(完整word版)基于ANSYS的连续刚构桥分析(操作篇)

河南科技上中铁大桥局集团一公司张金辉路桥建设ROAD &BRIDGE C ONSTRUCTION大跨度桥梁的施工均采用分节段逐步完成的施工方法，其结构的最终形成，必须经历一个漫长而又复杂的施工过程以及结构体系转换过程。

施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容和直接依据。

现阶段施工控制中桥梁结构的计算方法主要包括：正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。

在大跨度桥梁结构的施工控制中，虽然这3种计算方法都能用于各种形式的桥梁结构分析，但由于不同形式的桥梁结构所采用的施工方法不同，因而每种计算方法对于不同形式的桥梁结构分析的侧重点不同，同时也有其特点。

一、现有的3种结构分析方法简述1.正装计算法（正算法）。

正装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好地拟合桥梁结构的实际施工历程，得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态。

这不仅可以用来指导桥梁的设计和施工，而且为桥梁的施工控制提供了依据。

同时，采用正装计算能较好地考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如结构的非线性问题和砼的收缩徐变问题。

正因为如此，正装计算法在桥梁的计算分析中占有重要位置。

对于各种形式的大跨度桥梁，要想了解其结构在各个阶段的位移和受力状态，都必须首先进行正装计算。

2.倒装计算法（倒拆法）。

倒装计算法是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为分析的。

倒装计算的目的就是要获得桥梁结构在各施工阶段理想的安装位置（主要指标高）和受力状态。

众所周知，一座大跨度桥梁的设计图，只给出了桥梁结构最终成桥状态的设计线型和设计标高，但是桥梁结构施工中间各状态的标高并没有明确给出。

要想得到桥梁结构施工初始状态和施工中间各阶段的理想状态，就要从设计图中给出的最终成桥状态开始，逐步倒拆计算来得到施工各阶段中间的理想状态和初始状态。

只有按照倒装计算出来的桥梁结构各阶段中间状态（主要指标高）去指导施工，才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。

连续刚构桥设计总结《连续刚构桥设计总结》做连续刚构桥设计这么久了，现在想想，真像是一场漫长又充满惊喜与挑战的旅程。

整体感受就是，连续刚构桥设计既复杂又有趣。

它就像一个巨大的拼图，每一块都得严丝合缝才能保证整个桥的稳固与有效运行。

在具体收获方面，结构计算是重中之重。

最开始的时候，我总是在计算荷载取值上犯迷糊。

就好比盖房子一样，不知道房子里要放多少东西，这个重量（荷载）取不准，后续的设计全都白搭。

后来我才明白，要严格按照规范来取值，而且不同地区的情况还不一样，像沿海地区要考虑台风荷载，地震频发地区得重视地震荷载。

对于梁体的应力计算也是相当复杂，应力过大就像身体承受过重的压力会崩溃一样，必须控制在合理范围内。

重要发现可不能不提梁高的确定。

这个梁高啊，不仅仅影响美观，更关键的是影响整个桥的力学性能。

刚开始我没有太重视，就是按照常规简单取值。

但是实际操作的时候发现，梁高稍微变动一点，梁体的弯矩、剪力等内力就有很大的变化。

这就像是多米诺骨牌一样，一个小小的参数变动引发那么多连锁反应。

所以说啊，梁高的确定一定要综合考虑各种因素，在美观、经济性和力学性能之间做好平衡。

反思起来呢，我觉得我过于依赖现成的经验和软件。

有时候看到别人类似的设计就想直接套用。

后来才知道这是很危险的做法。

每个桥的建设环境、要求都不同，就像每个人的体型、需求不同，不能直接穿别人的衣服。

要深刻理解基本原理，而不是被别人的成果牵着走。

也不能完全迷信软件，软件计算结果也需要自己去判断合理性。

总结启示就是，连续刚构桥设计没有捷径可走。

每一个数据、每一个结构部件的设计都需要反复权衡、试验。

就像一个厨师做菜，不能只看菜谱，得根据食材的具体情况、食客的口味喜好等调整烹饪方式。

在连续刚构桥设计中要重视每一个环节，坚持学习新的设计理念和方法，这样才能设计出安全、美观、经济的桥。

还有个点刚刚才想起来，关于桥梁的耐久性设计的。

如果在一开始设计的时候没有考虑周全，那后期维修的成本简直不可估量。

第一章工程简介1.1工程概况一、结构设计本工程为单线铁路刚桁架桥，铁路线穿过山区桁架桥跨越峡谷，设计桥梁为简支栓焊桁架桥。

整座桥梁主要由桁架构成的桥跨结构和桥墩、桥台组成，为下承式桥。

该桥的跨度为64m，两侧桥台为重力式，其桥跨的的布置及各种杆件的尺寸如图1所示：图1 桥跨的布置以及各种杆件的基本尺寸注：桥跨的单位为m，各种杆件的截面尺寸单位为mm；所有杆件皆为H型截面，所用钢材为16Mnq;图中1为上下弦杆，2为端斜杆，3为直腹杆，4为斜腹杆。

桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；本设计中上下弦杆，端斜杆，直腹杆杆，斜腹杆分别采用不同同的工字钢。

由于杆件本身长细比较大，虽然杆件之间的连接可能是“固接”，但是实际杆端弯矩一般都很小，因此，设计分析时可以简化为“铰接”。

简化计算时，杆件都是“二力杆”，只承受压力或者拉力，而不产生弯矩和剪力。

由于桥梁跨度较大，而单榀的桁架“平面外”的刚度较弱，因此，“平面外”需要设置支撑，设计桥梁时，“平面外”一般也是设计成桁架形式，这样，桥梁就形成双向都有很好刚度的整体。

有些桥梁桥面设置在上弦，因此力主要通过上弦传递；也有的桥面设置在下弦，由于平面外刚度的要求，上弦之间仍需要连接以减少上弦平面外计算长度。

桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小；而腹杆的受力主要在支座附件最大，在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。

二、施工方法设计采用拖拉法架设简支栓焊桁架桥，其施工步骤为：1.在桥头路基上布置滑道，其滑道的数量要进行计算确定；2.在滑道上拼装钢梁；3.按照牵引设备进行技术检查，合格后开始拖拉钢梁只预定的桥孔位置；4.钢梁降落就位。

技术检查内容包括:钢梁的拼装质量、钢梁的拱度是否满足设计要求；加固杆件的数量、位置和质量是否满足要求；钢梁的中心位置和标高、滑道的设置、牵引动力的配置情况、落梁的设备、信号和照明、施工流程及人身设备安全。

用ANSYS进行桥梁结构分析谢宝来华龙海引言：我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS，这两种软件均以平面杆系为计算内核，多用来解决平面问题。

近来偶然接触到ANSYS，发现其结构分析功能强大，现将一些研究心得写出来，并用一个很好的学习例子（空间钢管拱斜拉桥）作为引玉之砖，和同事们共同研究讨论，共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。

