值发生变化，要评定桥梁的应力状况，就需要重新测量力筋中的预应力损失，再由测得的应力值分别按照持久状况承载能力极限状态、持久状况正常使用极限状态、持久状况和短暂状况应力进行整体计算；以及对转向构造进行承载力和抗裂性计算、锚固区的承载力和抗裂性计算、持久状况下的其他局部构件的承载力计算。

通过凌老师课堂上的讲解，问题的提出以及恰到好处的引导，学生我结合本科力学的知识以及桥梁方面的知识，从理论的角度构思出以下的检测体外索的预应力的方法。

1.静力平衡思想如图1所示的状况，体外预应力筋束在梁底平行穿过，假设不考虑多束预应力筋之间的定位装置，即各力筋在两端转向块之间被绷紧且没有什么限制，力筋此时被拉直。

图 1 多束力筋在梁底平行穿过 由于加固中体外预应力筋的应力并不像新桥初建时的应力，其应力值一般不大，故可采用一定措施使其产生微小弯折。

钢结构的模拟分析钢结构是一种常见的用于建筑和桥梁等工程中的结构形式，它具备高强度、耐腐蚀等优点。

为了确保钢结构的安全性和可靠性，模拟分析成为一种重要的手段。

本文将探讨钢结构的模拟分析方法以及在实际工程中的应用。

一、模拟分析方法1.有限元分析有限元分析是一种常用的结构分析方法，它将结构分成许多小的有限元单元，并在每个单元内进行力学计算。

通过求解每个单元之间的相互作用，可以得到整个结构的力学响应。

在钢结构的模拟分析中，可以利用有限元分析来进行静力分析、动力分析等。

2.结构优化在进行钢结构的模拟分析时，结构的优化是一个重要的步骤。

通过对结构进行参数化描述，并设置合适的优化目标和约束条件，可以通过优化算法得到符合设计要求的结构形态。

常用的优化方法包括遗传算法、粒子群算法等。

3.风荷载模拟风荷载是钢结构设计中需要考虑的重要荷载之一。

在模拟分析中，可以通过模拟风的波动以及结构受到的风压力，来评估结构的稳定性和抗风性能。

常用的方法包括风洞实验和数值模拟。

二、模拟分析应用1.静力分析静力分析是钢结构模拟分析的基础，它可以评估结构在自重、载荷等作用下的变形和内力分布情况。

通过静力分析可以得到结构的受力情况，在设计中可以指导结构的选材和截面设计。

2.动力分析动力分析主要用于评估结构在地震、风荷载等动力荷载作用下的响应。

通过模拟地震或风的激励，可以得到结构的位移、加速度等动力响应，从而评估结构的抗震和抗风能力。

3.疲劳分析钢结构在长期使用中，由于荷载的反复作用，易出现疲劳破坏。

通过模拟分析，可以评估结构在不同疲劳荷载作用下的寿命，并通过疲劳分析得到结构的安全寿命。

这对于钢结构的维护和检修具有重要的指导意义。

4.温度分析温度对钢结构的影响也是需要考虑的。

在模拟分析中，可以通过模拟结构在不同温度下的热膨胀和热应力分布情况，评估结构在不同温度环境下的稳定性。

结论钢结构的模拟分析是确保结构安全性和可靠性的重要手段。

通过有限元分析、结构优化、风荷载模拟等方法，可以得到结构的力学响应，指导结构的设计和工程实施。

预应力空间钢结构索张拉控制算法及试验研究的开题报告1. 研究背景及意义：预应力空间结构是一种在建筑领域中广泛使用的结构形式，这种结构采用预设往复张拉的高强度钢索，有效地改善了结构的抗震能力和承载能力。

而空间结构中钢索的应用及其张拉控制是影响结构性能和使用寿命的关键因素之一。

因此，如何实现合理的预应力索张拉以及控制钢索的张拉过程是需要深入研究的。

2. 研究目的：本文旨在提出一种针对预应力空间钢结构索张拉控制的算法，并针对该算法进行试验研究，以验证该算法的有效性以及适用范围。

3. 研究方法：通过文献调研，了解预应力空间钢结构索张拉的基本原理及现有的控制算法，分析其优缺点，提出一种改进的控制算法。

在此基础上，利用实验室设备对控制算法进行模拟试验，并通过试验数据对其进行分析及评估。

4. 研究内容：(1) 预应力空间钢结构索张拉的基本原理及现有控制算法的分析。

(2) 针对现有算法存在的问题，提出一种改进的索张拉控制算法。

(3) 利用实验室设备进行模拟试验，对改进算法的效果进行验证。

(4) 对试验数据进行分析及评估，得出改进算法的优劣性。

5. 研究进度安排：第一年：完成预应力空间钢结构索张拉的基本原理及现有控制算法的分析，初步制定改进算法方案，并开始试验设备的选型及采购。

第二年：深化算法设计，进行改进算法的实现及试验研究。

第三年：总结试验结果，撰写论文并进行答辩。

6. 预期成果：(1) 提出一种改进的预应力空间钢结构索张拉控制算法。

(2) 开发出相应的试验设备，完成试验研究。

(3) 得出试验数据分析及评估报告，验证改进算法的有效性。

(4) 撰写论文并进行答辩，获得硕士学位。

7. 研究难点：(1) 预应力空间钢结构索张拉的基本原理及现有控制算法的分析需要具有一定的结构力学及控制理论素养。

(2) 设计改进算法需要对已有算法进行深入剖析，了解其对预应力空间钢结构索张拉影响的特点。

(3) 模拟试验需要考虑多种因素的影响，如环境因素、试验数据的采集等。