预应力如何加？预应力拉索索的特点索只能承受拉力

最近，我在整理电脑资料时，发现了一个比较有趣的项目，是我帮朋友完成的。 它基本上是火车站的钢结构。 改造加固过程中，构件安装存在一定偏差。 检查单位建议根据该安装偏差进行设计审查。 有朋友告诉我，这个项目的验收目前就停留在这个阶段。 这是一个大问题吗？ 你能帮我算一下吗？ 当时我有点慌，因为我已经很久没有做过节点有限元了。 我四处打听，却没有时间去做，只好硬着头皮去做。 有空看了一下当时的处理过程，也算是轻还原了！

如何加预应力？预应力拉索的特点

电缆只能承受拉力，不能承受压力和弯矩；

拉索为线弹性材料（设计时）且为柔性元件，几何非线性问题突出；

随着内力的变化，几何刚度也会发生变化。

凭借初始刚度，电缆单元可以承受各种载荷。

估计电缆的初始张力

索控应力取应变值为0.0015~0.00175时的应力值；

索控制应力直接取强度标准值的0.53倍，即有效应力的0.13倍； （未找到来源）

需要注意的是，电缆的初始拉力还必须满足相关规范和法规的要求。 例如，《点支式幕墙规范》（CECS 127-2001）规定拉索的挠度应控制在跨度的1/300以内； 缆绳的拉力最小不应超过全绳破断拉力的1/2.5。

对于稳定性：考虑大变形对结构的影响，采用一致缺陷模式，最大值为跨度的1/300，系数K≥4.2

预应力加载 midas gen 电缆加载

1.载荷>初始载荷>大位移>几何刚度初始载荷

程序会根据输入的初始载荷计算平衡外力（反作用力）并生成初始平衡状态。 在这种初始平衡状态下进行结构分析仅用于非线性分析。 空载状态下，索单元内力=几何刚度初始载荷。 这种方法只产生刚度，对其他部件的内力和位移没有影响。 如果工程需要计算拉索张拉后结构在其他荷载条件下的影响（承载力极限状态校核）且不考虑其他构件在预应力作用下的内力，则可采用该方法。

2.载荷>初始载荷>小位移>几何刚度初始载荷

仅适用于线性分析和动力分析，常用于同时考虑“索单元的影响”和特征值分析等线性分析。

3. 创建单位时，当选择“Element Type”作为电缆单位时，使用无应力长度“Lu”或直接添加“Initial Tension Force”

它对所有载荷工况的结果都有影响。 张拉后，索内的拉力不是定义时所加的初始拉力，即内力已在结构中重新分布。

4. 载荷 > 预应力载荷 > 初始拉载荷

该方法是外部载荷，对其他部件没有影响，不产生初始刚度，因此分析可能不容易收敛； 几何刚度初始载荷可用于为缆索元件添加较小的刚度。

SAP2000电缆受力加载

对于较细、较短的电缆，结构刚度较大，电缆自重对电缆本身及结构的工作性能影响不大。 可以采用框架单元模拟（需要划分单元以保证计算精度）。 对于较粗或较长的电缆，当结构很软或支撑位移较大时，电缆的自重可能对电缆本身或结构的工作性能产生较大的影响，因此应采用接触网单元。

两种分析非线性分析

工程中在已知索单元初始拉力的情况下，加上其他荷载进行分析，找出拉索单元拉力的变化以及结构的变形。

拉索的变形比梁、桁架单元的变形要大，而且是大位移。 因此，分析时需要采用几何非线性分析（即大位移分析）。 该解决方案需要迭代进行。 这是分析目的 1 要做的工作，在 MIDAS/Gen 中通过定义几何非线性分析来执行。

线性分析

具有索元件的结构的响应谱分析

对于地震效应，进行线性分析，此时需要进行小位移分析。 另外，拉索单元张拉后具有一定的刚度。 有时，为了简化解决方案，也可以将拉索单元视为桁架单元。 此时也可以进行小位移分析。 这是第二个分析目的要做的工作，在MIDAS/Gen中通过定义“初始载荷>小位移>初始单元内力”来进行。

一般情况下，首先对结构进行找形和载荷分析，并采用大位移对应的几何刚度初始载荷法输入初始拉力。 通过非线性分析得到索轴力。 在地震带来的荷载组合下，采用小位移对应的初始单位内力输入第一步计算出的拉索内力，主要是为了赋予结构初始刚度。 最后，对荷载组合下的承载力和变形进行分析，并对结构的模态屈曲进行分析。

安装偏差模拟偏差介绍

模型建立及荷载取值

根据测试结果，菱形杆钢筋安装过程中出现了偏差。 现对不同内外偏差进行数值模拟，评估安装偏差后结构受力是否仍能满足原结构设计要求。

平台雨棚模型示意图（左侧为外高内低偏差，右侧为外低内高偏差）

外高内低的平台雨棚模型安装偏差断面示意图

外低内高平台雨棚模型安装偏差断面示意图

荷载值参考原设计概要说明。 各工况的负载值如下图所示。 按设计要求对预应力钢索施加初始应力，并按程序施加地震作用。

负载类别

负载名称

荷重值（KN/m2）

评论

永久荷载

静载

屋顶

镀锌薄钢板0.1kN/m2

根据施工实践计算

顶板支撑0.1kN/m2

会员自重

——

程序自动计算

可变负载

不适宜居住的屋顶活荷载

0.5

根据最大值的活荷载

考虑为0.5

雪荷载

0.45

风荷载

0.5

0.5为基本风压值。 根据风洞测试报告，车身形状系数一侧-1.16、一侧-0.81，风压一侧1.16、一侧0.81，风振系数1.8，风压高度变异系数最高为1.23

地震效应

8度0.2g，第一组

三类场馆

车站雨棚恒荷载布置图（自重软件考虑）

平台雨棚活载布置图

平台雨棚风荷载布置图（通过正负荷载组合考虑正负风压）

自动生成荷载组合考虑程序并考虑围护结构设计。

主要结构分析

平台雨棚钢索围护结构工况应力表示

围护条件下平台雨棚主要桁架构件的最大应力

平台雨棚主要桁架构件稳定最大应力比图解

围护结构条件下平台顶篷组件的最大挠度

从图中可以看出主桁架杆件最大位移为89mm，89/(18650*2)=1/419

综上所述，平台雨棚的结构强度和变形均满足设计要求。

YG1安装偏差节点分析