索，分為柔性索和剛性索。柔性索僅承受拉力，如鋼絲束、鋼絞線、鋼絲繩、鋼拉桿及纖維束等；剛性索可承受拉力和一定的彎矩，如型鋼等，當然長度遠大於截面特徵尺寸。

索結構泛指由拉索作為主要受力構件而形成的結構，如懸索結構、斜拉結構、張弦結構、索穹頂、索桁架等，通常都會對索施加適當的預應力，可使索有一定的初始剛度。

常見的鋼絲索有Ф5×7~Ф5×649（鋼絲直徑×根數），或Ф7×7~Ф7×649，外徑最大達到了130mm左右；鋼絞線索為7Ф15。2~127Ф15。2（根數×單根鋼絞線直徑，Ф15。2是指7Ф5組成的單根鋼絞線），鋼拉桿為Ф12~Ф300mm。懸索橋的主纜也稱纜索或索，如矮寨懸索橋由127根Ф5鋼絲組成索股，再由169根索股組成主纜，其外徑達855mm；五峰山長江大橋為公鐵兩用懸索橋，主跨1092m，上層公路8車道，下層鐵路4線（設計速度250km/h），主纜直徑達1。3m。

理論計算假定：柔性索僅承受軸向拉力。這是因為索較長時，其抗彎剛度影響很小可以忽略不計（認為抗彎剛度為零），可以按索僅承受軸向拉力進行理論計算，使理論推導或計算分析更加簡便。正如南京長江大橋按平面桁架（鉸接）設計計算一樣，也是為了簡化計算。

也許，對直徑那麼大的主纜還用柔性索理論分析有所懷疑，計算技術現在發展很快，可以用梁單元替代杆單元模擬索，也可以用“剛接”或“彈性連線”取代“鉸接”，儘管有點“殺雞用牛刀”的味道。而用梁單元模擬索無非兩種結果：一是抗彎剛度不容忽視，索中有一定的彎矩存在；二是抗彎剛度太小沒什麼作用，其結果與杆單元模擬結果一致；因此

用梁單元BEAM18x替代LINK180模擬索，不僅可以，而且更符合實際

。

為什麼本文提出用梁單元模擬索這個問題呢？實際上是有原因的，如：

（1）自由索段（中間無約束的一段索或一根索）用LINK模擬時，若劃分為多個單元，就是多個鏈杆鉸接成一串，屬於幾何可變體系，必須施加一定的初應變（賦予初始剛度）才可進行非線性分析。而採用梁單元劃分多個單元時，即使沒有初應變也可進行非線性分析。

（2）在特徵值屈曲分析中，若有自由索段且用LINK劃分多個單元，程式可能會提示“無屈曲模態”。有負特徵值屈曲係數是正常的，但“無屈曲模態”就很無奈了。此時，一般處理方法是將自由索段只劃分一個LINK單元，這樣或可保證有屈曲模態且無負特徵值出現。

若採用多個BEAM單元模擬自由索段，則不會出現“無屈曲模態”，但可能會出現負特徵值屈曲係數，可以增大模態數目，直到出現正特徵值屈曲係數，顯示這些模態，查驗是否正確的屈曲形式，進而確認結果。

（3）LINK180單元可以設定僅拉或僅壓單元行為，而BEAM18x則無此功能。LINK180單元的僅拉或僅壓單元行為屬於非線性行為，因此必須與SSTIF或NLGEOM配合，否則該設定無效。

1.靜力幾何非線性分析

如圖1a）所示結構，具體引數詳見命令流中。分別採用單個LINK180（僅拉）多個LINK180（僅拉）、多個BEAM189單元模擬索，計算結果如圖1的b）~f）各圖。

