基于ANSYS的张弦梁(桁架)结构施工模拟程序开发

摘要

张弦梁(桁架)结构在近年的大型公共建筑中广为使用。作为一种刚柔相济的新式结构，其在施工过程中结构刚度尚未完全形成，故有必要进行施工全过程的跟踪模拟分析。张弦梁(桁架)结构在现代化施工中可能会经历预应力张拉、结构整体提升和高空滑移等施工阶段，本文即针对这三种施工工况，进行了全面的施工仿真分析。 大型通用有限元计算程序ANSYS凭借其优秀的非线性计算能力，在张弦结构的计算中大量使用，经常用于分析各种结构的施工过程。同时，ANSYS具有出众的二次开发功能，允许用户根据自己的需要开发菜单和对话框，并调用其内部函数以及APDL程序。本文在研究、总结二次开发语言结构的基础上，利用ANSYS的APDL和UIDL开发出了应用于张弦梁(桁架)结构的施工模拟专用程序。 首先，根据工程实践，开发出了用于简单张弦梁结构的参数化建模模块和用于复杂张弦桁架结构的转换文件快速导入模块。另外，模块中还集成了物理参数定义和有限元模型网格划分等功能； 第二，针对预应力张拉施工中的关键技术问题，开发出了张拉模拟计算模块。利用该模块可以实现单端或是双端张拉的选择，同时也可以进行平行排列的单向张弦结构的张拉顺序优选工作。 第三，针对张弦梁(桁架)结构在整体提升过程中的提升点优选问题开发了提升模拟计算模块。在用户指定提升点的选择范围之后，程序可以自动循环计算，以“提升域实时更新”的方式找出最优提升点。在计算过程中，可以考虑提升不同步的影响。 最后，针对结构滑移施工中沿轨道方向的水平摩擦和垂直于轨道方向的竖向振动，开发出了滑移模拟计算模块。该模块以瞬态动力分析模拟上述激励，通过该模块，可以全面考察结构在滑移过程中的受力情况。 以上四个模块均采用UIDL语言嵌入在ANSYS的操作环境之中，可以实现全中文、全点取、全菜单模式的操作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1普遍的工程应用

1.1.2广泛的理论研究

1.2 施工分析研究现状

1.2.1施工过程分析

1.2.2 ANSYS工程应用及其二次开发

1.3 现有研究的不足

1.4 本文主要研究内容

第2章 ANSYS二次开发

2.1 二次开发概述

2.2 ANSYS二次开发语言

2.2.1 APDL语言

2.2.2 UIDL语言

2.3 几个关键问题的开发

2.4 本章小结

第3章 快速建模技术

3.1 建立模型的传统方法

3.1.1传统建模方法

3.1.2传统方法的不足

3.2 开发思路

3.3 开发成果

3.3.1参数化建模

3.3.2外部文件导入建模

3.4 本章小结

第4章 张弦梁(桁架)结构张拉施工模拟

4.1 张拉施工现状

4.1.1单榀结构施工

4.1.2整体结构施工

4.1.3分批张拉实例

4.2 张拉模拟计算理论

4.2.1非线性收敛准则

4.2.2应力刚化

4.2.3 ANSYS中的非线性算法

4.3 现有模拟计算方法及其不便

4.3.1预应力施加方式的局限

4.3.2分批张拉模拟的重复工作

4.4 张拉施工模拟及其程序开发

4.4.1单榀张拉模拟

4.4.2分批张拉模拟

4.4.3张拉模拟的程序实现

4.5 本章小结

第5章 张弦梁(桁架)结构提升施工模拟

5.1 提升施工现状

5.2 提升施工中的关键问题

5.2.1提升点的优选

5.2.2提升不同步的影响

5.3 提升施工模拟及其程序开发

5.3.1提升模拟计算

5.3.2计算程序的开发

5.4 本章小结

第6章 张弦梁(桁架)结构滑移施工模拟

6.1 滑移施工

6.1.1滑移施工的现状

6.1.2滑移施工的特点

6.2 滑移模拟计算理论

6.2.1瞬态动力分析

6.2.2 ANSYS中的瞬态分析

6.3 滑移施工模拟及其程序实现

6.3.1初始约束条件的实现

6.3.2水平向和竖向初始条件

6.3.3瞬态分析计算程序

6.3.4滑移模拟计算界面

6.4 本章小结

第7章 施工模拟程序及其工程应用

7.1 施工模拟程序

7.2 程应用

7.2.1工程概况

7.2.2施工概况

7.3 施工模拟计算

7.3.1快速建模

7.3.2单榀结构的张拉模拟计算

7.3.3单榀结构的提升模拟计算

7.3.4整体结构的分批张拉模拟计算

7.3.5整体结构的滑移模拟计算

7.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