Ansys悬索拱桥的谐响应及地震响应分析

悬索拱桥的谐响应及地震谱响应分析

1.问题描述：

悬索拱桥除了承受风载、地震载荷外，更多的面临是车辆载荷的作用。山于共

振引起的桥梁坍塌事故过去和现在都有发生，因此，根据动态分析的结果，对悬索

拱桥结构进行直接的动态性能评估具有一定的指导意义。本文将先进行悬索拱桥的

谐响应分析，确定悬索拱桥在单位简谐载荷作用下的结构响应，然后将在桥体侧向

加地震谱，确定该桥体的结构响应。所选悬索拱桥长140m,桥墩高10m,悬索最高点

距桥面的距离为20mo桥面采用混凝土材料，桥身框架采用钢材。

2.建模过程

1）定义工作文件名和工作标题

设定匚作文件名为BRIDGEHARMONICANALYSIS,图形标题为BRIDGE

HARMONICANALYSIS.

2）定义单元类型

本分析尊果用三冷墓元於St桥体叔策济使用BCAM4・元.后面轿使用SHELLW单元.UNKIOMx.■他30下：

DcnnodVyp-«:

TOIB£AM4

图i单元类型泄义

3）定义单元实常数

定义三组实常数。其中一卖常

RICcnnUrt$eiNo.

2

CrofcuacxbnalA应人0^14

IrrUlISTRN

OK|Apply|1

EHlereTypeW|

L•IComtareS-1Nou

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mAMAankUA-<hADC*xACAddftdNMADM5UA

・I卬内I

图2单元实常数左义

4）定义材料参数

整体模型采用两种材料：桥身框架采用钢材，弹性模量EX=2.0X10]1PN泊

松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/m3；桥面采用混凝土，弹性模量EX=3.0X

lO^Pi,泊松比PRXY=0.2,密度DENS=5000kg/m3o

5）创建关键点

山于桥体具有对称性，首先创建单侧的关键点，然后通过平移复制得到另一侧的关

键点、所有关键点创建完成后如下图：

TownreAN

XG，，QUi*«3

图3关键点左义

6）创建桥体框架

连接相应关键点，建立桥体模型框架结

构，结果如下图：

luasn-PE/MV

OTM(KC13W1

I9iA2:M

7）创建桥面

整个桥面山9块平面组成,创建完成后如下图:

loisrs

MC132011

13:46:33

图5桥体几何模型

至此，整个悬索拱桥的儿何模型已经创建完毕。

8）划分网格

根据模型的特点和使用的材料情况，采用人

工分网，桥体框架采用BEAM4单元、1号实

常数和1号材料，网格大小指定为2,划分网

格前需要选定相应的桥体框架直线，桥面

上的8根悬索采用LINK10单元、2号实常数

和1号材料，网格指定大小为1，桥面采用

SHELL63单元、3号实常数和2号材料，网

格大小指定为2。划分结果如下图：

sizarsAN

«C1)2011

植图施胡⑪的电檄飒中8号噩如1H中VALUE文本框中输入0,单击OK庚钮，采取同样的方法在桥面两端的

AIM

DCCZ91：

1，“5门：

BRIXEHARMONICAXALYSB

图9位移约束:

5）施加载荷

在图形中选择节点5和节点25,载荷方向选择FY,载荷实部输入I,虚部为0,单

击OK按钮。

至此，所有边界条件加载完毕。

6）谐响应求解

执行SolveCurrentLoadStep对话框，求解谐响应结果，完成后推出求解

器。

7）观察结果

定义Y-Compent

of

displacement变

量名取为UY-1,

在图形窗口拾取

左侧悬索和桥

面连接处的节

点，同理，选取

中间悬索和桥面

连接处的节点Y

方向定义位移

为Y・2.在Time

History

对话

AKFUTWWtVariables

阻2框中显示图形窗

口变量UY-1和

UY-2随频率的

变化曲线。

/V1M

DECL32011

17:56:49

图10桥面挠度响应曲线

4.地震载荷响应

1）计算模态解

进入ansys求解

器，设置分析类型

为Modal,模态提取Bbc*lancxo*rPCGUnsas1'Reduced

方法采用BlockDamp<»dORDam|Md

Tnsccc-tS-HU就(力Supomodo

No.ofmod"io<w*ci

81

(muctbe(pocifkdfordlmM»odt”"cop。theR'duc.dmathad)

:MXPANO)<pdmo4tn

9Vat

WOOENonx>d-Btovipsnd

UMOOENomod-BlovipandMI

rNo

1UMPM]Ufeapp^w?

rNorNO

Wind

图11模态分析选项设宜

2）谱分析求解

重新进入ansys求解器，设置分析类型为

SpectrumAnalysis中设置谱分析类型为Single-ptresp,模

态求解数设为10。激励谱类型为Seismicdisplac,激励方向

为0、1.0,单击0K按钮。定义激励谱曲线，结果如下图：

[FREQ]FrequencyTabic

Enterupto20valuesofFrequency

FREQ1

FREQ2

FREQ3

FREO4

图，3谱值设置对话框

定义完成后进行谱分析求解，求解完成后推出求解器。

3）模态合并

设置模态合并方法为CQC,在significant文本框输入0.01,输出类型为

Displacemen1，单击0K按钮，进行模态合并求解，求解完成后退出求解器。

4）观察结果

起\通用舄虻定试取姑祟大件.UY方向救尊交手,如下0B：

9CWIIW

RSY3-S3LU

•m9n

.ioe£-16.红统76*°2E16.2）E-16“di”.巧g."，eME"U

阳伸hf以微静的羽蝌潴激励『x方向和z方向的变化情况，如卜图：

6/10

IEC142011

UX(AV7>

19153123

BS-IS-SCOJ

Ci>.06M01SWC

..06€€t7

图15桥体X方向位移变化情况

xoxxsxoncxfAN

XC142011