ANSYS在桥梁工程应用实例分析

1、第6章 ANSYS桥梁工程应用实例分析1第6章 桥梁工程分析内容提要本章介绍桥梁结构的模拟分析。桥梁是一种重要的工程结构，精确分析桥梁结构在各种受力方式下的响应有较大的工程价值。模拟不同类型的桥梁需要不同的建模方法，分析内容包括静力分析、动荷载响应分析、施工过程分析等等。在本章中着重介绍桁架桥、刚架桥和斜拉桥三种类型桥梁。八第矮6扮章搬 肮ANSYS版在碍桥梁工程傲应用搬实例挨分析本章重点笆 澳结构分析具体步骤翱 唉 啊结构静力胺分析胺 罢桁架结构建模方法霸 澳 昂 巴结构模态分析本章典型效果图6.1 引言安ANSY瓣S疤通用有限元软件在版土木工程应用分析板中可发挥巨大的作懊用。我们用它来分袄

2、析桥梁工程结构，傲可以很好的模拟各翱种类型邦桥梁背的受力、施工工况扒、皑动荷载的耦合等。傲ANSY胺S敖程序有丰富的单元哎库和材料库，几乎懊可以仿真模拟出任碍何形式的桥梁。静绊力分析中，可以较澳精确的反应出结构柏的变形、应力分布唉、内力情况等；动爸力分析中，也可精百确的表达结构的自皑振频率、振型、荷载耦合、鞍时程响应等特性。懊利用有限元软件对半桥梁结构进行全桥啊模拟分析，可以得笆出较准确的分析结八果。办本章介绍桥梁结构岸的模拟分析。作为瓣一种重要的工程结搬构，袄桥梁的隘精确分析罢具有较大的工程价芭值。桥梁的种类繁阿多，如梁桥、拱桥翱、钢构桥、悬索桥疤、斜拉桥等等，不啊同类型的桥梁可以伴采用不同

3、的建模方碍法。桥梁的艾分析内容芭又奥包括静力分析、爸施工过程模拟、柏动荷载响应分扒析等。傲可以看出桥梁的整瓣体分析过程比较复伴杂隘。半总体上来说，主要摆的模拟分析过程如稗下：芭（吧1岸）笆 班根据计算数据，选啊择合适的单元和材俺料，建立准确的桥澳梁有限元模型。吧（斑2笆）埃 般施加静力或者动力跋荷载，选择适当的扳边界条件。哎（胺3疤）把 暗根据分析问题的不埃同，选择合适的求傲解器进行求解。跋（拜4扳）盎 爸在后处理器中观察扮计算结果碍。暗（绊5邦）坝 暗如有需要，调整模蔼型或者荷载条件，昂重新分析计算。艾桥梁的种类和分析爸内容众多，吧不同类型桥梁的的敖分析过程有所不同摆，分析侧重点也不奥一样。

4、哀在这里仅仅给出大百致的分析过程，具霸体内容还要看具鞍体伴实版例的情况柏。佰6.2 昂典型桥巴梁敖分析模拟斑过程 哀6.2.1袄 罢创建物理环境扳建立桥梁模型之前疤必须对工作环境进袄行一系列的设置。拔进捌入叭ANSY版S败前处理器，按照以澳下隘6矮个步骤来建立物理蔼环境：拌1傲、设凹置碍GU摆T暗菜单过滤般2肮、定义分析标题（爱佰TITL邦E拔）伴3办、说明单元类型及拔其选项邦（搬KEYOP把T艾选项）隘4拔、设置实常数和单肮位制5、定义材料属性颁1拌设败置佰GU败I拔菜单过滤安如果你希望通唉过挨GU敖I稗路径来运败行摆ANSY案S版，凹当阿ANSY斑S翱被激活后第一件要摆做的事情就是选择啊菜

5、单路径爸：耙Main Men奥uPrefer艾ence哀s按，执行上述命令后俺，弹出一个如图扒6耙-拌1八所示的对话框出现哎后，选择艾Structur肮al凹。这扳样办ANSY凹S奥会根据你所选择的皑参数来般对伴GU氨I鞍图形界面进行过滤唉，选择拌Structur板al绊以便在进行邦结构艾分析时过滤掉一些绊不必要的菜单及相跋应图形界面。翱图半6耙-1 GU般I碍图形界面过滤2定义分析标题熬在进行分析前，可般以给你所要进行的俺分析起一个能够代跋表所分析内容的标斑题，比瓣如扳“把truss br佰idge扒”八，以便能够从标题哎上与其他模型区别哎。用下面的班GUI拜方法定义分析标题澳。瓣命令：巴埃

6、TITLE阿GU奥I拔：疤U拜ti肮li奥ty 啊MenuFil捌eChange扒 Title按图扒6笆-2 GU按I皑定义标题板3叭定义单元类型及佰其选项盎（半KEYOP按T俺选项）埃与扳ANSY绊S绊的其他分析一样，碍结构分析隘也要进行相应的单稗元选择稗。斑ANSY叭S吧软件提供肮了盎10耙0懊种以上的单元类型般，可以用来模拟工柏程中的各种结构和懊材料，各种不同的跋单元组合在一起，啊成为具体的物理问凹题的抽象模型。肮在桥梁结构模拟分傲析中，最常用的单拔元是梁单元，吧例如，百梁单元可模拟不同唉截面的钢梁、混泥绊土梁等；壳单元和笆杆单元也很常用，案壳单元可以模拟扒桥面板凹箱梁等薄壁结构，懊杆单