【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发，重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析，最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法，同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。

【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型一、基本概念有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。

真实系统有限元模型自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。

节点和单元1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。

2、作为一个整体，单元形成了整体结构的数学模型。

3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。

4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。

单元形函数1、FEA 仅仅求解节点处的DOF 值。

2、单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF 值到单元内所有点处DOF 值的计算方法。

3、因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。

4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。

5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。

6、DOF 值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。

7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs 推导出来的（如，结构应力，热梯度）。

!平面杆件结构静力分析!==========前处理==========FINISH !退出PREP7处理器/CLEAR !清除当前数据/Prep7 !进入prep7处理器!创建线，赋予线属性*DO,I,1,5,1 !连续定义5个单元类型参考号，单元类型为BEAM44ET,I,BEAM44*ENDDOET,6,Link8 !定义第6个单元类型参考号，单元类型为Link8KEYOPT,3,7,1 !定义单元左端绕Z轴角位移自由度释放类型号为3KEYOPT,5,8,1 !定义单元右端绕Z轴角位移自由度释放类型号为5MP,EX,1,200000000 !定义弹性模量MP,prxy,1,0.16 !定义泊松比MP,DENS,1,78 !定义单元容重K,1,77.7875,202.6708 !定义关键点K,2,88.1393,202.6708 !定义关键点K,3,98.4911,202.6708 !定义关键点K,4,108.843,202.6708 !定义关键点K,5,119.1948,202.6708 !定义关键点K,6,129.5466,202.6708 !定义关键点K,7,139.8984,202.6708 !定义关键点K,8,150.2503,202.6708 !定义关键点K,9,160.6021,202.6708 !定义关键点R,1,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,1,2 !连接两关键点为直线LATT,1,1,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,2,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,2,3 !连接两关键点为直线LATT,1,2,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,3,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,3,4 !连接两关键点为直线LATT,1,3,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,4,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,4,5 !连接两关键点为直线LATT,1,4,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,5,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,5,6 !连接两关键点为直线LATT,1,5,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,6,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,6,7 !连接两关键点为直线LATT,1,6,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,7,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,7,8 !连接两关键点为直线LATT,1,7,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型R,8,0.00485883,0.00022855,7.4E-6,0.144,0.4 !定义实常数LSEL,none !默认选前一线段L,8,9 !连接两关键点为直线LATT,1,8,1 !设置上面连接线的单元属性：包括材料属性、实常数及BEAM44单元类型!==========划分网格==========LSEL,ALL !选择所有线段LESIZE,ALL,,,1 !网格划分定义：一条线段一个单元LMESH,ALL !所有线段进行网格划分，形成单元!==========定义约束==========K,10,77.7875,202.6708 !定义关键点DK,10,UX,,,,UY,UZ !这是一个固定铰支座，节点的X、Y、Z三个方向的线位移被约束K,11,160.6021,202.6708 !定义关键点DK,11,UY,,,,UZ !这是一个竖向活动支座，Y向位移被约束，同时也约束了Z向的线位移!==========定义荷载==========SFBEAM,1,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,2,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,3,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,4,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,5,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,6,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,7,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载SFBEAM,8,2,PRES,50,50 !施加单元Y向线荷载NUMMRG,KP,0.005 !对所有关键点进行合并!以下为释放自由度ALLSEL,ALL !选择全部实体/SOLU !进入solu求解器SOLVE !结构力学求解计算/POST1 !进入后处理器PLDISP,1 !显示变形ETABLE,FXI,SMISC,1 !定义单元左端轴力表ETABLE,FXJ,SMISC,7 !定义单元右端轴力表ETABLE,FYI,SMISC,2 !定义单元左端Y向剪力表ETABLE,FYJ,SMISC,8 !定义单元右端Y向剪力表ETABLE,FZI,SMISC,3 !定义单元左端Z向剪力表ETABLE,FZJ,SMISC,9 !定义单元右端Z向剪力表ETABLE,MXI,SMISC,4 !定义单元左端绕X轴钮矩表ETABLE,MXJ,SMISC,10 !定义单元右端绕X轴钮矩表ETABLE,MYI,SMISC,5 !定义单元左端绕Y轴弯矩表ETABLE,MYJ,SMISC,11 !定义单元右端绕Y轴弯矩表ETABLE,MZI,SMISC,6 !定义单元左端绕Z轴弯矩表ETABLE,MZJ,SMISC,12 !定义单元右端绕Z轴弯矩表ETABLE,SMINI,NMISC,2ETABLE,SMINJ,NMISC,4PLLS,FXI,FXJ !显示轴力PLLS,FYI,FYJ !显示剪力PLLS,MXI,MXJ !显示扭矩PLLS,MYI,MYJ !显示绕Y轴的弯矩PLLS,SMINI,SMINJPLLS,MZI,MZJ !显示单元绕Z轴的弯矩SECTYPE, 1, BEAM, CSOLID SECOFFSET, CENTSECDATA,1。

４．２．５网格划分网格划分实际上就是结构离散化，即将结构离散为若干个具有有限个自由度的单元的集合体，并将分网前只具有结构几何特征的几何模型转变成结构的物理模型（有限元模型），物理模型就具有了与原结构相似的材料性能、力学特征等物理特性。

所谓的“相似”，是因为建立有限元模型时，总是要根据结构原型的力学特征采取一些假设条件进行简化处理。

所以，两者在一定精度范围内总是等效的或近似的，不可能完全一样。

在建立结构精细空间计算模型时，除满足上述原则外，尚有一个关键问题必须解决，即在进行单元的更详细划分时，如何把握一个合适的尺度。

因为不同精度的结构计算单元本身对单元的划分精细程度有不同的要求，目前学术界对这一问题还未给出定量的规定，仅给出了定性的原则：单元的划分不可过粗，这样不能保证足够的计算精度：一味的进行详细的单元划分也是不可取的，详细的单元划分将使计算单元数大幅增多，计算所需的计算机资源也将大大提高，当单元划分细到一定程度时，再进行细分单元对计算精度的提高效果已不很明显。

本文在对上述问题进行综合考虑后，通过扫略单元划分方法对其进行划分，网格划分完的有限元模型如图４—５所示，单元划分总数：２７９０７个，其中ｓｏｌｉｄ６５混凝士单元２２７３９个，ｌｉｎｋ８预应力钢筋单元５１６８个。

