基于ANSYS-的连续刚构桥分析(操作篇-)

精品文档目 录 一、工程背景1 二、工程模型1三、ANSYS分析2 (一)前处理2 (1)定义单元类型2 (2)定义材料属性3 (3)建立工程简化模型3 (4)有限元网格划分5 (二)模态分析5 (1)选择求解类型5 (2)建立边界条件6 (3)输出设置6 (4)求解6 (5)读取结果6 (6)结果分析8 (三)结构试验载荷分析8 (1)第二跨跨中模拟车载分析8 (2)边跨跨中模拟车载分析9 四、结果分析与强度校核10 (一)结果分析10 (二)简单强度校核10 参考文献112欢迎下载。连续刚构桥分析1、 工程背景：随着我国经济的发展，对交通运输的要求也不断提高；高速路，高铁线等遍布全国，这就免不了要架桥修路。截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米 对我国桥梁技术发展战略的思考，冯正霖2015年05月20日。进百万的桥梁屹立在我国交通线上，其安全便是头等大事。随着交通运输线的再扩大，连续刚构桥跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低等优点将被广泛应用。2、 工程模型：现有某预应力混凝土连续刚构桥，桥梁全长为184m，宽13m，其中车行道宽11.5m，两侧防撞栏杆各0.75m主梁采用C50混凝土。桥梁设计载荷为公路级。图2-1桥梁侧立面图上部结构为48m+88m+48m三跨预应力混凝土边界面连续箱梁。箱梁为单箱双室箱形截面，箱梁根部高5m，中跨梁高2.2m，边跨梁端高2.2m。箱梁顶板宽12.7m,底板宽8.7m,翼缘板悬臂长2.0m，箱梁高度从距墩中心3.0m处到跨中合龙段处按二次抛物线变化。0号至3号块长3m（4x3m)，4、5号块长3.5m(2x3.5m)，6号块到合龙段长4m(6x4m)，合龙段长2m。边跨端部设1.5m横隔板，墩顶0号块设两道厚1.2m横隔板。0号块范围内箱梁底板厚度为0.90m，1号块范围内底板厚度由0.90m线性变化到0.557m，2号块到合龙段范围内底板厚度由0.557m线性变化到0.3m。全桥顶板厚度为0.3m。0到5号块范围内腹板厚度为0.6m，6至7号块范围内腹板厚度由0.60m线性变化到0.40m，8号块到合龙段范围内夫板厚度为0.4m。下部结构桥采用C50混凝土双薄壁墩，横向宽8.7m，厚1.2m，高25m双壁间设系梁，下设10mX10m矩形承台，厚3.0m。 MIDAS与ANSYS在桥梁检测中的应用实例P110（为方便建模，略有修改）， 主编 王兴奎 ，2015年9月图2-2主梁纵抛面图 图2-3 箱梁截面图3、 ANSYS分析：（一）前处理(1)定义单元类型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete. 选择Solid45单元；(2)定义材料属性Main MenuMaterial PropsMaterial Models. 依次选择StructuralLinearElasticIsotropic建立材料模型C50混凝土的EX=3.45e10;PRXY=0.2;再打开StructuralDensity设置C50混凝土的密度Density=2600。 JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁涵设计规范，中华人民共和国交通部，2004年6月28（3） 建立工程简化模型建立0号块：Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS.在对话框中输入0号块半截面的关键点坐标1(0,0,0);2(0,0,12.7/2);3（0，-0.3，12.7/2);4(0,-0.3,12.7/2-2);5(0,-0.3,12.7/2-2-0.6);6(0,-0.3,0.3)；7(0,-5,0)；8(0,-5,4.35)；9(0,-5+0.9,0.3)；10(0,-5+0.9,4.35-0.6)Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line 顺次连接关键点1,2,3,4,7,8,1;6,7,9,10,6；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet分别选中箱梁内部四个四个直角需要倒角的直线以0.3的半径倒圆角；并在翼缘板根部以0.1的半径倒圆角，再连接翼缘边线下点与鱼倒圆角的下点，使翼缘板呈一定倾角，再次在翼缘板根部以0.2的半径倒圆角。Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines分别拾取箱梁截面的内外轮廓线建立两个平面。Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas，先拾取面积大的平面Ok后拾取另一平面最后确定，到此建立了0号块半截面。打开工作平面并激活工作平面，打开工作平面助手(Offset WP)将工作平面移动到x=-3处。重复上述建模过程，建立0号块另一截面，Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line依次连接对应节点；Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines依次建立0号块各个面。Main MenuPreprocessorModelingCreatevolunmesArbitraryBy Areas点击Pick All建立0号块。建立主梁底面：用工作平面助手将工作平面移动到11号块便截底线中心（x=-33-3-1,y=-2.2，z=0);Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS.在对话框中输入主梁中心底线关键点坐标(x=x+4,54,23.5,33;y=-(5-2.2)*x*x/4/4;z=0)。Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesSplinesSplines thru KPs,依次连接各点。Main MenuPreprocessorModelingCopyLines复制主梁底面中心线到边线位置（z=4.35）。Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line连接11号块截面底线。Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines建立主梁底面。