7、元可以模拟预伴应力钢筋和桁架等芭。柏定义好不同的单元胺及其选项矮（板KEYOPT俺S搬）稗后，就可以背建立有限元扳模型。伴可以采用线性或者柏非线性的结构单元艾。澳表伴6班-1 凹桥梁分析常见单元单元维数形状和自由度特性LINK83-D线形，2节点，3自由度刚性杆，可承受拉力和压力，用来定义桁架等。可定义其截面积和初始应变。和初始应变。LINK103-D线形，2节点，3自由度只能承受拉力的柔性杆，用来模拟索单元。可定义其截面积和初始应变。BEAM32-D线形，2节点，3自由度二维弹性梁，可定义其截面积、惯性矩、初始应变、截面高度等。BEAM43-D线形，2节点，6自由度三维弹性梁，可定义其截面积

8、、截面形状、三向惯性矩、初始应变、截面高宽等。BEAM443-D变截面不对称，2节点，6自由度三维弹性梁，可定义多个截面的截面积、截面形状、三向惯性矩、初始应变、截面高宽等。SHELL633-D四边形或三角形，4节点，6自由度三维弹性壳，可定义其节点处厚度、刚度、初始弯曲曲率等。疤设置单元以及其关安键选项的方式如下埃：命令：ET懊 班KEYOPT般GU岸I芭：懊Main奥 霸Menu Pr搬eprocess懊or Elem白ent Type奥 盎Add/Edit隘/Delete图般6-3(a) G矮UI跋添加单元类型扮图鞍6-3(b) G拜UI笆选择单元类型耙4巴设置实常数和单巴位制唉单元实常

9、数和单元爸类型密切相关，拜用鞍R疤族命令（吧如笆R败，八RMODI绊F盎等）或其相癌应唉GU隘I蔼菜单路径来说明。拌例如般在扮结构耙分析中，你可以罢用实常数定义白梁单元的横截面积安、惯性矩以及高度啊等。当定义实常数胺时，要遵守如下二跋个规则：笆必须按次序输入实芭常数。懊对于多单元类型模邦型，每种单元采用跋独立的实常数组（懊即不同傲的般REA摆L坝参考号）。但是，扮一个单元类型也可伴同时敖注明几个实常数组捌。命令：R埃GU扳I敖：俺Main Men奥u傲 瓣Preproce罢ssor啊 白Real Con啊stants翱 Add/Ed颁it/Delet稗e 巴图按6-4(a) G哀U挨I癌定义实

10、常数八图艾6-4(b) G艾U八I把定义实常数把在结构分析中，系唉统没有设置单位制疤，我们可以根据自矮己的需要选用各种挨单位制。在本章癌的实例八中，所有算例都采奥用国际单位制，罢即哀m鞍、碍N爸、败k肮g拔、翱s伴、百P按a芭、叭H啊z半等。5创建截面白在桥梁结构分析中鞍，采用梁单元一般笆都需要定义梁单元爸的截面。唉在板ANSY柏S坝中，既可以建立一拌般的截面（即标准敖的几何形状和单一埃的材料），也可以隘建立自定义截面（昂即截面形状任意也班可以是多种材料）耙。吧命令：百SECTYPE班 SE颁CDATA胺 SE吧COFFSET氨GU凹I摆：翱Main芭 颁Menu Pr拌eprocess办or

11、 翱Sections袄皑 埃Beam啊隘 拌Comm爱o拌n Sectio扮ns懊。袄也可以通过用户定颁义网格建立自定义俺截面，此时必须建艾立用户网个文件。傲首先要建立一蔼个肮2背D蔼实体模型，然后保傲存胺命令：疤SECWRITE佰GU柏I芭：靶Main把 扮Menu Pr爱eprocess矮or 阿Sections奥伴 Beam隘昂 Write S巴ec Mesh拜。6定义材料属性芭桥梁爱几何模型中可以有皑一种或多种材料：跋包括各种性质的叭钢、混凝土斑、地基土和刚臂等盎等俺。每种材料区都要敖输入相应坝的材料特性。笆ANSY白S奥程序材料库中有一颁些已定义好材料特袄性的材料，可以直吧接使用它们

12、，也可八以修改成需要的形埃式再使用。安在桥梁工程分析中百，使用的材料比较绊简单，疤基于线形分析得的罢桥梁结构，拔基本选择线弹性材翱料耙（蔼Linea巴r坝线性碍、绊Isotropi拜c拜各向同性）斑。定义材料属性方跋式如下：命令：MP巴GU胺I哀：熬Main白 柏Menu Pr哎eprocess凹or Mate唉rial Pro凹ps Mate埃rial Mod邦els摆安 翱Structur岸al霸盎 佰Linear碍捌 爱Isotropi斑c拜，如图唉6-5(a耙)扮。懊在材料属性中，我肮们需要输入的数据氨有：弹性模半量奥(EX瓣)澳、泊松盎比班(PRXY巴)疤、密哀度俺(Density哀

13、)敖、材料阻佰尼唉(Damping罢)拔等等。盎对于非线性材料，凹可以选叭择敖Nonlinea八r搬，如图扳6-5(b)颁：罢注叭：拌1耙）必须按照形式定吧义刚度（如弹性模白量百E半X隘，超弹性系数等）芭。坝 阿2按）对于惯性荷载（奥重力），必须定义隘质量计算所需的数矮据，如密艾度隘DEN案S靶。佰 澳3霸）对于温度荷载，哎必须定义热膨胀系捌数拜ALP霸X奥。啊图俺6-5(a) G百U蔼I稗设置材料属性选项板图把6-5(b) G拌U斑I败设置材料属性选项埃6.2.2扳 般建模、指定特性、蔼分网熬在矮ANSY拌S唉结构分析中，挨有两种建立有限元霸原模型的方式。第捌一种方法为直接建懊立节点单元，形

14、成扳有限元模型，可自伴己控制每一个单元摆，不需要程序划分扒单元，这种方法可蔼以用来建立结构比蔼较简单形式单一的耙桥梁结构；第二种白方法是先建立几何柏体模型，然后再利暗用软件将几何模型阿划分单元而形成有把限元模型，这种方岸法适用于结构复杂瓣的桥梁。敖（）绊第一种方法：命令：N版GU扒I佰：袄Main搬 隘Menu Pr矮eprocess拔or M跋odeling俺 熬Create澳案Nodes命令：E艾GU捌I绊：颁Main胺 拜Menu Pr靶eprocess啊or M碍odeling哎 败Create袄挨Elements唉（）氨第二种方法：命令：K案GUI巴：埃Main澳 盎Menu Pr搬

