基于ANSYS钢桁架桥分析.pdf

1 引言 随着我国炼钢量和炼钢技术的发展， 钢结构得到了 快速发展。由于钢材质轻， 强度大， 可回收再利用等特 点， 被广泛的应用在桥梁工程。本文针对某钢桁架桥进 行模态分析， 得到其固有频率和前六阶振型。 模态分析的目的是为了识别出模态参数， 为整个结 构的振动响应、 振动破坏诊断和预报、 为结构动力特性 的优化设计提供前提条件和依据。模态分析可以定义 为： 将线性时不变系统振动微分方程组中的物理坐标变 换为模态坐标， 使方程组耦成为一组以模态坐标及模态 参数描述的独立方程，坐标变换的变换矩阵为振型矩 阵， 每列即为各阶振型。目前很多有限元软件可以对结 构进行模态分析， Ansys 的模态分析是一线性分析， 任 何非线性特性都将忽略。可以进行有预应力模态分析、 大变形静力分析后有预应力模态分析、 循环对称结构的 模态分析、 有预应力的循环对称结构的模态分析、 有阻 尼和无阻尼结构的模态分析。 本文采用 ANSYS 大型通用 有限元软件对钢桁架桥进行分析。 2 建模 2.1 工程概况 某工程钢桁架桥跨度 48m， 主桁中心距为 8m， 主桁 高为 8m， 主桁节间数 n=6， 节间距离为 8m； 具体尺寸见 图 1。 2.2 建模基本假设 所有杆件均属于弹性范围分析， 符合虎克定律； 所有铰接属于理想铰接； 所有杆件都是均质的； 2.3 单元选取 钢桁架桥的主桁架的上、下弦梁及横纵梁都采用 BEAM4 单元， BEAM4 是一种可用于承受拉、 压、 弯、 扭的单 轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度： x、 y、 z 三个方向的线位移和绕 x、 y、 z 三个轴的角位移。 BEAM4 单元适合于分析从细长的梁构件；桥面板采用 shell63 单元。将每个杆件划分为一个单元， 共 28 个节 点、 94 个单元。 该钢桁架桥钢材均选用 Q345 钢，弹性模量为 210000MPa， 泊松比取 0.3， 密度为 7850kg/m3。杆件采用 工字形截面， 如表 1 所示： 2.4 施加边缘条件和约束 根据实际工程情况，钢桁架桥的左边采取固定铰 支， 右边滑动铰支。建立有限元模型。有限元模型如图 2。 2.5 模态分析 基于 ANSYS 钢桁架桥分析 哈 森雷有坤 （广州大学） 【摘要】处在地震区的土木工程， 结构的动力分析和安全可靠性十分重要， 特别是大跨度结构 （如 桥梁， 穹顶、 网壳等） 。 本文以某一钢桁架桥为研究对象， 采用 ANSYS 进行模态分析， 得到自振周期和振 型图。为进一步结构的动力分析提供了参数和依据。 【关键词】钢桁架桥； ANSYS； 模态分析 图 1 主桁架 上平纵联 下平纵联 杆件型状截面尺寸 端部杆件工字形400400161616 上下弦梁工字形400400121212 腹杆工字形400300121212 横梁工字形400400121212 表 1 某钢桁架杆件规格 工程试验与研究 C MY K 万方数据 表 2 某钢桁架桥振型频率 振型振型频率 HZ 12.1707 23.3210 34.9357 45.0109 56.8668 67.4509 图 2 某钢桁架桥有限元模型 Ansys 的模态的提取方法： 分块兰索斯法、 子空间 迭代法、 缩减法、 非对称法、 阻尼法、 QR 阻尼法、 变换求 解法。分块兰索斯法是一种功能强大的方法， 当提取中 型到大型模型 （50,000100,000 个自由度） 的大量振 型时， 这种方法很有效， 需要较高的内存； 子空间迭代法 适用于提取中型或大型的较少的振型， 相对需要内存较 少。 其他几种各有各自的优缺点。本文这里采用子空间 迭代法， 表 2 是得到的自振频率， 图 3 为前六阶振型图。 3 结语 从模态分析得到的前六阶振型图中可以看出， 第一 阶振型属于竖向对称弯曲， 出现的最早， 说明在钢桁架 桥的地震响应中占的比例大。到第六阶振型图时， 结构 开始扭转变形， 说明该桁架桥抗扭刚度相对较好。由此 可以看出该钢桁架桥对于竖向作用力较为敏感， 所以如 果作用竖向地震力， 容易发生失稳。 通过 Ansys 的模态分析的得到了该钢桁架桥的自 振频率与振兴， 获取了其可能发生的破坏形式， 为动力 分析提供了依据。 【参考文献】 1 王新敏.ANSYS 工程结构数值分析M.北京:人民交通出版 社,2012. 2 吴欣.大跨度钢桁架桥的地震响应分析D.河北工程大学, 2014. 3 刘月雨,李自林.钢桁架桥梁的地震响应分析J.天津城市 建设学院学报,2008,(03):168-170+193. 4 姜丽梅,江阿兰.基于 ANSYS 对钢桁梁桥的静动力分析J. 低温建筑技术,2013,(01):40-42. 5