混凝土宽箱梁桥实体仿真分析

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郑伟北京迈达斯技术有限公司混凝土宽箱梁桥实体仿真分析目

录1234建网边查立格界看实划荷结体分载果前言部分案

例

图

纸FEA

建

模

思

路分析结果

内力

应力

变形

反力刚

度

边

界荷

载材料、截面、节点单元

外部边界、内部边界自重、二期预应力荷载

收缩徐变

温度荷载支座沉降移动荷载设计结果承载能力正常使用弹性阶段建模流程PSC

RC施工成桥求解前处理后处理验算具体流程前言部分几

何

体

的

组

成

思

路1）外轮廓3）混凝土箱室4）钢束2）内轮廓前言部分操

作

注

意

事

项操作前的注意事项：1、模型单位与导入DXF文件的单位不同，需要分别定义2、Ctrl+滑轮键，平移模型3、滑轮键，旋转模型4、操作上需要经常调整体坐标轴前言部分Ⅰ.

建

立

实

体Ⅰ.

建

模

流

程YZ（1，0，0）XZ（1，0，0）1）CAD中绘制桥梁布跨信息和变截面位置，文件类型另存为DXF

合并几何组一、

生

成

箱

梁

实

体2）导入支点截面线段有问题线段没问题沿纵桥向复制：1600,4500,15650,7000,2500,5000,17500,5000,2500,7000,15650,4500Ⅰ.

建

模

流

程3）导入跨中截面

沿纵桥向复制：9700,8450,21700,10300,

21700,

84504）扩展生成外轮廓实体

扩展：900005）放样生成内轮廓实体

放样：90000、镜像、复制功能6）布尔运算-差集

显示模式，仅线一、

生

成

箱

梁

实

体二、

生

成

钢

束

线

段Ⅰ.

建

模

流

程

为了简化建模工作，将N3等效为N41）将工作平面调整至YZ（1，0，0），导入DXF钢束线形取跨中断面，忽略平弯Ⅰ.

建

模

流

程2）设定斜腹板的工作平面，移动工作平面

>

三点3）建立矩形框，生成平面二、

生

成

钢

束

线

段Ⅰ.

建

模

流

程

4）投影，曲线到曲面5）生成所有钢束

斜腹板束先移动146mm，再复制194mm

中腹板束先移动90mm，再复制180mm

两排中腹板束，复制3755mm，复制2次，再镜像

二、

生

成

钢

束

线

段DXF导入FEA，为线框模式，需要在FEA中分解成线段，再合并为曲线若一次性合并有问题，可以分为几段来操作Ⅰ.

建

模

流

程

1）移动工作平面，导入支座辅助平面三、

印

刻

支

座

区

域2）印刻支座位置，印刻

>

曲线四、

分

割

实

体Ⅰ.

建

模

流

程

1）温度梯度的加载高度

析取顶板，复制-100，-300mm《15通规》条文4.3.12-32）沿各跨分界线、跨中分割

工作平面选择XZ（0，1，0），

通过矩形框生成辅助平面

15000mm，复制5次Ⅱ.

网

格

划

分Ⅱ.

网

格

划

分定

义

材

料

特

性位置截面面积/mm^2钢束1-15.2139-12-15.21668N1213-15.21807N349-15.21251N5定

义

单

元

属

性Civil只有材料，而FEA既有材料也有属性定义属性的目的，是将材料特性指定给不同的单元类型Ⅱ.

网

格

划

分1D

单

元

属

性

说

明1D桁架需要与实体单元共节点1D植入式桁架无需与实体单元共节点但必须保证线段在实体内部包裹1D钢束可以考虑预应力损失的植入式桁架1D梁可以考虑弯剪扭的1D桁架Ⅱ.

网

格

划

分Ⅱ.

网

格

划

分混

凝

土

3D

网

格

划

分

四面体单元：

1、对复杂几何适应性好

2、需要采用高阶单元，导致更大

的计算量

3、结果精度相对六面体差些

六面体单元：

1、需要较多时间进行几何简化切

割，生成网格时间长

2、计算规模相对小

3、结果精度更高内部线功能：3D实体与1D桁架单元同时划分，保证共节点1D植入式桁架/1D钢束无需考虑钢

筋

1D

网

格

划

分Ⅱ.

网

格

划

分N1、N2N3、N4N5Ⅲ.