15、eprocess佰or M按odeling昂 疤Create拌半Keypoint稗s命令：L把GU敖I熬：邦Main颁 昂Menu Pr霸eprocess把or M把odeling办 哀Create吧瓣lines命令：A耙GU碍I隘：吧Main版 奥Menu Pr哎eprocess敖or M澳odeling稗 傲Create把啊Areas命令：V疤GU八I扮：盎Main敖 芭Menu Pr把eprocess芭or M蔼odeling把 奥Create跋昂Volumes几何模型操作：白GU瓣I氨：摆Main霸 绊Menu Pr隘eprocess瓣or M皑odeling澳懊Operat把e扮办E

16、xtrud鞍e靶：拉伸背斑Extend L伴in啊e哎：延长线俺伴Boolean唉s胺：布尔操作岸罢 Inters碍ec拜t瓣：板相交截取交集Add：相加伴俺Subtract八：相减背耙Divide拜：分割Glue：粘贴跋Overlap稗：搭接熬把Partitio背n鞍：分成多个小区域八瓣Scale叭：梯度熬合理的利用以上操昂作巴，可以建立出非常败精确的结构体几何邦模型。然后就可以昂对几何模型进行网案格划分，形成有限拔元模型。爸划分单元具体操作暗如下：氨命令：岸LSE唉L板（选择要划分的线八单元）半 唉TYPE扒（选择单元类型）澳 柏 MA澳T袄（选择材料属性）懊 RE案A伴L昂（选择实常数）

17、白 ES啊Y跋S伴（单元坐标系）盎 MS昂HAP奥E柏（选择单元形状）绊 MS敖HKE跋Y皑（选择单元划分方爸式）暗 LM懊ES凹H叭（开始划分线单元巴）般GU捌I皑：懊Main疤 叭Menu Preprocess佰or 吧Meshing伴 Mesh澳Tool百在划分单元之前，伴首先要对单元大小癌形状等进行适当的把控制，否则可能出佰现意想不到的划分疤结果。现在以蔼Mesh白Too坝l疤工具条为例，碍说明划分单元时方哎法。拌如啊图爸6-凹6搬。翱Element 捌Attribut哎e啊s凹：选择单元类型、绊材料属性、实常数般、单元坐标系、截背面号。艾Smart Si笆z跋e隘：控制模型细部单瓣元

18、精细度凹Size Con瓣trol败s板：通过给定几何体叭分段的大小或者数颁量控制各个几何体昂上面单元数量与大暗小。笆Mes暗h澳：划分单元（点、般线、面、体）。单靶元形状分为：三角拌形或四面蔼体稗(Tet熬)昂、四边形或六面跋体搬(Hex搬)盎；划分方式分为：叭自由划分、影射划唉分、扫掠划分。埃注拔：扮1邦）应力或应变急剧坝变化的区域（通常氨是我们感兴趣的区案域），需要比应力班或应变近乎常数的叭区域较密的网格。瓣 敖2）在考虑非线性的敖影响时，要用足够败的网格来得到非线按性效应。如塑性分柏析需要相当的积分班点密度，因而在高奥塑性变形梯度区需扒要较密的网格。艾图扒6-氨6 MeshTo疤o耙l

19、盎工具条柏6.2.3哎 艾施加边界条件和载啊荷昂在施加边界条件和稗载荷时，既可以给稗实体模型（关键点耙、线、面）也可以皑给有限元模型（节摆点和单元）施加边百界条件和载荷。在芭求解时唉，啊ANSY昂S唉程序会自动将加到搬实体模型上的边界昂条件和载荷转递到瓣有限元模型上。瓣在八GU捌I把方式中，可以通过疤一系列级联菜单，翱实现所有的加载操八作。爸GU笆I爱路径如下：耙GU爱I癌：扮Main扳 扳Menu So耙lution 哎Define L扳oads A跋pply 绊Structur伴al拌这稗时板，摆ANSY扳S霸程序将列出胺结构分析中拌所有的边界条件和白载荷类型。然后按根据实际情况熬选择合理

20、的边界条佰件或载荷。颁例如，要施加昂均布荷载到桥面板碍单元上白，耙 盎GU耙I昂路径如下：盎 GU霸I百：案Main肮 班Menu Pr疤eprocess艾or Defi爸ne Loads扮 Apply搬 胺Structur皑al霸 霸 扒Pressure挨 On Ele奥ments艾/On Area胺s白也可以通鞍过哎ANSYS氨命令来输入载荷，百几种常见的结构分扳析荷载如下：拜位移癌（邦U瓣X疤，巴U坝Y按，鞍U鞍Z绊，靶ROT盎X盎，班ROT佰Y艾，氨ROT案Z澳）叭：肮这些自由度约束往搬往俺施加爱到模型边界上，用扮以定义刚性支撑点暗。把也可以用于指定对佰称边界条件以及已半知运动的点。哀

21、例如：一个有三个皑自由度的二维简支案梁单元，边界条件碍即为岸：柏i袄端点约吧束癌U凹X鞍、安U扳Y版方向位移碍，罢j哀端点约搬束氨U艾Y班方向位移。桥梁结板构分析中，位移约熬束一般加载于桥墩半基础处、主梁支座拔处、梁端等处。阿位移约束可以施加在点、线、面、节吧点上，最终都会转背化为施加在节点上昂面的约束。埃由标号指定的方向般是按照节点坐标系稗定义的。袄图凹6-靶7爸 拜施加荷载菜单命令：D案GU癌I捌：安Main Men白u Prepr坝ocessor巴 Define 半Lo俺ads App扳ly Stru暗ctural 捌Displace拜ment or 奥Potentia癌l半GU叭I鞍：

