(完整word版)基于ANSYS的连续刚构桥分析(操作篇)

1、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3&S校核 . 10 (一) 结果分析. 10 (二) 简单强度校

2、核. 10 參考文献 . 11第1页共11页 连续刚构桥分析 一. 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。 二、 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

3、梁设计载荷为公路一 一 1级。 图2T桥柔侧立面图 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. Om 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

4、. 90m, 1 号块范围内底 板厚度由 0. 90m 线性变化到 0. 557m, 2 号块到合龙段范伟 1 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, 第2页共11页 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. 4mo 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 lOmXlOm 矩形承台，厚 3.0m。11 图2-2主渠纵抛面田 图2-3箱架微而图 三、ANSYSANSYS 分

5、析： (一) 前处理 (1) 定义单元类型 Main Menu*Preprocessor*Element TypeAdd/Edit/Delete 选择 Solid45 单元； (2) 定义材料属性 Main Menu-Material PropsMaterial Models 依次选择 Structural f LinearElastic Isotropic 建立材料模型 C50 混凝土的 EX=3. 45elO;PRXY 二 0. 2;再打开 Structural-Density 设置 C50 混凝土的密度 Density 二 2600。小 (3) 建立工程简化模型 建立 0 号块： 第3页

6、共11页 Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-KeypointIn 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 Menu-

7、*Preprocessor-*Modeling-*CreateLinesf Lines / Straight Line 顺次连接关键点 1, 2, 3, 4, 7, 8,1 ;6, 7, 9, 10, 6： Main Menu-*Preprocessor-*Modeling-*CreateLines-* / Line 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，再次在呢缘板根部以 0.2 的半径倒圆角。 Main Menu-*Preprocessor-*

8、Modeling-*Create*Areas-*Arbitrary-* /By Lines 分别拾取箱梁截面的内外轮廓线建立两个半面。 Main Menu-*Preprocessor-*Modeling-*Operate-*Booleans-*Subtract /Areas,先拾取面积大的半面 Ok 后拾取另一平面最后确定，到此建立了 0 号 块半截面。 打开工作平而并激活工作平面，打开工作平而助手(Offset WP)将工作平面 移动到 x 二-3 处。 重复上述建模过程.建立 0 号块另一截而，Main Menu-*Preprocessor-* ModelingCreateLines Li

9、nes/Straight Line 依次连接对应节点；Main Menu-*Preprocessor-*Modeling-*CreateAreasArbitrary-* / By Lines 依 次建立 0 号块各个面。 Main Menu-Preprocessor-* Mode lingCreatevolunmes-* Arbitrary-* /By Areas 点击 Pick All 建立 0 号块。 建立主梁底而： 用工作平面助手将匚作半面移动到 11 号块便截底线中心 (x=-33-3-l, y=-2. 2, z=0); Main Menu-Preprocessor-* Modelin

10、g-*Create-*Keypoints-*In Active CS.第4页共11页 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 Menu-*Preprocessor-*Modeling-*Create-*Lines-*Splines-* / Splines thru KPs,依次连接各点。 Main Menu Preprocessor-* Mode 1 i ng-* Copy-* / Lines 复制主梁底面中心 线到边线位置（z=4. 35） o Main Menu-*Preprocesso

11、r-*Modeling-*CreatefLinesLines 7 Straight Line 连接 11 号块截面底线。 Main Menu-*Preprocessor-*Modeling-*Create-*Areas-*Arbitrary-* /By 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 平而绕 Y 轴旋转 90 度。 Main Menu-*Preprocessor*Modeling-*Operate-*Booleans-*Divide-* / Area by WrkPlane,拾取主梁底面，分离岀 1 号块底

12、面。 Utility Menu-*Select-*Entities . IIJ By Location*Z coordinates （min 二 0, max 二 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 块底而建立 1. 2x4. 35 的矩形面；Main Menu-*?reprocessor-*Modeling-* Operate-*Extrude-*Areas-* / By XYZ Offset,将所建立的矩形向

