基于ANSYS-的連續(xù)剛構(gòu)橋研究分析(操作篇-)

1、基于ANSYS的連續(xù)剛構(gòu)橋分析（操作篇-）作者: 日期:22一、工程背景 二、工程模型 三、ANSYS分析（一）前處理(1)定義單元類型疋義材料屬性建立工程簡(jiǎn)化模型有限兀網(wǎng)格劃分（二）模態(tài)分析(1)選擇求解類型建立邊界條件輸出設(shè)置求解讀取結(jié)果結(jié)果分析（三）結(jié)構(gòu)試驗(yàn)載荷分析第二跨跨中模擬車載分析 邊跨跨中模擬車載分析10四、結(jié)果分析與強(qiáng)度校核（一）結(jié)果分析101011（ 二）簡(jiǎn)單強(qiáng)度校核參考文獻(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)橋分析、工程背景:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笠膊粩嗵岣撸桓咚俾?，高鐵線等遍布全國(guó)，這就免不了要架橋修路。截至2014年年底，我國(guó)公路橋梁總數(shù)已達(dá)75.71萬(wàn)座，4257.89萬(wàn)延米i。進(jìn)

2、百萬(wàn)的橋梁屹立在我國(guó)交通線上，其安全便是 頭等大事。隨著交通運(yùn)輸線的再擴(kuò)大，連續(xù)剛構(gòu)橋跨越能力大，施工難度小, 行車舒順，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)將被廣泛應(yīng)用。二、工程模型:現(xiàn)有某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋梁全長(zhǎng)為184m寬13m其中車行道寬11.5m,兩側(cè)防撞欄桿各0.75m主梁采用C50混凝土。橋梁設(shè)計(jì)載荷為公路一 -級(jí)。圖2-1橋梁側(cè)立面圖上部結(jié)構(gòu)為48m+88m+48三跨預(yù)應(yīng)力混凝土邊界面連續(xù)箱梁。箱梁為單箱 雙室箱形截面，箱梁根部高5m中跨梁高2.2m,邊跨梁端高2.2m。箱梁頂板寬12.7m,底板寬8.7m,翼緣板懸臂長(zhǎng)2.0m，箱梁高度從距墩中心3.0m處到跨中合龍段處按二次拋物

3、線變化。0號(hào)至3號(hào)塊長(zhǎng)3(4x3m),4、5號(hào)塊長(zhǎng)3.5m(2x3.5m)，6號(hào)塊到合龍段長(zhǎng)4m(6x4m),合龍段長(zhǎng)2m邊跨端部設(shè)1.5m橫隔板，墩頂0號(hào)塊設(shè)兩道厚1.2m橫隔板。0號(hào)塊范圍內(nèi)箱梁底板厚度為0.90m, 1號(hào)塊范圍內(nèi)底板厚度由0.90m線性變化到0.557m, 2號(hào)塊到合龍段范圍內(nèi)底板厚度由0.557m線性變化到0.3m。全橋頂板厚度為0.3m。0到5號(hào)塊范圍內(nèi)腹板厚度為0.6m,6至7號(hào)塊范圍內(nèi)腹板厚度由0.60m線性變化到0.40m, 8號(hào)塊到合龍段范圍內(nèi)夫板厚度為0.4m。下部結(jié)構(gòu)橋采用C50混凝土雙薄壁墩，橫向?qū)?.7m,厚1.2m,高25m雙壁間設(shè)系梁，下設(shè)10mX

4、10mi形承臺(tái)，厚3.0m。"圖2-2主梁縱拋面圖圖2-3箱梁截面圖三、ANSYS析:(一) 前處理(1) 定義單元類型Mai n MenuPrep rocessor Eleme nt Type Add/Edit/Delete. 選擇Solid45 單元;(2) 定義材料屬性Main Menu Material Props Material Models.依次選擇 StructuralLin ear Elastic Isotro pic建立材料模型 C50 混凝土的EX=3.45e10;PRXY=0.2;再打開(kāi) Structural Density 設(shè)置 C50混凝土的密度Densi