22、巴Main Men把u Solut傲ion Def板ine Load稗s Apply岸 Struct坝ural Di奥splaceme拜nt凹力疤（吧F蔼X柏，爸F拔Y邦，隘F啊Z板）岸/挨力柏矩笆（胺M案X蔼，拜M拜Y八，芭M笆Z唉）扳 敖这些集中力通常在芭模型的外边界上指半定，其方向是按节癌点坐标系定义的。癌集中力或弯矩可以奥模拟桥梁上的集中爱力荷载。拌例如：拜当车辆行驶于桥梁胺上面时，氨轴重简化为一组集扳中力作用于梁上，柏来计算梁的受力情八况。跋集中力或弯矩只能昂施加在关键点或者埃节点上面。命令：F邦GU拔I搬：搬Main Men笆u Prepr背ocessor坝 Define 俺Loa

23、ds A板pply 瓣Structur啊al靶 摆 按Force/Mo阿ment板GU哀I跋：柏Main Men翱u Solut案ion Def奥ine Load肮s Apply芭 把Structur跋al隘 澳 吧Force/Mo癌ment扒压力荷载肮（盎PRE氨S坝）案 肮这是表面荷载，通半常作用于模型外部巴。正压力为指向单氨元面（起到压缩的斑效果）。胺均布荷载和梯度荷叭载都属于压力荷载把，在桥梁结构分析中会经常施加压力芭荷载。把例如在桥面板上施哀加均布的人群荷载办，就需要选择桥面拜板单元，然后在选安择的单元或者面上隘面施加压力。值得芭注意的是，在三维爸的面上施加压力时爸，要注意面的方向昂

24、与压力的方向。压澳力荷载可以施加在坝线、面、节点、单肮元、梁上。命令：SF笆GU蔼I哎：扒Main Men爸u Prepr哀ocessor吧 Define 捌Loads A昂pply敖 斑Structur艾al岸 安 耙Pressure巴GU半I艾：暗Main Men哀u Solut矮ion Def皑ine Load案s Apply凹 爸Structur皑al胺 艾 伴Pressure昂惯性力荷载（用来熬加载重力瓣、旋转等皑）颁 ANSY胺S哎结构分析中，一般版通过施加惯性力来拜施加结构的重力。熬同时也可以用来施疤加加速度。用来加笆载重力的惯性力与斑重力加速的方向相笆反。跋定义惯性荷载之前扒必

25、须定义密度。懊例如：重力方向版为傲Y肮轴的负方向，则加袄的惯性力应该澳为柏Y艾轴的正方向。命令：ACEL懊GU瓣I碍：案Main Men碍u Prepr傲ocessor伴 Define 翱Loads A氨pply笆 哎Structur艾al矮 昂Inertia绊霸Gravity柏GU爱I斑：百Main Men拔u Solut凹ion Def拔ine Load摆s Apply板 俺Structur俺al扮 般Inertia吧哀Gravity八6.2.4霸 挨求解哎 罢 扮结构分析的求解种暗类比较多，暗应肮根据不同的需要选翱择不同的求解方式隘。基本的求解过程白过程如下：1.定义分析类型办在定义分析

26、类型和坝分析将用的方程求敖解器前，要先进扒入熬SOULUTIO隘N拔求解器。耙图袄6-俺8 GU熬I白选择分析类型命令：SOLU搬GU叭I班：拔Main把 皑Menu So傲lution选择分析类型。氨命令：懊ANTYPE版GU氨I八：案Main隘 拔Menu Solution跋 Anslysi按s Type斑挨 New Ana佰lysi捌s稗，如吧图熬6-8安。般桥梁结构常用的分哀析类型有氨：（1）静力分析捌静力分析佰是桥梁结构分析中斑的重要环节，静力哀分析结果必须要满岸足设计要求。通过伴静力计算，可以求暗解出结构的位移、扳内力、应力分布、昂变形形状、稳定性叭等。敖命令： HYPERLINK

27、 mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansyshelp.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html颁ANTYPE俺,S唉TATIC拜,NEW俺GU挨I袄：霸Main蔼 拌Menu So拌lution 拌Analysis扮 Type N摆ew Analy板sis扳 拌然后选择摆“靶static佰”胺选项，点击半“熬OK唉”搬。靶如果是需要重启动办一个分析（施加了隘另外的激励），盎先前分析的结果文艾件凹Jobname摆.EMAT半，盎 盎Jobname半.ESAV扳和斑Jobname挨.DB岸还可用，

28、罢使用命令 HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansyshelp.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html氨ANTYPE板,STATIC,暗REST疤。（2）模态分析八在模态分析中，我熬们可以求解出结构摆的自振频率以及各岸阶振型，同时也可挨求出每阶频率的参版与质量等等。板而在谱分析之前，爱必须进行模态分析氨。芭命令： HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansys

29、help.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html矮ANTYPE坝,凹MODAL,NE扒W伴GU摆I捌：扳Main盎 板Menu So坝lution 按Analysis白 Type N板ew Analy把sis岸 柏然后选择蔼“罢Modal疤”绊选项，点击斑“阿OK凹”版。碍模态分析由袄4翱个主要步骤组成：建模。办加载及求解。霸除了零位移约束之案外的其他类型的的败荷芭载扒氨百力、压力、加速度跋等可以在模态分析凹中指定，但是在模按态提取时将被忽略爸；求解输出内容主巴要有固有频率、参翱与系数表等。拜扩展模态。指将振敖型写入结果文件，熬得到完整的振型袄；在扩展处理前必艾须明确的离开求解艾器袄（敖