13、Y 轴负方向 拉伸 25m （y=-25）。 将 I.作面移动到桥墩右边面边线中点，Main Menu-*Preprocessor-* Modeling-*Volumes-*Block*By Dimensions,建立一个 2. 8x2x4. 35m 3 的矩形 块系梁。 将工作平面移动到桥墩底而角点，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。 第5页共11页 建立 1/4 桥模型：第6页共11页 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 lm,将边跨 11 号截面拉伸 2+0. 96+0. 54+1. 44m

14、。 图3T 1/4桥架三维模型图 图3-2全桥三维立体图 （4）有限元网格划分 Main Menu-Preporcessor-Meshing-Mesh 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Hex -SweepAuto 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桥円格三维立体图 （二）模态分析 第7页共11页 （1） 选择求解类型 Main Menu-*Solut

15、ion-*Analysis Type*Xew Analysis 选择 Modal。单击 OK 按钮退出。 然后执 If Main Menu-*Solution-*Analysis Type-*Analysis 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,其它保持默认设冒， （2） 建立边界条件 将 1：作平面移动到整体坐标系，选出对称截面（z 二 0）Main Menuf Solution Define Loads-*Apply-*Structural-*Displacement-*Aymmmetry B. C. -* / On

16、 Areas,单击 Pick Allo 将工作平面移动到桥墩承台底面，选择出承台底面，执行 Main Menu Solution-*Def ine Loads-*Apply-*Structural-*Displacement-* / On 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 Menu-*Solution*Def ine Loads-*Apply-*Structural-Displacement-* / On Nodes,约束节点 UY。 （3） 输出设置 执彳亍 Main Menu-*Solution-*Lo

17、ad Step OptsOutput Ctrrls-*DB/Results File 设置输出所有结果。 执彳亍 Mai n MAnu-*Sol ut.i on-*I.oad Step Opts* Expans i onPass* Si ngl e Expand 确认扩展模态数。 （4） 求解 保存设置，执彳亍 Main Menu-*Solution-*Solve-*Current LS 求解。 （5） 读取结果 执行 Main Menu-*General Postproc-*Read ResultsBy Pick 读取各阶桥 梁振型。 执彳J Main Menu-*General Postp

18、roc-*Plot Results-*Cotour Plot-*Nodal Soluo 读取 Nolal DOF Solution-*Diaplacement vector sum 察看各阶振型。第8页共11页 图3f半桥第二阶摄型 图3-7全桥第四阶撮型 图37全桥第七阶振型 图3T半桥站八阶提型 图3-10全桥第九阶振熨 图3T1全桥第十阶撅熨 tia-M . U 518 H -ll fl-19*2an waltp v t21Mte 图3-5全桥一阶提熨 WMX mi 9SIWH ANSIS a i6t nti F H ruAU.q .MK-M -MM-a . sM- a s a .tm-

19、w 、,ii 9 48 .cctm .9nu 第9页共11页 （6）结果分析 有 ansys 模态分析结果显示，全桥前儿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而 （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。 （三）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

20、 80kN,后轴重 lGOkN,前中轴距为 3.5m,中后轴距 为 1. 3m）。症 （1）第二跨跨中模拟午载分析 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 Menu-*Solution-*Define Loads-*Apply f Force/Momentf /On Nodes 模拟双乍道乍距 5m 大熨载重汽乍荷载，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3T2半桥中跨车霞 保存设置，执行 Ma

21、in Menu-*Solution*Solve*Current LS 求解。读取结 果，查看车载下位移、应力图。第10页共11页 8EQV MX 3MN =1393 图3T5全拼中跨模拟车轧直力图 （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 Menu-*Solution-*Def ine Loads-*Apply-*Force/Moment-*/On 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 160 心前中轴距为 3.511）,中后轴距为 1.3m）该模型为半桥对称模型，双 午道；每条车道模拟两辆大型载重汽车，且反向（使中跨受力最大）。 图3T3全桥中跨模拟图3T4全桥中齢模拟车載应变图 .1781*07 1393 893066 ANSANSYSYS 357ET7 NODAL SOLUTION STSr-1 = .40124-07 4472