边

界

荷

载支

座

的

模

拟

方

式典型连续梁桥-支座布置原则

保证梁体不能发生刚体位移

允许梁体沿横桥向、纵桥向自由变形单向可动支座

固定

支座双向可动支座单向可动支座双向可动支座单向可动支座双向可动支座单向可动支座检查边界条件的技巧：

可以查看仅自重作用下的结构弯矩和位移，

来判断边界条件是否模拟正确Ⅲ.

边

界

荷

载Ⅲ.

边

界

荷

载边

界

条

件

设

置Ⅲ.

边

界

荷

载边

界

条

件

设

置沿横桥向复制：5000mm，4次沿纵桥向复制：29400,30000,29400mm施

加

恒

载二期

P=24×0.18=4.32kN/m^2护栏

10kN/m，P=20kN/m^2Ⅲ.

边

界

荷

载

自重系数

-1.04注意切换单位Ⅲ.

边

界

荷

载张

拉

预

应

力

单端张拉需要打开钢束的单元坐标轴

i端为开始，j端为结束施

加

温

度

荷

载Ⅲ.

边

界

荷

载

整体升温梯度升温梯度降温，系数填-0.5《15通规》条文4.3.12-3Ⅲ.

边

界

荷

载定

义

移

动

荷

载Ⅲ.

边

界

荷

载

1）移动工作平面XY（0，0，1）

导入DXF文件，生成车道线位置

2）建立几何-节点定

义

移

动

荷

载

qk

=

-10.5

kN/m

Pk

=

2×(L0+130)/2

=

2×(30+130)/

2

=

160

kN-10.5-160各车道分开定义Ⅲ.

边

界

荷

载定

义

移

动

荷

载FEA第二跨跨中位移1.6447mmCivil

第二跨跨中位移1.6276mm（不考虑冲击系数）Ⅲ.

边

界

荷

载分

析

工

况

设

置务必将网格组、边界组、荷载组选择至右侧

类似于Civil的一次成桥的施工阶段Ⅳ.

结

果

查

看Ⅳ.

结

果

查

看结

果

成

分

说

明

位移网格作用力

支反力

1D钢束单元内力

1D钢束单元应力

3D实体单元应力Ⅳ.

结

果

查

看结

果

成

分

说

明平动位移转动位移平动合成位移位移网格作用力

如果在线荷载或面荷载等荷载类型下，可以看到外荷载转化成相应的节点荷载。Ⅳ.

结

果

查

看结

果

成

分

说

明支反力Ⅳ.

结

果

查

看

3D单元应力正应力剪应力主应力等效应力结

果

成

分

说

明

混凝土：

按照第一强度理论，验算主拉应力

这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力，无论什么应力状态，

只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb，材料就

要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是：σ1=σb、σb/s=[σ]，所以按第一强度理论建立的强度条件为：σ1≤[σ]。钢材：按照第四强度理论，验算Von

Mises有效应力这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素，无论什么应力状态，只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值，材料就要发生屈服破坏。所以按第四强度理论的强度条件为：

𝜎12

+

𝜎22

+

𝜎32

−

𝜎1𝜎2

−

𝜎2𝜎3

−

𝜎1𝜎3

≤

𝜎Ⅳ.

结

果

查

看丰

富

的

结

果

查

看

样

式勾选显示封闭部位不勾选显示封闭部位结果标记Ⅳ.

结

果

查

看丰

富

的

结

果

查

看

样

式线上图Ⅳ.

结

果

查

看正

截

面

抗

裂

验

算vⅣ.

结

果

查

看荷载组合：1.0x(自重+二期)+0.8x预应力+0.7x活载+0.8x温度梯度+1.0x其他作用注意：频遇组合不计冲击系数。v正

截

面

抗

裂

验

算

全预应力构件的正截面抗裂验算

采用频遇组合，注意对于现浇全预应

力构件，预应力需要折减0.8。Ⅳ.

结

果

查

看正

截

面

抗

裂

验

算等值面减，全预应力现浇构件Ⅳ.

结

果

查

看0.4×2.65=1.06Mpav斜

截

面

抗

裂

验

算

对于斜截面抗裂，依然采用频遇组合进行计算，预应力不需要折

v

以0.4倍的混凝土抗拉强

度标准值为验算标准。注意：结果中的荷载组合功能，