图４．５有限元模型网格划分４－３加载有限元分析的主要目的是考查结构或构件对一定荷载作用的响应。

因此，在分析中指定合适的荷载条件较为关键，在Ａｎｓｙｓ中，荷载包括边界条件和外部或内部作用力函数，荷载共分为六类：ＤＯＦ约束、力、表面荷载、体积荷载，惯性荷载。

在结构分析中这六类荷载依次表示为：位移和边界条件、力和力矩、压力、质量、重力加速度或角速度角加速度。

本文所涉及到的荷载主要有边界条件、质量、重力加速度、压力。

本文将悬臂施工的待浇段混凝土的重量作为面压力（表面荷载）作用于前一阶段刚浇注完成并张拉了预应力柬的节段上，预应力是作为实常数中以初始应变的形式给出，鉴于在实际施工过程中，它是施工工艺的一个重要环节、是实现悬臂施工方法的决定性荷载，所以在此仍然作为荷载形式加以说明。

ANSYS结构分析基础篇一、总体介绍进行有限元分析的基本流程：1.分析前的思考1)采用哪种分析静态,模态,动态...2)模型是零件还是装配件零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六面体网格采用零件,但零件间需定义bond接触3)单元类型选择线单元,面单元还是实体单元4)是否可以简化模型如镜像对称,轴对称2.预处理1)建立模型2)定义材料3)划分网格4)施加载荷及边界条件3.求解4.后处理1)查看结果位移,应力,应变,支反力2)根据标准规范评估结构的可靠性3)优化结构设计高阶篇：一、结构的离散化将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统;这一步要解决以下几个方面的问题:1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便;2、根据结构的特点,选择不同类型的单元;对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题;3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次;4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况;要考虑参数区间及确定最危险工况等问题;5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷;二、选择位移插值函数1、位移插值函数的要求在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式;位移插值函数需要满足相容协调条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足;但近年来有人提出了一些新的位移插值函数,如：三角函数、样条函数及双曲函数等,此时需要检查是否满足相容条件;2、位移插值函数的收敛性完备性要求：1 位移插值函数必须包含常应变状态;2位移插值函数必须包含刚体位移;3、复杂单元形函数的构造对于高阶复杂单元,利用节点处的位移连续性条件求解形函数,实际上是不可行的;因此在实际应用中更多的情况下是利用形函数的性质来构造形函数;形函数的性质：1相关节点处的值为 1,不相关节点处的值为 0;2形函数之和恒等于 1;这里我们称为的相关节点, 为的相关节点,其它点均为不相关节点;三、单元分析目的：计算单元弹性应变能和外力虚功;使用最小势能原理,需要计算结构势能,由弹性应变能和外力虚功两部分构成;结构已经被离散,弹性应变能可以由单元弹性应变能叠加得到,外力虚功中的体力、面力都是分布在单元上的,也可以采用叠加计算;2、计算单元外力功从前面推导可以看出：单元弹性应变能可计算的部分只有单元刚度矩阵,单元外力虚功可计算的部分只有单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量;在实际分析时并不需要进行上述推导,只需要将假定的位移插值函数代入本节推导得出的单元刚度矩阵、等效体力载荷向量和等效面力载荷向量的计算公式即可;所以我们说有限元分析的第三步是计算单元刚度矩阵、等效体力载荷向量和等效面力载荷向量;几点说明：1单元刚度矩阵具有正定性、奇异性和对称性三各重要特性;所谓正定性指所有对角线元素都是正数,其物理意义是位移方向与载荷方向一致；奇异性是说单元刚度矩阵不满秩是奇异矩阵,其物理意义是单元含有刚体位移；对称性是说单元刚度矩阵是对称矩阵,程序设计时可以充分利用;2按照本节公式计算的单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量称为一致载荷向量;实际分析时有时也采用静力学原理计算单元等效体力载荷向量和等效面力载荷向量,实际应用表明在大多数情况下,这样做可以简化计算,同时又基本上不影响分析结果;二、预处理总述1、实体分析可是3D或2D,3D分析采用的高阶单元SOLID186或SOLID187划分的四面体TET 或六面体HEX单元,2D分析采用的高阶单元的三角形TRI或四边形QUA单元,2D分析时需要在创建项目时在GEOMETRY的分析类型项选择2D,实体分析得每个节点结构上只有3个自由度,如下图所示2、面体分析几何上是2D但离散元是3D,通常面体厚度给予赋值;面体网格划分采用壳单元,具有6个自由度;3、线体几何上是1D,离散元是3D,截面形状可通过line body进行设置,线体网格划分采用梁单元,具有6个自由度;4、同个part下的所有body共享相交边界,网格划分时共用交界上的节点,不需要设置接触;5、NameSelection的使用技巧,在model模块下,可点击右键insert NameSelection,一般Nameselection的选择方法可用几何选取,直接在模型上鼠标点选;另一种实用的选取方法为Worksheet,可以添加多种条件进行筛选,模型划分网格后,可以精确到对每个单元的选取;三、网格划分1、relevance选项控制网格的精度,值在-100到100间,越小越粗糙,越大越精密;relevance center 控制relevance中间点的精度,element size控制整个模型的最大单元尺寸;2、网格的高级尺寸控制a)接近度和曲度结合控制b)曲度c)邻近度d)固定尺寸曲度对于一些含曲线特征的几何体,可以控制其划分网格的精密度邻近度可以控制某个区域两个邻近的几何特征间的网格划分密度2、网格的高级选项形状检测：标准力学-线性分析、模态和热分析进阶力学-大变形分析、材料的非线性分析3、局部网格划分控制Method 选择Automatic 首先若能SWEEP则选用sweep划分HEX网格,否则选用patchconforming划分TET网格;四面体TET网格划分有两种方法：patchconforming和patch independent;对于不能通过sweep得到六面体的几何体可以选用Hex dominant或者Multizone划分方法4、尺寸控制Sizing可以通过element size单元最大尺寸、Number of divisions每个边的单元数量、Sphere of influence控制影响区,可设置影响半径来调节网格划分尺寸;Contact sizing可设置接触面的尺寸;5、其他设置element refinement可设置选择几何体的网格密度加密倍数；mapped face meshing 可设置映射面生成结构化网格；可通过side、corner、end点的定义来设置映射策略;inflation control设置膨胀层,主要用于流体分析的边界层划分;pinch 可以移出一些不必要的小的几何特征,划分网格时可以去掉一些小的凸起部分;划分网格前有个小圆台采用pinch划分网格后没有凸台Master选择蓝色线,Slave选择红色线,tolerance的值要比凸台的高度大;6、虚拟拓扑的应用虚拟拓扑有助于优化几何模型,可以合并面,分割面或边来提高网格划分质量;虚拟拓扑可以自动控制虚拟拓扑合并面虚拟拓扑分割边虚拟拓扑设置：behavior可以设置拓扑搜寻深度;7、子模型的应用当原几何模型较大,网格数量有限,为了对模型局部进行更精确的计算分析,可以采用子模型;子模型的一般创建方法：先对整体模型项目A进行分析计算,然后copy原项目得到项目B,对项目B中几何进行切割细化网格,将项目A的solution栏拖到Setup栏,最好在B项目求解设置下的submodeling 插入边界条件,子模型的切割边界应远离高应力区;四、静力学分析线弹性静力分析假设：a)各向同性线弹性材料b)小变形理论c)无时间、无阻尼效应1、point