有限元分析報告

有限元分析報告班級：土木1204學號：19姓名：廖梟冰有限元分析報告班級： 土木1204學號：23姓名：梅雨辰混凝土上承式空腹式拱橋研究一引言本文通過SAP2000軟件，對混凝土上承式空腹式拱橋在上部車輛荷載作用下，各個部位的內(nèi)力和應力的分布進行分析，對強度和剛度進行校核，提出存在的問題，最后進行改良。工程實例圖模型三維圖二模型尺寸及構(gòu)件截面該拱橋總跨度L=80m,高H=20m,寬度10m，分為五個構(gòu)件1拱肋：一段圓弧線，水平投影長度80m,采用箱型截面，高1.6m,寬2m，翼緣厚度0.22m,腹板厚度0.15m2主梁：長80m,采用箱型截面，高6m,寬2m,翼緣厚度1.1m,腹板厚度0.55m3立柱：拱橋與主梁的之間的豎向構(gòu)件，采用矩形截面，長寬均為1.2m，分別在橋的每隔10m布置1根4橫系梁：拱肋之間的橫向構(gòu)件，采用矩形截面，高0.6m,寬0.4m5橋面：長80m,寬10m,厚度為0.6m,保護層厚度30mm三材料定義所有構(gòu)件均采用C50混凝土，配置鋼筋，抗壓強度,彈性模量四計算模型假設與簡化=1\*GB2⑴由于拱肋，主梁，立柱，橫系梁長度遠大于寬度及高度，將其定義為桿件單元。=2\*GB2⑵由于橋面的厚度遠小于其長度和寬度，將其定義為平面厚殼單元。=3\*GB2⑶圓弧拱肋采用在圓弧線上取點，用折線桿件進行逼近。=4\*GB2⑷由于拱肋伸入橋臺或橋墩，位移和轉(zhuǎn)角均被束縛，兩端采用固定端約束，形成無鉸拱模型。=5\*GB2⑸由于主梁支撐在剛度較其大的多的橋臺或橋墩上，又考慮到主梁長度方向的熱脹冷縮，將其一端定義為固定鉸支座，另一端定義為輥軸支座。=6\*GB2⑹由于工程實際多采用混凝土現(xiàn)澆工藝，所有構(gòu)件的連接處視為剛接=7\*GB2⑺由于拱頂與主梁之間的混凝土的厚度較小，可忽略這局部混凝土，讓拱頂與主梁直接接觸。=8\*GB2⑻由于橋面的重量較其它桿件大得多，故只考慮橋面的重量。=9\*GB2⑼計算車輛對橋面的荷載時，不考慮車輛的具體尺寸，將其定義為均布荷載加在橋面上。五模型受力分析在橋面上施加標準規(guī)定的的公路一級荷載，來模擬車輛對橋的壓力。六結(jié)果展示〔分析與校核〕1強度分析橋面單元橋面彎矩圖橋面內(nèi)力主要為彎矩，從彎矩圖可以看出橋面的彎矩由中間向兩邊逐漸減小，從中間的正值〔下側(cè)受拉〕，到橋面邊緣出現(xiàn)負值〔上側(cè)受拉〕，其受力特點與框架梁受均布荷載類似，由于橋面與梁剛接，橋面可看成無數(shù)沿橫向布置的框架梁拼成的。橋面應力色譜圖應力的分布與彎矩大致相同，更加驗證了彎矩是橋面板的主要內(nèi)力，最大壓應力在橋面中間，，最大拉應力出現(xiàn)在橋面邊緣，混凝土處于開裂工作狀態(tài)，拉力由鋼筋承當，橋面板的強度符合要求。桿件單元彎矩豎向平面彎矩圖M3〔正立面〕從圖中可以明顯看出主梁所承受的彎矩遠遠大于拱肋與立柱，彎矩最大出現(xiàn)在邊緣的立柱處，其主要原因是由于梁左端固定鉸支座限制向下的位移，靠近左端的立柱，支撐在拱上，與拱一起下沉，產(chǎn)生較大的相對的位移，使梁下部受拉，產(chǎn)生較大的彎矩，由于梁的跨高比,由彎矩產(chǎn)生的最大正應力可由材料力學彎曲正應力公式,箱型梁的,,,混凝土處于帶裂縫工作階段，拉應力由鋼筋承受，至于由剪力產(chǎn)生的切應力，根據(jù)工程實際需要配置密集的箍筋，一般總能滿足強度要求。桿件單元軸力軸力圖承受軸力的構(gòu)件以拱圈為主，其次是立柱，主梁和橫系梁可以忽略不計，立柱的軸力分布大致比擬均勻，而拱那么極不均勻，從拱頂?shù)焦暗纵S力呈逐漸增大的趨勢,在支座處軸力最大，取任意截面，上面分布軸力，剪力與彎矩，沿水平方向建立平衡方程，設拱的任意一點的切線與水平方向的夾角為，(為拱腳水平推力〕，由于，所以,從拱頂?shù)焦暗?，?逐漸增大，因此逐漸增大。,為了更好地展現(xiàn)拱圈的彎矩分布，取拱圈的一跨，將立柱上與拱圈接觸的軸力近似當做集中荷載加在拱圈與立柱接觸處，即近似將立柱其當做二力桿。等效結(jié)構(gòu)圖此時，等效結(jié)構(gòu)合理拱圈的彎矩圖,受彎應力，,,,因此強度合格。2剛度分析Z方向位移色譜圖從圖中可以看出橋面正中間位移最大，沿長度和寬度方向逐漸減小，橋面最大位移,剛度符合要求。六模型存在的問題及優(yōu)化方案存在的問題=1\*GB3①從受力結(jié)果來看，主梁靠近支座的立柱附近彎矩過大，如何減小其彎矩。=2\*GB3②拱圈所受的彎矩過大，如何減小其彎矩。優(yōu)化方案針對問題=1\*GB3①，在實際工程中，越靠近支座，立柱應間距越小，安置越密集，將力有效地傳給下面的拱圈，從而減小彎矩，或者為了經(jīng)濟性將梁做成變截面的，越靠近支座，截面越大?？梢钥吹絾栴}一的將梁力引到拱圈上，無疑是進一步加大拱圈的彎矩，為了節(jié)省材料，應從拱的軸線的合理性考慮，拱的最合理的軸線應該是只有軸力，沒有彎矩的狀態(tài)，從上面的分析可以看出圓弧線是受力不太合理的拱軸線，為了使拱圈減小彎矩，應換一種軸線形式。下面保存原拱軸線上支座處的兩點，以及拱頂上的點，以原對稱軸為軸做一條拋物線，和上面做拱圈的彎矩圖一樣，在拱圈與立柱交接處以立柱的軸力作為集中力加在上面，拋物線坐標