30、FINIS版H败）并且重新进入求肮解器。笆观察结果。板末态分析结果包括氨：固有频率、扩展拌振型、相对应力和稗力分布。啊在背POST班1八中观察结果。凹注意：在模态分析靶中只有线性行为是肮有效的，如果指定扒了非线性单元，它胺将被看作是线性的拌；在模态分析中必袄须指定杨氏模柏量啊E扮X捌和密哀度隘DEN哀S板。（3）瞬态分析拔瞬态分析经常用于摆分级计算结构受到鞍突然加载的荷载时佰的响应情况。例如斑在桥梁结构分析中扳，桥梁受到地震激叭励的时程作用，或昂者计算桥墩受到突隘然撞击的情况，都背可以选择使用瞬态阿分析来计算结构响颁应。啊具体介绍见埃第扳7翱章。俺命令： HYPERLINK mk:MSITSt

31、ore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansyshelp.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html哀ANTYPE蔼,懊 TRANS八,NEW氨GU安I岸：唉Main扒 啊Menu So澳lution 艾Analysis吧 Type N扮ew Analy班sis巴 败然后选择盎“爸Transie叭nt胺”皑选项，点击霸“跋OK板”拌。扮弹出如图吧6-9啊对话框。选择适当氨的求解方式，点击板“办OK坝”坝。扳图癌6-笆9隘 挨瞬态分析选项谱分析氨谱分析是一种将模柏态分析结果与一个凹已知的谱联系起来氨计算模型的位移和耙应力

32、的分析技术。懊谱分析替代时盎间百-稗历程分析，主要用拔于确定结构对随机皑荷载或随时间变化跋荷载（如地震、风把载、波浪等等）的俺动力响应情况。在暗结构分析中，谱分柏析常用在计算结构背受到震动激励情况拔下的响应。最常用百的就是地震反应谱叭。注意在谱分析之艾前要先进行模态分埃析。盎命令： HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansyshelp.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html办ANTYPE板,傲 SPECTR俺,NEW半GU肮I百：摆Main瓣 搬Menu So笆lution

33、 白Analysis埃 Type N安ew Analy昂sis碍 伴然后选择半“隘Spectrum笆”挨选项，点击敖“把OK鞍”拌。奥谱分析的全过程包坝括以下几步：建立模型。阿模态分析。注意只半有疤Bloc罢k坝法板、皑Subspac伴e扳法蔼和稗Reduce肮d拔法才对谱分析有效耙。矮谱分析。输入反应坝谱，有加速的反应背谱颁、拜位移反应谱跋、速度反应谱、力伴反应谱等拔。艾扩展模态。扩展振肮型之后才能在后处白理器中观察结果。伴合并模态。模态的八组合方式在桥梁结奥构设计规范中规定阿选爸择拌SRS隘S颁方式，即先求平方皑和再求平方根。观察结果。2.定义分析选项癌定义好分析类型之柏后，就好设置分析拜

34、选项。熬每种分析的分析选芭项对话框各不相同靶。静力分析命令：EQSLV隘GU把I耙：扒 凹Main白 罢Menu So按lution 肮Analysis澳 Type A耙nalysis 搬Options扮在求解选项中，可叭以看看到如图班6-霸10哎的菜单。鞍图佰6-邦10 GU埃I坝静力分析求解选项啊卡Basic：奥Small Di阿splaceme阿nt Stati俺c把（小位移静力分析隘）隘Large Di败splaceme哎nt Stati般c八（大位移静力分析癌）吧Small Di傲splaceme扒nt Trans唉ien翱t白（小位移瞬态分析啊）蔼Large Di扮splaceme

35、熬nt Trans般ien唉t胺（大位移瞬态分析百）哀Calculat矮e prestr罢ess effe蔼c熬t跋（计算预应力效应皑）爸Time at 霸end of l阿oadste柏p岸（最后一个荷载步奥的时间）昂Number o蔼f subste斑p哀s熬（通过荷载子步控瓣制）办Time inc吧remen扳t斑（通过时间增量控捌制）斑Write It蔼ems to R伴esults F阿il芭e耙（结果文件输出设艾置）颁在挨Basi白c傲中的设置，提供了靶分析中所需的最少皑数据。一把旦傲Basi百c碍标签中的设置满足八以后，就不需要设盎置其他标签中的选伴项，除非因为要进矮行高级控制而

36、修改板其他缺省设置。摆注佰：捌1挨）在设拔置百ANTYP扳E哎和扳NLGEO摆M爸时，如进行一个新版的分析并忽略大变扮形效应（如大挠度案、大转角、大应变拌）时，请选般择傲“鞍Small Di熬splaceme百nt Stati摆c唉”半项。如预期有大挠般度（如弯曲的长细靶杆）或大应变，则拜选笆择碍“瓣Large Di碍splaceme吧nt Stati唉c爸”挨项。如果想重启动背一个失败的非线性懊分析，或者用户已唉经进行了完整的静胺力分析，而想指定盎其他荷载，则选奥择挨“摆Restart 案Current 鞍Analysi凹s靶”败项。版 艾2哎）在设凹置啊TIM安E岸时，吧记住这个荷载步选啊

37、项指定该荷载步结背束的时间，缺省值盎为拌1稗。对于后继的荷载暗步，缺省值哀为埃1办加上前一个荷载步敖指定的时间。邦 啊3哎）在设碍置癌OUTER凹S稗时，记住：缺省时敖只凹有氨100熬0疤个结果集记录到结鞍果文件中，如果超扳过这一数目，程序凹将出错停机。可以板通盎过班/CONFI袄G搬，碍NRE白S疤命令来增大这一限按值。模态分析命令：EQSLV伴GU瓣I案：霸 矮Main鞍 挨Menu So隘lution 俺Analysis隘 Type A奥nalysis 罢Options捌，弹出对话框模态哎分析选项设置对话靶框，如澳图碍6-11(a板)拌。熬模态分析方法稗一共碍有版7搬种佰（字空间法、分凹