mass,质量点可以通过坐标或选择几何面、线、点加载在几何体上,质量点只受Acceleration,Standard earth gravity,Rotational velocity影响;2、求解设置可设置求解步数,定义每步的终止时间,静力分析中的time只是一个跟踪量求解器选择：自动,直接求解Direct,迭代求解Iterative弱弹簧的使用：为了满足静止约束,程序可自动添加弱弹簧,可以在结果中查看弱弹簧的反力,应该是一个很小的值,并不影响结构的应力分析;惯性释放：当物体受力不平衡产生加速度时,利用惯性释放可以产生一个惯性力进行静力分析,惯性释放只能用于线性结构分析;惯性释放下的应力：静力平衡下的应力3、施加载荷加速度、角速度、压力、力,静水压力模拟水压轴承力Bearing Load,施加在整个圆柱面上;remote force定义力的作用点螺栓预紧力Bolt Pretension施加在圆柱面上,可以定义预紧力或伸长量;Thermal condition,计算热应力,需要设置reference temperature4、施加约束Fix support 约束点、线、面的所有自由度;Displacement 位移约束Elastic Support 无摩擦的弹性支持面Frictionless Support,约束面的法向运动,作用在平面上等同于对称边界条件作用在圆柱面上约束径向运动cylindrical support 只作用在圆柱面上,可以设轴向,径向,切向三个自由度compression only support 基于罚函数方法对目标面建立一个刚性接触面simply supported 作用于点或边,面体或线体,约束所有平动除了转动自由度Fixed rotation 约束转动,放开平动nodal load and support 必须通过name selection 来选取nodetools-Solve process settings可以设置求解用的计算机CPU数五、接触基本设置接触是一种高度非线性特征,接触一般通过接触对描述,包括接触面contact和目标面target,程序一共有5种接触方式,其主要特征如下：Bonded 和 no separation 都是线性接触,bonded使两个接触面固定在一起,无间隙不能相对滑动而no separation 允许有较小的滑动,其他接触都是非线性;contact 接触行为behavior分为对称和非对称两种行为;接触面的处理interface treatment：adjust to touch程序自动取消两个接触面的间隙; add offset 可以设置偏移量,正值使两个接触面靠近可以模拟过盈配合,负值使两个接触面远离;Pinball region 可以设置判断接触区域的大小,当两个面都进入pinball region时程序则判定为发生接触;mesh connections建立网格连接connection worksheet表格查看连接信息joint 定义约束副,共有九种约束形式来约束body-body 或者body-ground;定义joint时需要定义reference和mobile regions,几何窗口左边显示的自由度,其中灰色的是被约束的,彩色的是自由的joint configure可以定义约束的初始状态Set定义初设状态,revert恢复原始状态;对于旋转面或圆柱面的约束类型,可以定义扭转刚度和扭转阻尼;大多数joints都可以通过stops来定义他的运动区域spring and beam：spring可以通过弹簧来连接body,可以定义初始值和弹簧刚度,beam可以定义材料和圆形截面半径;六、remote边界条件1、Remote boundary conditions provide a means to apply a condition whose center of action is not located where the condition is scoped , “remotely”.Remote 边界条件包括 point mass,springs,joints,remote displacement,remote force and moment loads;所有的remote边界条件都是采用MPC约束方程进行计算,几何行为可以设置为rigid,deformable and coupled,remote计算更耗时;设置remote边界一般先定义remote point,可以直接选择几何特征或给定坐标定义,也可以在定义remote边界条件时通过右键“promote remote point”定义;2、behavior controlrigid,deformable and coupled3、pinball control 可以通过pinball大小来定义约束方程的数量4、constraint equations 可以多个remote point间的相互约束关系;七、MultiStep的设置应用1、对于多步分析中的每一步,软件都作为一个独立的分析过程,载荷约束都可以单独设置;对于某些载荷或约束可以通过右键激活或抑制该步当查看计算结果选择两个载荷步之间的时间节点时,如0与1步的,则程序通过线性插值的方式得到的计算结果;2、Solution Combination结果组合Solution Combination可以通过不同的计算环境共享几何网格进行组合Solution Combination也可以通过同一计算环境的不同载荷步进行组合八、模态分析自由振动其中K-刚度矩阵和M-质量矩阵是常量,忽略阻尼C和外力F,应用线弹性材料和小变形理论,结构可以是约束的或非约束的,φ为模态坐标是个相对量;1.结构载荷和热载荷步,非线性接触不适用于模态分析,但可以施加约束或预应力;2.可以定义求解阶数和频率范围;3.由于并没有外部激励,模态变形只是一个相对量,并且是一个质量归一化的量;4.拉伸预应力将会增大自然频率,而压缩预应力将会降低自然频率;九、稳态热分析1.不考虑瞬态影响,K和Q可以是常量也可以是温度的函数,可以施加固定温度的边界条件;壳单元不考虑厚度方向的温度变化,线单元不考虑截面上的温度变化;接触中热传递：如果接触是bonded或no separation,热传递将会发生在pinball区域内的表面热接触通过以下公式进行传热：TCC默认被设为一个较大的数值用来模拟完美传热,同样可以人为设置较低的数值来模拟热阻;2.边界条件heat flow 热流量j/s,可应用于点、线、面heat flux 热通量j/m2/s,只能应用于面2D时可用于线internal heat generation 热源j/m3/s 只能用于实体perfectly insulated 绝热,默认应用于所有未设置边界条件的地方temperature 恒定温度,应用于点、线、面、实体convection 对流只能应用于面,其中h-对流传热系数,Tam-环境温度,用户可以自己设置;radiation 热辐射其中σ-玻尔兹曼常数,程序自动给定；ε-发射率,用户输入;F-form factor角系数,当correlation设为To ambient-F=1,即所有的辐射能都与周围环境进行交换当correlation设为 surface to surface ,辐射能只参与面面之间的交换,这时你可以设置Enclosure每个辐射面应该设置相同的enclosure number和Enclosure type可设为open 或perfect,如果计算报错可将其设为open;十、结果处理1.编辑legendPlane可以通过鼠标左键拖曳生产剖切面,也可以通过局部坐标系的XY平面生产剖切面 Tool 可以通过Geometry selection查看选择几何特征的计算结果,也可以先定义一个局部坐标系,再通过coordinate system查看具体某点局部坐标系的原点的计算结果;chart and Table可以对多个计算结果进行图表分析,Alert可以设置报警值,如强度极限;Geometry可以添加path和surface,path可以通过局部坐标系,边,点来定义,surface可以通过局部坐标系定义;查看edge的结果可以通过鼠标右键Convert to path result转换成基于path的计算结果,把X轴设为S即可绘制关于位置的图表;另外利用path结果可以得到应力线性化用于应力评判;error可以通过高的能量差异区来鉴别几何网格的合理性;可以通过Convergence来判断网格是否足够8.