5、ty=2600。iii(3) 建立工程簡(jiǎn)化模型建立0號(hào)塊:Main MenuPrep rocessor Modeli ng Create Keypoints In ActiveCS.在對(duì)話框中輸入0號(hào)塊半截面的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)1(0,0,0);；7(0,-5,0); 8(0,-5,4.35)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)9(0,-5+090.3); 10(0,-5+0.9,4.35-0.6)Main MenuPrep rocessor Modeli ng Cr

6、eate Lines Lines /Straight Li ne順次連接關(guān)鍵點(diǎn) 1,2,3,4,7,8,1;6,7,9,10,6Main MenuPreprocessor Modeling Create Lines / Line Fillet 分別選中箱梁內(nèi)部四個(gè)四個(gè)直角需要倒角的直線以0.3的半徑倒圓角；并在翼緣板根部以0.1的半徑倒圓角，再連接翼緣邊線下點(diǎn)與魚倒圓角的下點(diǎn)，使翼緣板呈一定傾角，再次在翼緣板根部以 0.2的半徑倒圓角。Main MenuPreprocessor Modeling Create AreasArbitrary / ByLines分別拾取箱梁截面的內(nèi)外輪廓線建立兩個(gè)

7、平面。Mai n MenuPrep rocessor Modeli ng Op erate Boolea nsSubtract / Areas，先拾取面積大的平面 Ok后拾取另一平面最后確定，到此建立了0號(hào)塊半截面。打開(kāi)工作平面并激活工作平面，打開(kāi)工作平面助手（Offset WP）將工作平面移動(dòng)到x=-3處。重復(fù)上述建模過(guò)程，建立 0號(hào)塊另一截面，Mai n MenuPrep rocessor Modeling Create Lines Lines / Straight Line 依次連接對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；MainMenuPreprocessor Modeling Create AreasArbitr

8、aryBy Lines 依次建立0號(hào)塊各個(gè)面。Mai n MenuPrep rocessor Modeli ng Create volunm es Arbitrary / By Areas點(diǎn)擊Pick All 建立0號(hào)塊。建立主梁底面:用工作平面助手將工作平面移動(dòng)到11號(hào)塊便截底線中心(x=-33-3-1,y=-2.2，z=0);Main MenuPrep rocessor Modeli ng Create Keypoints In ActiveCS.在對(duì)話框中輸入主梁中心底線關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo) （x=x+4,54,23.5,33;y=-(5-2.2)*x*x/4/4;z=0)。Main MenuPr

9、ep rocessor Modeli ng Create Lines Sp li nes /Sp li nes thru KPs, 依次連接各點(diǎn)。Main Menu Preprocessor Modeling Copy/ Lines 復(fù)制主梁底面中心線到邊線位置（z=4.35 ）。Main MenuPrep rocessor Modeli ng Create Lines Lines /Straight Line 連接11號(hào)塊截面底線。Main MenuPreprocessor Modeling Create AreasArbitrary / ByLines建立主梁底面。建立1號(hào)塊:將工作平面移

10、動(dòng)到整體坐標(biāo)系，再移動(dòng)到1號(hào)塊另一截面（x=-6）,將工作平面繞丫軸旋轉(zhuǎn)90度。Main MenuPrep rocessor Modeli ng Op erate Boolea nsDivide /Area by WrkPlane,拾取主梁底面，分離出 1號(hào)塊底面。Utility Menu Select Entities 用 By Location Z coordinates(mi n=0,max=3)選出1號(hào)塊范圍內(nèi)的點(diǎn)、線、面。仿照建立0號(hào)塊的過(guò)程建立1號(hào)塊;仿照建立1號(hào)塊的過(guò)程建立其余箱梁塊。建立橋墩:將工作平面移動(dòng)到0號(hào)塊底面中心角點(diǎn)（方向與整體坐標(biāo)系一致）；在0號(hào) 塊底面建立 1.2