38、块俺Lanczo办s岸法摆、八PowerDyn隘amic摆s埃法、缩减法、非对摆称法、阻尼法跋、霸Q扮R唉阻尼法）艾，前芭四班种方法吧是最常用的模态提疤取方法。芭桥梁结构分析计算碍中俺一般扳采用百分坝块碍Lanczos肮法和子空间法。阿常用选项意义如下矮：拌No. of m奥odes to 摆extract翱（提取模态数）啊：除缩减法以外的袄其他模态提取该选癌项都是必须设置的芭。癌Expand m鞍ode shap办es傲（是否扩展模态）鞍：如果准备在谱分半析之后进行模态扩盎展，该选项应该设罢置挨为芭N袄O办。扒No. of m拔odes to 哎expand啊（扩展模态数）皑：该选项只在采用

39、阿缩减法、非对称法敖和阻尼法时要求设爸置。暗Calculat唉e elem r埃esults叭（计算单元结果）氨：如果想得到单元阿求解结果，需要打办开此项。背Incl pre熬stress 皑effect伴s翱（是否包括预应力安效应）背：该项用于确定是袄否考虑预应力对结阿构震动的影响。缺邦省分析过程不包括安预应力效应，即结疤构处于无预应力状爱态。挨图挨6-扮11(a) GU案I澳模态分析求解选项俺卡摆爱 邦当选择隘分霸块稗Lanczos唉法时，点跋击阿O邦K隘后弹出如图半6-办11(b)半对话框艾，在对话框中输入昂起始频率和截止频率。也就是给出一肮定的频率范围，程哀序最后计算出的自癌振频率结果

40、在所给班频率范围之内。柏图瓣6-鞍11(b) GU霸I矮模态分析求解选项柏卡斑分唉块半Lanczo鞍s案法用于提取大模型埃的多阶模态芭（版4霸0安阶以上），模型中按包含形状较差的实哀体和壳单元时建议艾采用此法，最适合胺用于由壳或壳与实背体组成的模型澳，速度快盎。内存要求摆中吧，暗存贮要求低靶。笆板 氨当选择子空间澳Subspace爸法时，点疤击坝O哀K蔼后弹出如图澳6-背11(c)癌对话框盎。版 伴点蔼击搬OK芭伴完成设置。绊图袄6-柏11(c) GU半I案模态分析求解选项挨卡澳图般6-罢12 GU暗I肮瞬态分析求解选项昂卡艾 矮子空坝间爱Subspac隘e罢法用于提取大型模跋型的少数阶模态奥

41、（靶4百0班阶以下），适合于柏较好的实体及壳单伴元组成的模型，内板存要求低，存贮要暗求高。瞬态分析命令：EQSLV爱GU傲I稗：背 叭Main埃 傲Menu So凹lution 哀Analysis靶 Type A班nalysis 昂Opt阿ions澳具体介绍见唉第拔7靶章。安出现的对话框如图板6-12啊，选项设置与静力艾分析相同。谱分析命令：EQSLV岸GU哎I拜：蔼 翱Main办 懊Menu So耙lution 败Analysis版 Type A板nalysis 佰Options败选择谱类型哎，如图捌6-背13肮：搬 阿摆Single-p奥t res般p颁（单点响应谱分析皑）阿 Multi-

42、佰 跋pt respo啊n般s懊（多点响应谱分析肮）半 D.D.A.岸M坝（动力设计分析）板 P.S.瓣D捌（功率谱密度分析胺）摆结构分析常采用第安一种单点响应谱分翱析。霸具体介绍见捌第瓣7捌章。把图靶6-胺13 GU熬I矮谱分析求解选项肮在谱分析中，必须袄进行模态扩展，阿模态扩展要重新回伴到模态分析中进行傲模态扩展。翱执行以下命令。把命令： HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansyshelp.chm:/Hlp_C_ANTYPE.html鞍ANTYPE懊,颁MODAL,NE艾W

43、岸GU氨I疤：吧Main阿 扮Menu So啊lution 奥Analys败is Type翱 New Ana班lysis办 疤然后选择唉“爱Modal肮”叭选项，点击挨“隘OK翱”隘。3.备份数据库笆用工具条中的肮“胺SAVE DB奥”唉按钮来备份数据库昂，如果计算过程中邦出现差错，可以方八便地恢复需要的模按型数据。恢复模型佰时重新进耙入敖ANSY背S奥，用下面的命令：命令：颁RESUME隘GU哎I哀：暗Utility 扒Menu Fi矮le Resu案me Jobna扒me.db4.开始求解岸对于简单的静力分疤析，一次加载求解霸可以计算出结果。岸例如计算在自重作氨用下，钢梁的挠度霸变形，施加

44、于属于摆荷载之后只需要求矮解一次便得结果。挨对于动荷载来说，阿加载方式比较复杂阿，而且要经过多次挨求解才能得出最终凹结果。例如，计算板钢梁在一段地震波扮作用下的响应，就需要将地震波加速班度按时间分成小段捌，一次一次的加载隘到结构上面并且每哎加载一次都要求解凹一次，最终才能得拜到钢梁在地震波作柏用下的时程响应。蔼对于施加埃复杂扳动荷载，八往往采用命令流输哎入方式，菜单方式矮输入比较繁琐。啊用下面叭GUI爱方式瓣进行盎静力案求解跋：命令： HYPERLINK mk:MSITStore:C:Program%20FilesAnsys%20Incv100commonfileshelpen-usansys

45、help.chm:/Hlp_C_MAGSOLV.htmlSOLVEGU按I碍：碍MainMen八u Solut白ion Sol百ve昂Current 把LS矮检查弹出的求解信袄息文档，确认没有跋错误之后，单击如拌图氨6-艾14翱对话框中的靶“敖OK邦”埃。耙图俺6-版14斑 颁确认求解对话框.完成求解安命令：笆FINISH白GU坝I板：拌Main鞍 稗Menu Fi疤nish吧6.2.5凹 阿后处理（查看计算艾结果）奥ANSY爸S唉程序将计算结果贮肮存到结果文件版Jobna坝me.般rm坝g办中去，其中包括：基本解：蔼节点矮位移班（扒UX把，半U啊Y哎，扒U芭Z扳，爱ROT敖X斑，盎ROT澳Y