应力奇点,结构分析时由于几何模型、载荷施加等因素常常会导致应力奇点,影响计算结果的准确性,我们通过审查收敛结果来避免应力奇点;如果应力奇异区并不是我们感兴趣的区域,我们可以只对感兴趣区域的计算结果定义收敛控制,如下图所示;ANSYS结构动态分析篇一、简介动态分析包括以下模块：模态分析,谐响应分析,随机振动分析,响应谱分析及瞬态分析;动态分析中结构的惯性、阻尼都扮演着重要角色;自由振动：结构的自然频率和振型激励振动：曲柄轴和其他的旋转机械地震冲击载荷：地震工况,爆炸随机振动：火箭发射,道路交通时间载荷：汽车碰撞,汽锤、水锤等以上每种情况都可以选择相应的动态模块进行分析;1、模态分析模态分析是用来确定结构的振动特性,如自然频率和振型,通常也是进行其他动态分析的先决条件;如汽车的固有频率应发动机频率,叶片在预应力下的振动特性;2、谐响应分析谐响应分析常用来分析结构在持续的简谐载荷下的响应,如转动机械的响应;3、响应谱分析响应谱分析通常用来分析建筑结构在地震工况下的响应;4、随机振动分析宇宙空间站、航天飞机等一般都要进行随机振动分析,以便能承受一段时间内不同频率下的随机载荷;5、瞬态分析动态分析各模块的特点如下：基本方程如下：其中只有瞬态分析允许非线性,包括几何非线性、接触非线性、材料非线性;二、阻尼概述阻尼定义：阻尼是导致振动不断减弱甚至停止的一种能量耗散机制;阻尼一般与材料性质,运动速度,振动频率有关;阻尼分为以下类型：粘性阻尼-缓冲器、减震器材料/固体/滞后阻尼-内摩擦库伦或干摩擦阻尼-滑动摩擦数值阻尼-人工阻尼1、瞬态分析和阻尼模态分析中结构阻尼矩阵C的完整表达式如下：α和β阻尼用来确定瑞利阻尼对于大多数结构来说,α阻尼可以忽略,这时因此对于给定的β,低频率阻尼小,高频率阻尼大;而对于给定的α,低频率阻尼大,高频率阻尼小;α和β阻尼可以通过定义材料时输入：也可以通过全局阻尼输入：2、在谐响应分析中的材料/固体/滞后阻尼全函数的谐响应分析和模态叠加法分析中的结构阻尼矩阵C的完整表达式为：同样,α,β,g可以通过定义材料输入也可以通过求解设置输入：3、模态叠加法分析模态叠加法中的阻尼控制在谐响应分析、瞬态分析、响应谱分析及随机振动分析中都支持以下表达式：4、数值阻尼数值阻尼并不是真实的阻尼,是人工抑制由高频结构产生的数值噪声;默认值为用来过滤掉虚假的高频模态;使用较小的值来过滤掉对最终结果影响较小的非物理响应;注意：数值阻尼只适用于瞬态分析;三、模态分析应用模态分析用来分析结构的振动特性自然频率和振型,是大多数动态分析得基础;假设和限制：结构是线性的M和K是常量.线性无阻尼的自由振动方程：假设{u}为简谐运动,则有因此求解行列式的特征值和特征向量;注意,{φ}为振型反应结构振幅的比例关系,可对质量矩阵进行正则化2、参与因子与有效质量参与因子：,其中{D}是笛卡尔坐标系中各个坐标轴单位位移响应;测量各个模态在各个方向运动的总质量,较大的值意味着该模态在该方向容易被激励;有效质量：理论上,各个方向的有效质量的总和应该等于结构的总质量,但取决于模态展开的数量;3、模态展开方法接触：由于模态分析时线性分析,只允许Bonded和No separation,其他接触程序视为无接触;4、阻尼模态分析特征值是复杂的,特征值的虚数部分表示自然频率,而实数部分衡量系统的稳定性,正值不稳定,负值稳定;模态展开方法：四、谐响应分析应用输入条件：简谐变化的载荷力,压力和位移,多个载荷应具有同样得频率,力和位移可以是同相或异相;假设和限制：结构具有固定的或与频率相关的刚度,阻尼,质量,不允许非线性；所有的载荷位移按相同频率做简谐变化;当施加的载荷的频率接近结构的自然频率时,发生共振；增加阻尼降低响应的振幅；阻尼较小的变化都会导致共振区响应的大幅变化；谐响应的运动方程如下：求解方法有两种：1、全函数法,直接求解矩阵方程;该方法求解准确,但速度慢于MSUP且耗资源,支持几乎所有的载荷和边界条件,其中加速度、轴承载荷、力矩相角只能为0;2、模态叠加法MUSP,对方程进行坐标变换{u}={φ}{y},将{M}和{K}变换成对角矩阵进行解耦,再求解n个解耦的方程{y},其中{C}必须是是对称矩阵,此方法需先进行模态分析;模态叠加法是一种近似求解,准确度取决了模态的展开阶数,一般比FULL法快;基本设置：cluster results-include residual vector-在模态叠加分析中,当施加的载荷激励高阶模态时,动态响应将会很粗糙;因此采用residual vector方法,除了采用模态的特征向量,还利用附件的模态转换向量来计算高阶频率;五、响应谱分析响应谱分析主要用来替代时程分析来确定结构对时间变化载荷的响应：如地震载荷,风载,海浪载荷,活塞载荷,火箭发动机振动等;对于多自由度长时程的分析往往通过响应谱分析来近似快速的求解最大响应;1、响应谱响应谱一般是单自由度系统在给定时程内的最大响应,该响应可以是位移,速度和加速度;多个不同频率相同阻尼的单自由度振荡器K,C,M就可以绘制响应谱,其中阻尼已经包含在响应谱中,也可以给定其他的阻尼绘制相应的响应谱;位移,速度,加速度响应谱之间是可以相互转换的,转换公式如下：2、分析类型响应谱分析分为单点响应谱SPRS分析和多点响应谱分析MPRS.SPRS-已知激励方向和频率的响应谱作用在所有的支撑点上,通常用来分析建筑结构的地震载荷;参与因子γ是对给定自然频率结构响应的量度,表征每个模态对特定方向的响应贡献多少;对于每个特征频率ω,谱值S都可以通过对数插值从响应谱中得到,但超过响应谱频率不会进行插值,而是取最近点的谱值;模态系数A,定义为放大系数来乘以特征向量来给出每个模态的实际位移,计算公式如下;响应R,计算公式如下如果系统有多个模态,那么应该对各个模态下的响应R进行叠加组合响应谱分析计算最大的位移和应力响应,它不能准确计算实际响应,因此有以下3种叠加方法SRSS,CQC和ROSE;SRSS:以下情况,SRSS法不再适用：1)考虑近间距自然频率的模态2)考虑部分或全刚度响应的模态3)包含未展开的高阶频率4、如果各阶模态频率有足够的间距,可以使用SRSS法叠加;评判各阶模态是否是近距频率,对于不同的阻尼比有不同的评判准则;对于阻尼比ζ≤2%,如果fi<fj,且fj≤,则是近距频率；对于阻尼比ζ＞2%,如果fi<fj,且fj≤1+5ζfi,则是近距频率;对于近距频率模态,可选用CQC或ROSE进行叠加,其中纠正系数0≤ε≤1,ε=0,不纠正；ε=1,全纠正；0<ε<1,部分纠正;CQC和ROSE计算公式中ε是基于模态的频率和阻尼计算得到;CQC计算公式如下ROSE计算公式如下5、响应谱中有两个特征频率fsp峰值频率和fzpa0周期加速度区域低频区<fsp,不考虑模态纠正除非有近距频率,可用SRSS,CQC或ROSE;中频区在fsp和fzpa之间,由周期区向刚性区转变,模态包含周期部分和刚性部分,通常用系数α将响应分为周期部分和刚性部分;α=0,周期；α=1,刚性；0<α<1,部分周期部分刚性;高频区>fzpa,刚性区,模态需要完全纠正;计算α有两种方法：Lindley-Yow和Gupta;Lindley-Yow法：α=αSa, α=ZPA/Sa,ZPA-0周期的加速度,Sa第i阶频率的加速度;当Sa<ZPA,α=0；Sa=ZPA, α=1；Sa>ZPA,随着Sa的减小α增大;Gupta法：α=αf,Lindley-Yow法中刚性响应影响所有的模态其对应的频率响应Sa>ZPA,但不应该用于其模态频率f<fsp；Gupta法中刚性响应影响所有的模态只有其频率f>f1=fsp,因此Gupta法适用大部分情况,应优先选用;6、刚性响应计算首先如前面描述的单独进行各个模态的响应计算,当打开刚性响应影响Rigid Response Effect时,这些模态响应R就不再是进行直接组合,而是分为周期Rp和刚性部分Rr;刚性响应系数α可选择Gupta或Lindley-Yow法计算;周期部分和刚性部分响应计算如下：然后分别进行组合叠加,对于周期部分响应Rp可用SRSS,CQC或ROSE方法进行叠加,如果含有近距频率模态时需要纠正不能使用SRSS法;刚性部分响应Rr进行代数和叠加即可最后将周期部分响应和刚性部分响应进行组合得到总的响应Rt7、缺省质量响应进行模态分析时,我们不可能展开所有模态来考虑结构100%的质量,因此我们关心的模态中所有质量占总质量的百分比即为有效质量比率,但展开的最高模态频率因远大于响应谱的fzpa,才能得到较为准确的分析结果;有时需要展开的模态阶数太多,我们可以通过模态分析计算缺省的质量将其进行额外的响应分析Missing Mass Response,这样就不必展开的模态频率要远大于fzpa;当f>fzpa,加速度响应是刚性的,因此可以进行静态的加速度分析;1)首先可以计算频率大于fzpa总的惯性力FT2)计算各个模态的惯性力3)计算各模态惯性力的合力。