11、x4.35 的矩形面；Main MenuPreprocessor Modeling Op erate Extrude Areas/ By XYZ Offset，將所建立的矩形向 丫軸負(fù)方向拉伸 25m（ y=-25）。將工作平面移動(dòng)到橋墩右邊面邊線中點(diǎn)，Mai n MenuPrep rocessorModeling Volumes Block By Dimensions，建立一個(gè) 2.8x2x4.35m3 的矩形 塊系梁。將工作平面移動(dòng)到橋墩底面角點(diǎn)，建立5x5x3mA3的矩形塊承臺(tái)。在需要倒角處建立倒角平面，并由面圍成體。建立1/4橋模型:將工作平面移動(dòng)到整體坐標(biāo)系上；以 X平面鏡像所有體生

12、成中跨。將中跨 11號(hào)塊截面拉伸1m 將邊跨11號(hào)截面拉伸2+0.96+0.54+1.44m。第6頁(yè)共11頁(yè)全橋三維立體圖圖3-2、血3皿屮-7 $:#- -：7':】二:.：.、41-"、xun三=-壬亠科 -"id站J¥亠 A 八-.-U*圖3-1 1/4 橋梁三維模型圖(4) 有限元網(wǎng)格劃分Mai n MenuPrepo rcessor Mesh ingMesh Tool.在 Size Control 中的Global Set總體單元尺寸定為 0.5 ;在Mesh中選擇Volunmes, Shape設(shè)置為HexSweeps Auto Src/Trg對(duì)

13、主梁1號(hào)塊到合龍段進(jìn)行網(wǎng)格劃分；對(duì)分割后的墩柱進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，對(duì)剩下的0號(hào)塊和橋墩承臺(tái)、系梁等用自由網(wǎng)格劃分。ELEMENT?AMSYSNOV 2D zeit15;OT：4e(J1 IS-IbJTi WUXjnqpenq 02130865圖3-3 1/4 橋網(wǎng)格三維立體圖(二) 模態(tài)分析(1) 選擇求解類型Main Menuf Solution f Analysis Type f New Analysis 選擇 Modal。單擊OK按鈕退出。然后執(zhí)行 Ma in Me nuf Solution f An alysis Type f An alysisOp tio ns，打開(kāi)模態(tài)分析選項(xiàng)設(shè)置對(duì)

14、話框，選擇 Subs pace (字空間法)，設(shè)置擴(kuò)展模態(tài)數(shù)為10，其它保持默認(rèn)設(shè)置。(2) 建立邊界條件將工作平面移動(dòng)到整體坐標(biāo)系，選出對(duì)稱截面(z=0)Main Menu Solution f Define Loads f Apply f Structural f Displacement f Aymmmetry B.C.f/ OnAreas，單擊 Pick All 。將工作平面移動(dòng)到橋墩承臺(tái)底面，選擇出承臺(tái)底面，執(zhí)行Main MenufSolution f Define Loads f Apply f Structural f Displacement f/ On Areas，約束底面所

15、有自由度。將工作平面移動(dòng)到邊跨底面，選出底面0到1.5m內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行MainMenif Solution f Define Loads f Apply f Structural f DispIacement f/ OnNodes,約束節(jié)點(diǎn)UY。(3) 輸出設(shè)置執(zhí)行 Mai n Me nif Solution f Load Ste p Opts f Out put Ctrrls f DB/ResultsFile設(shè)置輸出所有結(jié)果。執(zhí)行 Main Menuf Solution f Load Step Opts f ExpansionPassf SingleExpand確認(rèn)擴(kuò)展模態(tài)數(shù)。(4)求解

16、保存設(shè)置，執(zhí)行 Main MenuSolution f Solvef Current LS 求解。(5) 讀取結(jié)果第7頁(yè)共11頁(yè)執(zhí)行 Main MenuGeneral PostprocRead Results By Pick 讀取各階橋梁振型。執(zhí)行 Main Menu General Postproc Plot Results Cotour Plot NodalSolu。讀取 Nolal DOF Solution Diaplacement vector sum察看各階振型。1 A 駐 5 :-二 寥；|1吭7=；丄.訃八L%亦応61|5 口丄:皿二2 Lu''S4LLehi r