46、皑，澳ROTZ爸）导出解：节点和单元应力节点和单元应变单元力节点反力等等肮可以在一般拜后处理器霸POST1袄或者时程后处器板POST蔼2俺6瓣其佰中观看处理结果。巴命令：瓣氨POST1唉GU巴I拜：白 癌Main巴 癌Menu Ge绊neral Po碍stproc昂命令：吧胺POST26绊GU隘I唉：艾 俺Main柏 半Menu澳 TimeHis版t Postpr拔oc挨注意：搬若希望吧在翱POST1伴和癌POST盎26拌后处理器中查看结伴果，绊在数据库中必须包哎括与求解相同的模埃型柏。同时，结果文件哎Jobname.俺R昂ST懊也吧必须办存在。挨检查结果数据，拔方式如下：伴1傲、从数据库文件

47、中芭读入数据命令：巴RESUME鞍GU翱I板：唉Utility哀 Menu F哎ile Res摆ume 办from疤2爸、读入适当的结果奥集。用荷载步、子巴步或时间来区分结安果数据库集。若指挨定的时间值不存在版相应的结果百，澳ANSY斑S蔼会将全部数据通过把线性插值得到该时阿间点上的结果。命令：SET邦GU邦I癌：按Main稗 Menu八General 皑Postproc扒 Result伴s 把Read Res阿ult凹佰By昂 阿Loa盎d Step百如果模型不在数据盎库中，需敖用摆RESUM岸E肮命令后再皑用矮SE笆T挨命令或其等效路径拌读入需要的数据集背。败要观察结果文件中柏的解，可使把

48、用澳LIS扮T扒选项。可以分别看板不同加载步及子步俺或者不同时间的结果数据集。般典型的摆POST1敖后处理操作：1.显示变形图八命令：胺PL稗DISP摆GU按I奥：艾Main翱 Menu 罢General 按Postproc哀 拌靶Plot氨 Results阿 跋Deformed吧 Shape挨PLDIS按P暗命令伴的伴KUN白D参数使用户可以在啊原始图上迭加变形挨图。班2.扮列出反力和反力矩坝命令：安P胺RE吧SOL败 G癌U鞍I背：瓣 搬Main败 Menu艾 柏General 白Postproc搬 巴List颁 Results败安 Reactio隘n Solu哎列出约束节点的反胺力和力矩

49、。为了显示反力，皑执办行颁/PB肮C敖，瓣RFO白R跋，袄，爱1扒，然后显示所需节耙点或单元板（耙NPLO皑Y奥或矮者疤EPLOY暗T岸）。如果要显示反翱力矩，版用艾RMO佰M凹代百替背RFO敖R埃。艾3.半列出节点力和力矩案命令：捌P版RESO唉L澳，胺F笆（肮或艾M拜）凹GU唉I爸：芭Main凹 Menu 办General 摆Postproc敖 哎 隘List霸 Results摆拔 Element艾 Solutio疤n也可以列出所选择翱的节点集的所有节稗点的力和力矩。首鞍先选择节点，然后扮列出作用于这些节埃点上的所有力。命令：FSUM命令：把Total Fo氨rce Sum熬也可以在选择的

50、节袄点上检查所有力和癌力矩。对于处于平八和状态的实体，除皑荷载作用点和存在埃反力的节点以外的盎所有点上，其荷载凹总合昂为绊0爸：版GU拔I暗：爱Main按 捌Menu Ge案neral Po搬stproc 背Nodal Ca盎lcs瓣 半Sum瓣 肮矮 败Each Nod安e百 版Main柏 哎Menu Ge跋neral Po八stproc凹Options 案for Outp哀t癌，指明检查方向：全部（缺省）静力分量阻尼峰量惯性力分量胺对于处于平衡状态矮地实体，除荷载作柏用点或者存在反力胺荷载的节点外，其凹他所有节点的总载扳荷板为柏0阿。4.线单元结果耙对于版线单元，可以得到哀应力、应变等导出

51、澳数据，结果数据用板一个标号和一个序拌列号组合，或用元拜件名来区别。扒命令：熬ETABLE隘 安GU哎I耙：哀Main爱 白Menu Ge埃neral Po癌stproc 埃Element懊 俺Table芭 哀Define隘 哀Table疤定义好单元数据表鞍之后，可以显示线办单元结果，即背可以矮显示霸弯矩图、剪力图、拌轴力图等。命令：PLLS耙GU俺I办：八Main班 氨Menu Ge白neral Po袄stproc 瓣Plot Res捌u安lts坝 按Contour 邦Plot扳背Line Ele埃m5.误差评估鞍在实体和壳单元的扒线性静力分析中，安通过隘误差评估列出网格安离散误差的评估值搬

52、。这个命令按结构胺能量模白（蔼SEP芭C爸）计算和列出误差隘百分比，代表一个昂特定的网格离散的袄相对误差。八命令：案PRERR奥 暗GU傲I袄：稗Main拜 巴Menu Ge扮neral Po袄stproc 隘List Res暗ults霸 皑Percent 艾Error6.等值线显示 巴几乎所有的结果项笆都可以显示为等值按线，如应力拔（罢S胺X班，把S邦Y搬，俺S八Z疤等）、应变版（胺EPEL凹X柏、癌EPEL案Y半、氨EPEL熬Z跋等）和位移颁（袄U暗X伴，暗U鞍Y懊，按U埃Z奥等）澳。柏PLNSO矮L板和跋PLESO扮L阿命令坝的靶KUN笆D奥域使我们可以在原办始结构上迭加显示柏。邦命令：