建立1号块：将工作平面移动到整体坐标系，再移动到1号块另一截面（x=-6),将工作平面绕Y轴旋转90度。Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideArea by WrkPlane,拾取主梁底面，分离出1号块底面。Utility MenuSelectEntities.用By LocationZ coordinates（min=0,max=3)选出1号块范围内的点、线、面。仿照建立0号块的过程建立1号块；仿照建立1号块的过程建立其余箱梁块。建立桥墩：将工作平面移动到0号块底面中心角点(方向与整体坐标系一致)；在0号块底面建立1.2x4.35的矩形面；Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasBy XYZ Offset，将所建立的矩形向Y轴负方向拉伸25m（y=-25）。将工作平面移动到桥墩右边面边线中点，Main MenuPreprocessorModelingVolumesBlockBy Dimensions，建立一个2.8x2x4.35m3的矩形块系梁。将工作平面移动到桥墩底面角点，建立5x5x3m3的矩形块承台。在需要倒角处建立倒角平面，并由面围成体。建立1/4桥模型：将工作平面移动到整体坐标系上；以X平面镜像所有体生成中跨。将中跨11号块截面拉伸1m，将边跨11号截面拉伸2+0.96+0.54+1.44m。 图3-1 1/4桥梁三维模型图 图3-2 全桥三维立体图（4） 有限元网格划分Main MenuPreporcessorMeshingMesh Tool.在Size Control中的Global Set总体单元尺寸定为0.5；在Mesh中选择Volunmes，Shape设置为HexSweepAuto Src/Trg对主梁1号块到合龙段进行网格划分；对分割后的墩柱进行映射网格划分，对剩下的0号块和桥墩承台、系梁等用自由网格划分。图3-3 1/4桥网格三维立体图（2） 模态分析（1） 选择求解类型Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis选择Modal。单击OK按钮退出。然后执行Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options，打开模态分析选项设置对话框，选择Subspace（字空间法），设置扩展模态数为10，其它保持默认设置。（2） 建立边界条件将工作平面移动到整体坐标系，选出对称截面（z=0)Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementAymmmetry B.C.On Areas，单击Pick All。将工作平面移动到桥墩承台底面，选择出承台底面，执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，约束底面所有自由度。将工作平面移动到边跨底面，选出底面0到1.5m内的所有节点，执行 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，约束节点UY。（3） 输出设置执行Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrrlsDB/Results File 设置输出所有结果。执行Main MenuSolutionLoad Step OptsExpansionPassSingle Expand 确认扩展模态数。（4）求解保存设置，执行Main MenuSolutionSolveCurrent LS求解。（5）读取结果执行Main MenuGeneral PostprocRead ResultsBy Pick读取各阶桥梁振型。执行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsCotour PlotNodal Solu。读取Nolal DOF SolutionDiaplacement vector sum察看各阶振型。 图3-4 桥梁前10阶频率 图3-5 全桥一阶振型 图3-6 半桥第二阶振型 图3-7 全桥第四阶振型 图3-8 全桥第七阶振型 图3-9 半桥第八阶振型 图3-10 全桥第九阶振型 图3-11 全桥第十阶振型 （6）结果分析有ansys模态分析结果显示，全桥前几阶固有频率都比较小，振型呈一定规律；奇数阶振动主要发生在桥梁横向，位移较大点主要集中在桥墩中点截面（系梁处）；偶数阶振动主要发生在主梁，位移最大主要集中在边跨、中跨合龙段，这些地方距离桥墩约束较远，为了减轻自重，箱梁厚度也较小，所以位移较大也不难理解。另外，模态分析结果显示，桥梁的前十阶振型最大位移量均不超过2mm，桥梁结构相对稳定。（3） 结构试验载荷分析桥梁静载试验荷载采用汽车加载。本试验加载用车为大型载重汽车，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为3.5m，中后轴距为1.3m）。 JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范，中华人民共和国交通部，2015年09月09日。（1） 第二跨跨中模拟车载分析选择求解类型为静态分析，建立与模态分析相同的边界条件；然后，选择出中跨11号块和合龙段，执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyForce/MomentOn Nodes模拟双车道车距5m大型载重汽车荷载，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为3.5m，中后轴距为1.3m）该模型为半桥对称模型，双车道。如图3-11： 图3-12 半桥中跨车载保存设置，执行Main MenuSolutionSolveCurrent LS求解。读取结果，查看车载下位移、应力图。 图3-13 全桥中跨模拟车载变形图 图3-14 全桥中跨模拟车载应变图图3-15 全桥中跨模拟车载应力图（2） 边跨跨中模拟车载分析选择求解类型为静态分析，建立与模态分析相同的边界条件；然后执行，执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyForce/MomentOn Nodes模拟双车道车距5m大型载重汽车荷载，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为3.