连续刚构桥的设计与计算连续刚构桥（Continuous Rigid Frame Bridge）是指由一系列刚性构件（如梁、柱和连接节点）组成的桥梁结构，其具有较高的刚度和稳定性。

该设计与计算过程通常包括以下几个步骤：结构形式选择、作用力分析、截面设计、节点设计和整体稳定性分析。

下面将详细介绍这些步骤。

首先，结构形式选择是连续刚构桥设计的起点。

在选择结构形式时，需要考虑桥梁的跨度、地质条件、交通承载能力要求和建设成本等因素。

常见的连续刚构桥形式包括刚性桥梁、单塔拉索悬索桥和钢混合结构，设计人员可以根据具体情况选取对应的桥梁形式。

其次，作用力分析是连续刚构桥设计的核心部分。

在进行作用力分析时，需要考虑桥梁所承受的静力荷载、动力荷载和温度荷载等。

根据设计规范和标准，通过合理的假设和简化计算模型，计算出各个构件的内力和外力作用情况。

然后，根据作用力分析的结果，需要进行截面设计。

截面设计主要包括确定梁和柱截面的尺寸和受力性能。

在截面设计时，需要考虑材料的强度、受力性能要求和工程经济性。

为了满足设计要求，可能需要进行多次迭代计算，直到满足结构强度和刚度的要求。

接下来是节点设计。

节点是连续刚构桥中的重要连接部分，需要保证节点的刚性和稳定性。

节点设计主要包括节点连接方式和节点构造设计两个方面。

在节点连接方式的选择上，常见的有焊接、螺栓连接和预应力锚固等。

在节点构造设计中，需要考虑连接构件的受力情况、节点刚度和施工性能等。

最后，整体稳定性分析是连续刚构桥设计的最后一步。

在进行整体稳定性分析时，需要考虑桥梁的水平和垂直稳定性。

水平稳定性主要通过设置纵横向加固措施来保证，如设置剪力墙、横向联结梁和固定支座等。

垂直稳定性则通过合理的梁柱列设计和支座设计来保证。

总之，连续刚构桥的设计与计算是一个复杂而繁琐的过程，需要设计人员具备良好的结构力学知识和经验。

通过合理的结构形式选择、作用力分析、截面设计、节点设计和整体稳定性分析等步骤，可以设计出满足设计要求的连续刚构桥。

ROSENSTEIN BRIDGE,跨度68 m，跨中梁高1.65 m，桥宽22m•Spans of 234-134-134-134-264 meters•NECKAR VALLEY VIADUCT(Germany 1978)•Spans of 234-134-134-134-264 meters辅航道桥桥,跨径：150+270+150mRaftsundet Bridge,Span of 86+202+298+125m=711mMAIN RIVER BRIDGE82-135-82m main span, depth of 6.5m☐混凝土铰箱梁腹板裂缝：77条裂缝、最大缝宽0.80mm,大部分为斜裂缝；箱梁顶板裂缝：95条裂缝、最大缝宽1.80mm,大部分洛溪大桥梁体裂缝现状集中在跨中部位、且为平行的顺桥向裂缝；箱梁底板裂缝：28条裂缝、最大缝宽0.11mm,大部分为斜裂缝；箱梁横膈板裂缝：99条裂缝、最大缝宽1.25mm。

二、虎门大桥辅助航道桥跨径：150+270+150米荷载：汽——超20级，挂——120桥宽：30米，6车道+分隔带+紧急停车带分两幅桥建设梁高：墩顶14.8m，跨中5.0m下部结构：双薄壁墩施工方法：悬臂浇筑150175200225m m )RightLeft虎门大桥辅航道桥跨中挠度01020304050607080-25255075100125D e fo rm a t i on (U n it :Time after been open to traffic ( Unit: Month )虎门大桥辅航道桥跨中挠度。