FINISH$/CLEAR$/PREP7$H=6$D=0。2$L=3

RI=0。09$RO=RI+0。008

SIGY=500E6！張拉應力

AY=140*1E-6！預應力筋面積

EMOD1=2。1E11$EMOD2=1。95E11

！ZLXS=0就無預應力，=1。03941為500MPA

！改變ZLXS數值，就改變張拉應力

ZLXS=1。03941！張拉係數

CYB=SIGY/EMOD2*ZLXS！降溫值

P0=100000$K，1$K，2，，H$K，3，D，H

K，4，-L$K，5，L$L，1，2$L，2，3$L，4，2$L，5，2

ET，1，BEAM189$ET，2，LINK180

MP，EX，1，EMOD1$MP，PRXY，1，0。3

MP，EX，2，EMOD2$MP，PRXY，2，0。31

SECTYPE，1，BEAM，CTUBE

SECDATA，RI，RO

SECTYPE，2，LINK$SECDATA，AY

SECCONTROL，，1！僅拉設定

SECTYPE，3，BEAM，CSOLID

SECDATA，SQRT（AY/ACOS（-1））

LSEL，S，，，1，2$LATT，1，，1，，，4，1

ESIZE，0。2$LMESH，ALL

NP=NODE（D，H，0）

！索劃分多個單元

LSEL，S，，，3，4

！LATT，2，，2，，，，2！LINK180選擇

LATT，2，，1，，，1，3！BEAM189

LESIZE，ALL，，，30

LMESH，ALL$ALLSEL，ALL

N1=NODE（0，0，0）$N2=NODE（-L，0，0）

N3=NODE（L，0，0）$D，N1，ALL

D，N2，ALL$D，N3，ALL$D，ALL，UZ

/SOLU$ANTYPE，0

NLGEOM，ON$OUTRES，ALL，ALL

NSUBST，100，，20

INISTATE，SET，DTYP，EPEL

INISTATE，SET，MAT，2

INISTATE，DEFINE，，，，，CYB！

TIME，1E-5$SOLVE

TIME，1$F，NP，FY，-P0*12$SOLVE$FINISH

/POST1$ESEL，S，SECNUM，，2

ETABLE，YL，LS，1$PLLS，YL，YL

PRETAB，YL

ESEL，S，SECNUM，，1$/ESHAPE，1

PLNSOL，S，X

從幾何非線性分析結果可知，不考慮自重作用時：

（1）自由索段採用單個LINK180、多個LINK180、多個BEAM189模擬時，結果一致。

（2）多個LINK180和多個BEAM189模擬時，一旦索鬆弛，則鬆弛索的應力不正確，如圖1e）和圖2c），但不影響結構其他部分的結果。雖然BEAM189無僅拉功能，但當索鬆弛時，其軸力變為零，已不影響結構的其他部分的力學行為。

因此，BEAM189模擬索可行。且若考慮自重影響，BEAM189更加方便。

2.特徵值屈曲分析

特徵值屈曲分析時，因SSTIF並不影響最終特徵值屈曲係數，因此沒有必要進行非線性分析獲得靜力解（

ANSYS幾何非線性和特徵值屈曲分析，NLGEOM、SSTIF及PSTRES的區別

），直接用PSTRES進行線性分析即可，命令流從略。從結果可以看出：

（1）多個LINK180時無論施加多大荷載均無結果，即不能進行特徵值屈曲分析。

（2）多個BEAM189因索的剛度很小，會出現大量負特指值，需要從正值屈曲模態形狀中辨識出正確的屈曲模態。

（3）單個LINK180或BEAM189均可獲得正確的特徵值屈曲係數和模態，就本例而言，二者相差13%左右。且都遠大於非線性屈曲荷載。

綜上所述，可以得到如下幾點結論：

（1）無論是非線性分析還是特徵值屈曲分析，BEAM189可以模擬索。

（2）非線性分析時，BEAM189或LINK180一旦鬆弛，其應力無效。

（3）特徵值屈曲分析時，不能用多個LINK180單元模擬自由索段；用多個BEAM189模擬自由索段會出現大量負特徵值，需辨識確定屈曲模態。