53、败PLNSOLPLESOL 扮GU稗I摆：百Main袄 艾Menu Ge颁neral Po皑stproc 案Plot Res啊ults吧 艾Contour 拔Plot 盎昂Nadal So颁lu 搬GU哎I把：扳Main靶 耙Menu Ge芭neral Po靶stproc 捌Plot Res澳ults搬 扮Contour 拌Plot 扳板Element 吧Solu绊显示单元表数据和捌线单元数据：班命令：澳PLETABPLLS 佰GU白I扮：巴Main皑 氨Menu般 Genera绊l Postpr矮oc 俺Element 疤Table熬 艾Plot Ele稗ment Tab熬le 瓣GU盎I斑

54、：叭Main捌 傲Menu Ge扮neral Po白stproc 背Plot Res版ults版 挨Contour 皑Plot 颁败Line Ele罢m Res7.矢量显示傲对于观察矢量如位版移耙（唉DIS傲P扮）、转角艾（摆RO唉T熬）、主应力翱（霸S扒1爸，罢S敖2芭，摆S佰3吧），矢量显示（不邦要与矢量模态混淆岸）是一种有效的办败法。显示矢量：班命令：吧PLVECT半 叭GU案I办：Main隘 瓣Menu Ge胺neral Po凹stproc 案Plot R叭esults隘 霸Vector P拜lot矮扒 Predefi芭ned矢量列表：把命令：俺P翱R熬VECT懊 暗GU办I啊：挨Ma

55、in版 扮Menu Ge肮neral Po岸stproc翱Lis耙t Result盎s柏 扳Vector 肮Data8.表格列示安在列表之前，要进邦行数据排列：命令：NSORTESORT疤GU埃I懊：矮Main斑 芭Menu Ge扮neral Po绊stproc搬List Res斑ults埃皑 Sorted 艾Listing肮阿 Sort No拌des白GU哎I爱：版Main奥 芭Menu General Po安stproc班List埃 Results奥澳 Sorted 爸Listing艾鞍 Sort El胺ems表格列示：八命令：岸PRNSOL昂（节点结果）吧哀PRESOL唉（单元单元之间敖

56、结果）拌 PR挨RSOL胺（反力）等斑GU案I癌：败Main佰 吧Menu Ge般neral Po芭stproc爱List Res叭ults瓣败 solutio翱n option笆9.扒列表显示所有频率拔在模态分析中，可皑以列表结构的所有半频率。稗命令：扳SE班T半，敖LIST版GU案I挨：疤Main坝 版Menu Ge白neral Po鞍stproc扒List Res白ults拌版 Results芭 Shape啊10扳.摆列表显示主自由度澳在模态分析中，可熬以列表结构的主自跋由度。哎命令：扒MIS阿T跋，肮ALL巴GU案I挨：艾Main瓣 跋Menu 绊Solution白百 Master 傲

57、DOFs艾巴 List AL敖L百懊.3俺 爸实按例唉1八钢桁架桥阿静力碍受力分析吧凹本节对一架钢桁架拔桥进行具体静力受稗力拔分析，分别采用胺GUI氨方式和命令流方式霸。颁6翱.3.1懊鞍问题描述 办图爱6岸-1哎5瓣 昂钢桁架桥简图瓣已知把下承式绊简支傲钢桁架桥桥长按7翱2瓣米矮，每个节段矮1半2伴米罢，桥宽耙1按0敖米盎，高按1瓣6凹米懊。澳设桥面板为笆0.白3摆米熬厚的混凝土板。桁芭架杆件规格有三种靶，见下表：唉表班6捌-癌2般 摆钢桁架桥杆件规格杆件截面号形状规格端斜杆1工字形4004001616上下弦2工字形4004001212横向连接梁2工字形4004001212其他腹杆3工字形4

58、003001212霸所用材料属性如下佰表：蔼表拜6八-瓣3盎 背材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX2.110113.51010泊松比PRXY0.30.1667密度DENS78502500矮6哀.3.板2岸懊GU俺I凹操作方法1.创建物理环境爸1安）过滤图形界面：阿GU翱I傲：Main Men盎u Prefe霸rences把，弹坝出暗“澳Preferen澳ces俺 for GUI把 Filteri佰n把g哀”稗对话框，选邦中安“氨Structur埃al埃”矮来对后面的分析进蔼行菜单及相应的图啊形界面过滤。碍2跋）定义工作标题：拜GU摆I阿：凹Utility 拔Menu Fi八le 芭Change

59、 T靶itl扳e，在弹出的对话框中输佰入袄“艾Truss Br澳idge 艾Static A熬nalysi拜s懊”柏，单挨击爸“凹O皑K爱”叭。如图斑6-16笆（皑a艾）搬。指定工作名：翱GU挨I拌：颁Utility 案Menu Fi碍le 昂Change J拌obnam捌e疤，弹出一个对话框敖，翱在按“埃Enter ne伴w Nam坝e哀”般后面输半入暗“哎Structur叭al昂”扳，碍“颁New log 耙and erro按r file绊s板”邦选扮择爱ye半s安，斑单皑击艾“澳O俺K般”巴。白如图扳6-16傲（哎b芭）阿。笆图稗6-16爱（熬a白）敖 八定义工作标题叭图隘6-16叭（靶

60、b拌）耙 袄指定工作名耙3肮）定义单元类型和跋选项：拌GU疤I柏：翱Main Men笆u Prepr板ocessor爸 Element懊 Type A阿dd/Edit/爸Delete邦，弹凹出暗“碍Element 癌Type鞍s挨”安单元类型对话框，盎单傲击埃“爸Ad靶d熬”暗按钮，弹拜出霸“柏Library 颁of Eleme耙nt Type笆s班”哎单元类型库对话框懊。在该对话框左面氨滚动栏中选般择哀“瓣Structur疤al Beam柏”搬，在右边的滚动栏爱中选矮择叭“皑3D elast凹ic 百4瓣”癌，单扒击八“板O把k鞍”爸，定义癌了熬“ HYPERLINK mk:MSITStor