手把手教你用ANSYS workbench本文的目的主要是帮助那些没有接触过ansys workbench的人快速上手使用这个软件.在本文里将展示ansys workbench如何从一片空白起步，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程.一、建立算例打开ansys workbench，这时还是一片空白.首先我们要清楚自己要计算的算例的分析类型，一般对于结构力学领域，有静态分析（Static Structural）、动态分析（Rigid Dynamics）、模态分析(Modal）。

在Toolbox窗口中用鼠标点中算例的分析类型，将它拖出到右边白色的Project Schematic窗口中，就会出现一个算例框图。

比如本文选择进行静态分析，将Static Structural条目拖出到右边，出现A框图.在算例框图中，有多个栏目，这些是计算一个静态结构分析算例需要完成的步骤，完成的步骤在它右边会出现一个绿色的勾，没有完成的步骤，右边会出现问号,修改过没有更新的步骤右边会出现循环箭头。

第二项EngineeringData已经默认设置好了钢材料，如果需要修改材料的参数，直接双击点开它,会出现Properties窗口，一些主要用到的材料参数如下图所示:点中SN曲线，可在右侧或者下方的窗口中找到SN曲线的具体数据。

窗口出现的位置应该与个人设置的窗口布局有关。

二、几何建模现在进行到第三步，建立几何模型。

右键点击Grometry条目可以创建，或者在Toolbox 窗口的Component Systems下面找到Geometry条目，将它拖出来，也可以创建，拖出来之后，出现一个新的框图,几何模型框图。

双击框图中的Geometry,会跳出一个新窗口,几何模型设计窗口，如下图所示：点击XYPlane，再点击创建草图的按钮，表示在XY平面上创建草图，如下图所示：右键点击XYPlane，选择Look at，可将右边图形窗口的视角旋转到XYPlane平面上：创建了草图之后点击XYPlane下面的Sketch2（具体名字可按用户需要修改),再点击激活Sketching页面：在Sketching页面可以创建几何体，从基本的轮廓线开始创建起，我们现在右边的图形窗口中随便画一条横线：画出的横线长度是鼠标随便点出来的,并不是精确地等于用户想要的长度，甚至可能与想要的长度相差好多个数量级.这个时候我们打开Dimensions下拉框,点击General，再选中刚才画的线,拉出一个标定数据H1,在Details View窗口中可以设置H1的精确值，设置后，线段变成设定的长度，可适当缩放图形调整到合适的比例尺。

基于ANSYS的简支T梁桥桥面连续结构的空间仿真分析凌青松【摘要】根据有限元理论，借助ANSYS大型有限元软件模拟简支T梁桥梁端桥面连续结构在不同荷载工况作用下的应力状况，通过参数的敏感性分析研究影响桥面连续端受力的因素并提出相关的改善措施。

【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P79-81)【关键词】简支T梁桥;桥面连续;应力分析;ANSYS【作者】凌青松【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600【正文语种】中文【中图分类】U448.21+7;U441+.5桥面连续简支梁桥具有简支梁桥的力学特性，又能为车辆提供连续的行车道，发挥了连续梁桥的优越性，在国内外中、小跨径梁桥中都得到了广泛的应用。

但因桥面连续结构位于简支梁主梁变形的最大部位，以及因橡胶支座弹性压缩不同步引起相邻桥孔的错动变形，导致桥面连续缝结构的受力复杂，梁端桥面连续构造的铺装层在远没有达到设计使用寿命时就产生了早期破坏，影响到桥梁结构本身的使用寿命。

以某桥面连续简支T梁桥为例，将简支T梁实桥原型截面按照一定的相似比缩放得到计算模型，借助ANSYS大型有限元软件进行建模仿真计算，分别研究简支T梁桥梁端桥面连续构造在不同荷载工况下的应力状况及影响因素。

以某梁式桥加固改造工程为研究背景，该桥是一座6×16 m T形公路简支梁桥，桥面宽度为2×4.5 m，桥跨横断面由7片T形梁组成，T梁横向中距1.6 m，T梁截面宽1.6 m，高1.3 m，腹板厚为30～18 cm。

该桥设计为标准16 m钢筋混凝土简支T梁，桥面连续结构，全桥采用三跨一联，共两联。

本桥设计荷载等级为公路Ⅰ级，温度变化为±20 ℃。

主梁及桥面铺装均采用C40强度等级混凝土。

为了缩减ANSYS程序分析计算时间，将实桥原型单片T梁截面按1∶2.5比尺缩放，长度方向取1.2 m。

模型及支座示意如图1。

２０１０年第８期　（总第１９８期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．８，２０１０　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１９８）　

ＡＮＳＹＳ求解连续刚构桥温度效应技巧　盛超，杜娟　（宿迁学院建筑工程系）　

摘要：通过大型应用软件ＡＮＳＹＳ计算了某连续刚构箱梁桥的温度应力及温度变形，从结构建模、加载、求　解到后处理，说明了ＡＮＳＹＳ在连续刚构箱梁桥温度效应计算中的技巧。　关键词：ＡＮＳＹＳ；温度效应；温度应力；温度变形　中图分类号：Ｕ４４２　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０８—０１４７—０２　

