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、ANSY的析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(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(7) 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11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

2、国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米i。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184ml宽13ml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一一级0图2-1桥梁侧立面图上部结构为48m+88m+48m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.

3、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3m4x3m),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.

4、7m,厚1.2m,高25m双壁间设系梁，下设10mX10mi形承台，厚3.0m。ii图2-3箱梁截面图三、ANSY分析：(一)前处理(1)定义单元类型MainMenurPreprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete选择Solid45单元；(2)定义材料属性MainMenurMaterialProps-MaterialModels.依次选择Structural一Linear-Elastic-Isotropic建立材料模型C50混凝土的EX=3.45e10;PRXY=0.2;再打开Structural-Density设置C50混凝土的密度Density=2600。

5、iii(3)建立工程简化模型建立0号块：MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefKeypointsTnActiveCS.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)MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefLinesfLin

6、esf/StraightLine顺次连接关键点1,2,3,4,7,8,1;6,7,9,10,6；MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefLinesf/LineFillet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。MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefAreasfArbitraryf/ByLines分别拾取箱梁截面的内外轮廓线建立两个平面。MainMenurPreproce

7、ssorfModelingfOperatefBooleansfSubtract-/Areas,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(OffsetWP)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，MainMenurPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraightLine依次连接对应节点；MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefAreasfArbitraryf/ByLines依次建立0号块各个面。MainMenurP

8、reprocessorfModelingfCreatefvolunmesfArbitrary-/ByAreas点击PickAll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);MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefKeypointsTnActiveCS.在对话框中输入主梁中心底线关键点坐标(x=x+4,54,33;y=-(5-2.2)*x*x/4/4;z=0)MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefLinesfSplinesf/Splinesthr

9、uKPs,依次连接各点。MainMenurPreprocessor-Modeling-Cop尸/Lines复制主梁底面中心线到边线位置（z=4.35）。MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefLinesfLinesf/StraightLine连接11号块截面底线。MainMenurPreprocessorfModelingfCreatefAreasfArbitraryf/ByLines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。MainMenurPreprocessorfModelin

10、gfOperatefBooleansfDivideAreabyWrkPlane,拾取主梁底面，分离出1号块底面。UtilityMenufSelectfEntities用ByLocationfZcoordinates（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；MainMenurPreprocessor-Modeling-OperatefExtrudefAreasf/ByXYZOffset,将所建立的矩形向Y

11、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，MainMenu-Preprocessor-Modeling-VolumesBlock-ByDimensions,建立一个2.8x2x4.35mA3的矩形块系梁。将工作平面移动到桥墩底面角点，建立5x5x3mA3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1mi将边跨11号截面拉伸2+0.96+0.54+1.44m。图3-11/4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MainMenurPreporce

12、ssor-Meshing-MeshTool.在SizeControl中的GlobalSet总体单元尺寸定为0.5;在Mesh中选择Volunmes,Shape设置为Hex一SweepsAutoSrc/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3-31/4桥网格三维立体图(二)模态分析(1)选择求解类型MainMenurSolution-AnalysisType-NewAnalysis选择Modal。单击OK按钮退出。然后执行MainMenurSolution-AnalysisType-AnalysisOptions

13、,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)MainMenu-SolutionfDefineLoads一Apply一StructuralfDisplacementfAymmmetryB.C.一/OnAreas,单击PickAll。将工作平面移动到桥墩承台底面，选择出承台底面，执行MainMenurSolutionfDefineLoadsfApplyfStructuralfDisplacementOnAreas,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

14、1.5m内的所有节点，执行MainMenuSolutionfDefineLoadsfApplyfStructuralfDisplacementf/OnNodes,约束节点UY(3)输出设置执行MainMenuSolution-LoadStepOpts-OutputCtrrls-DB/ResultsFile设置输出所有结果。执行MainMenurSolution-LoadStepOpts-ExpansionPass-SingleExpand确认扩展模态数。(4)求解保存设置，执行MainMenu-SolutionfSolvefCurrentLS求解。(5)读取结果执行MainMenurGener

15、alPostproc-ReadResults-ByPick读取各阶桥梁振型。执行MainMenurGeneralPostproc-PlotResults-CotourPlot-NodalSoluo读取NolalDOFSolution-Diaplacementvectorsum察看各阶振型。LflUTLI.TQL«L<BLaLtSiO9,<«M工-mHsafljFrf-vi-r:图3-5全桥一阶振型图3-4桥梁前10阶频率图3-7全桥第四阶振型图3-6半桥第二阶振型图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

16、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。（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80kN,后轴重160kN,前中轴距为3.5m,中后轴距为1.3m）。iv（1）第二跨跨中模拟车载分析选择

17、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MainMenu-Solution-DefineLoads-Apply一Force/Momentf/OnNodes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MainMenu-SolutionfSolvefCurrentLS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gl 13-2

18、tan wuxingrpetig 0213)965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MainMenSolution-DefineLoads-Apply-Force/Momentf/OnNodes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；每条车道模拟两辆大型载重汽车，且反向（使中跨受力最大）。保存设置，执行MainMenu-SolutionfSolvefCurrentLS求解。读取结果，查看车载下位移、应力图。图3-16全桥边跨中跨模拟车载图图3-17全桥