17、Z: jEE Eki-HI"1 1 1J.15SLLt11 1 .hi用LL1負(fù)r < softL4kLDa6t.O3L0<L6i.iitQ1?FP冷gLe£L1沖】W0LIQPPM圖3-4橋梁前10階頻率圖3-5全橋一階振型I IMatill-' Hje / I V J圖3-6半橋第二階振型圖3-7全橋第四階振型rr: p如第8頁(yè)共11頁(yè)圖3-8全橋第七階振型圖3-9半橋第八階振型I' '' H 7-"ly 知El-+J-IZ" *3OLM-iLriTTMT : hW-( -圖3-11全橋第十階振型C圖3-1

18、0全橋第九階振型（6）結(jié)果分析有ansys模態(tài)分析結(jié)果顯示，全橋前幾階固有頻率都比較小，振型呈一定 規(guī)律；奇數(shù)階振動(dòng)主要發(fā)生在橋梁橫向，位移較大點(diǎn)主要集中在橋墩中點(diǎn)截面（系梁處）；偶數(shù)階振動(dòng)主要發(fā)生在主梁，位移最大主要集中在邊跨、中跨合龍 段，這些地方距離橋墩約束較遠(yuǎn)，為了減輕自重，箱梁厚度也較小，所以位移 較大也不難理解。另外，模態(tài)分析結(jié)果顯示，橋梁的前十階振型最大位移量均 不超過(guò)2mm橋梁結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。（三）結(jié)構(gòu)試驗(yàn)載荷分析橋梁靜載試驗(yàn)荷載采用汽車加載。本試驗(yàn)加載用車為大型載重汽車，其中 單輛車總重為480kN （前軸重80kN,后軸重160kN,前中軸距為3.5m，中后軸距 為 1.3m

19、） 0 iv（1）第二跨跨中模擬車載分析選擇求解類型為靜態(tài)分析，建立與模態(tài)分析相同的邊界條件；然后，選擇 出中跨 11 號(hào)塊和合龍段，執(zhí)行 Ma in Me nu Solution Define Loads ApplyForce/Moment/ OnNodes模擬雙車道車距5m大型載重汽車荷載，其中單輛車總重為480kN前軸重80kN,后軸重160kN,前中軸距為3.5m,中后軸距為1.3m）該模型為半橋?qū)ΨQ模型，雙車道。如圖3-11 :第9頁(yè)共11頁(yè)圖3-12半橋中跨車載保存設(shè)置，執(zhí)行 Main Menu Solution f Solve f Current LS 求解。讀取結(jié)果，查看車載下

20、位移、應(yīng)力圖。"rf :廠-«cr r RUB-.aaifl JIE- r圖3-13全橋中跨模擬車載變形圖圖3-14全橋中跨模擬車載應(yīng)變圖第10頁(yè)共11頁(yè)/SNSYS.=iTZP=l3U3 =1、燉總i屯命、3E(jir壽k3HKlKMH =1333、dHx unwiJ0豬和已d冏E+cn"?；ㄉ接喥瑳_47230.22Jt*07.312t4-fl7一劉 lE+Eg；l-13-2fcaiL wuxingpriq OilAJaCEa圖3-15全橋中跨模擬車載應(yīng)力圖（2）邊跨跨中模擬車載分析執(zhí)行 Main MenuSolution選擇求解類型為靜態(tài)分析，建立與模態(tài)分析相同的邊界條件；然后執(zhí)行,Define LoadsApply Force/Moment/ OnNodes模擬雙車道車距5m大型載重汽車荷載，其中單輛車總重為480kN（前軸重80kN,后軸重160kN,前中軸距為3.5m,中后軸距為1.3m）該模型為半橋?qū)ΨQ模型，雙車道；每條車道模擬兩輛大型載重汽車，且反向（使中跨受力最大） 保存設(shè)置，執(zhí)行 Main Menu Solution Solve Current LS 求解。讀取結(jié)果,查看車載下位移、應(yīng)力圖。第14頁(yè)共11頁(yè)mu筈吳圖3-16全橋邊跨中跨模擬車載圖圖3-17全橋邊跨跨