０引　言　受自然环境变化影响的连续刚构箱梁桥，在外界温度变　化作用下，其表面温度迅速上升或下降，但内部大部分区域　仍处于原来的温度状态，从而在箱梁中形成较大的温度梯　度，进而引起温度变形，这种温差作用下产生的变形，受到箱　身截面的纤维约束时将产生温度应力。　由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ＡＮ－　ＳＹＳ开发的ＡＮＳＹＳ软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分　析于一体的大型通用有限元分析软件，其用户涵盖了机械、　航空航天、能源、交通运输、土木建筑等众多领域。ＡＮＳＹＳ　是这些领域进行分析设计技术交流的分析平台，是个功能强　大的有限元分析程序，ＡＮＳＹＳ主要由前置处理（Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓ－　ｉｎｇ）、解题程序（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）以及后置处理（Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）以　及时间历程等组成。　１工程概况　某桥桥梁轴线与水流交角为９０。，桥梁全长２８７．５４　ｍ。　主桥上部采用３５　Ｉｌｌ＋６０　ｍ＋９０　ｍ＋６０　ｍ＋３５　ｍ预应力混凝　土刚构一连续箱梁体系；主桥主墩采用双薄壁式墩，主桥边　墩采用板式桥墩；基础为钢筋混凝土沉井基础、刚性扩大基　础。箱梁采用单箱单室，主跨墩顶高度为５．０　Ｉｎ，跨中高度　２．０　ｍ，箱梁梁高按二次抛物线（Ｙ＝０．００１　８２９ｘ　）变化，顶板　厚０．２５　ｍ，在墩顶范围内为０．５　ｉｒｌ，底板厚度在墩顶截面为　１．０　ｍ，墩顶根部为０．７　ｍ，在跨中为０．３　ｍ，其间按而此抛物　线连续变化，腹板厚度按０．７～０．５５～０．４　ｍ变化。全桥总　体布置及横断面形式如图１所示。　Ｔ　ｌ薹　图１箱梁横断面图（单位：ｃｍ】　２有限元模型的建立　在ＡＮＳＹＳ仿真分析过程中，有两种输入方式：人机交互　输入和用命令流的方式输入，对于复杂的结构用命令流或两　者配合输入比较方便，另外，建模过程中，可以利用结构的对　称性通过映像的方法也可以起到事半功倍的效果。　根据该连续刚构箱梁桥的实际尺寸，用ＡＮＳＹＳ建立全　桥模型。　ＡＮＳＹＳ具有丰富的单元库和材料库，可以通过对各种荷载　工况的组合，较为精确的反映出桥梁在各种因素下的综合特征。　针对不同的结构，进行单元选择的时候，应尽量选择适用于分析　目的的单元，在ＡＮＳＹＳ的单元库中，ｓｏｌｉｄｇＯ单元为二十节点六　面体单元，该二十节点单元有协调的温度形函数，每个节点具有　—个温度自由度，本文选用ｓｏｌｉｄｇＯ单元。进行单元划分时，可　以使用自由网格划分，也可以使用映射网格划分，前者对实体模　型无特殊要求，后者要求实体模型具有规则的形状。对该模型　进行单元划分，全桥共分１８１　４７２个单元。　３荷载的施加与有限元求解　ＡＮＳＹＳ具有多场藕合分析功能，能够对自然界力场、流　场、热场、磁场实现全面分析，在ＡＮＳＹＳ中，热场与结构应力　场属于不同的物理场，要在热场和结构应力场之间建立关系　需要进行热应力耦合分析，热应力问题实际上是热和应力两　个物理场之间的相互作用。　在ＡＮＳＹＳ中求解连续刚构桥温度效应时，首先要确定　温度梯度模式，各桥涵设计规范对温度梯度模式都作了规　定，并且都有一定程度的差异。我国公路桥涵设计通用规范　ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４规定：计算桥梁结构由温度引起的效应时，　可采用图２所示的竖向温度梯度曲线。　Ｉ＇Ｉ　

目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 论文选题的背景和意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 论文的研究内容和结构安排 (5)第2章有限元法和ANSYS软件简介 (6)2.1 有限元法 (6)2.1.1 有限元法简介 (6)2.1.2 有限元法的基本思想 (7)2.1.3 有限元常用术语 (7)2.1.4 有限元法分析的基本过程 (8)2.1.5 有限元法的发展趋势 (9)2.2 ANSYS软件简介 (10)2.2.1 ANSYS的发展 (10)2.2.2 ANSYS功能简介 (10)2.2.3 ANSYS的特点 (11)2.2.4 ANSYS在机械领域的应用 (12)第3章线性静力学分析和模态分析 (13)3.1 静力学分析 (13)3.1.1 静力分析的定义 (13)3.1.2 静力分析所用单元类型 (14)3.1.3 线性静力分析的基本步骤 (14)3.2 模态分析 (15)3.2.1 动力学分析的定义 (15)3.2.2 动力学分析的重要性 (16)3.2.3 模态分析介绍 (16)第4章钢桁架桥梁结构ANSYS分析 (18)4.1 桁架桥的静力分析 (18)4.1.1 问题描述 (18)4.1.2 建立模型 (19)4.1.3 施加边界条件和载荷 (24)4.1.4 求解 (26)4.1.5 查看计算结果 (26)4.2 桁架桥的模态分析 (29)4.2.1 求解 (29)4.2.2 查看计算结果 (30)4.2.3 钢桁架桥的共振问题 (34)4.3 桁架桥结构的优化设计 (34)总结 (41)致谢 (42)参考文献 (43)引言桁架常用来增加结构的强度，许多人都熟悉用于桥梁非常精巧的叉支撑系统。

桁架撑杆增强吊桥塔使其不致失稳的作用是不易被忽视的，但在大部分这类桥梁上，垂直的桁架缀板对桥面抗弯曲和扭转变形能力的增强作用，却不是每个人都会注意到的。

1940年11月7日，华盛顿塔科马的照相机商店的巴尼·埃利欧特（Barney Elliott）拍摄了一部影片，许多读者或许看到过这部很著名的影片：那天狂风速度高达42英里/小时，致使塔科马纽约湾海峡吊桥连续不断地出现蔚为壮观的波浪状起伏，最终导致该桥的坍塌。

连续刚构桥设计方法1.桥梁跨径确定：首先需要确定桥梁的跨度范围，根据具体的要求和条件来选择合适的跨度。

跨度越大，连续刚构桥的设计越有优势。

2.桥墩布置：根据桥梁跨度和地形条件，确定桥墩的位置和数量。

通常情况下，桥墩会均匀地分布在桥梁上，以支撑桥梁结构。

3.连续刚构形式选择：连续刚构桥有不同的形式，例如简支梁、T型刚构、I型刚构等。

根据桥梁跨度和荷载条件，选择合适的刚构形式。

一般来说，对于中小跨度的桥梁，简支梁比较经济；而对于大跨度的桥梁，I型或T型刚构更为合适。

4.断面尺寸确定：根据桥梁的荷载条件和连续刚构形式，确定梁的断面尺寸。

横截面的尺寸要保证梁的刚度和强度满足设计要求，同时要尽量减小梁的自重。

5.连续刚构节点设计：连续刚构桥的节点是连接梁和桥墩的关键部位。

节点的设计要保证节点具有足够的刚度和强度，并且能够传递荷载。

常见的节点形式有铰接式节点、刚接式节点、弹性支座等。

节点的设计要根据具体的条件和要求进行选择。

6.桥面系设计：桥面系是连接梁和桥面的部分，通常由梁板、浇筑层和铺装层组成。

桥面系的设计要保证其刚度和强度满足要求，并且能够应对荷载的作用。

7.结构分析与优化：完成上述设计后，进行连续刚构桥的静力和动力分析，检验梁、节点和桥墩的刚度和强度。

根据分析结果进行优化设计，以提高连续刚构桥的整体性能。

总之，连续刚构桥设计方法包括桥梁跨径确定、桥墩布置、连续刚构形式选择、断面尺寸确定、连续刚构节点设计、桥面系设计以及结构分析与优化。

这些步骤需要根据具体的桥梁要求和条件进行综合考虑，以实现连续刚构桥的安全、经济和实用。

ANSYS结构分析基础篇一、总体介绍进行有限元分析的基本流程:1.分析前的思考1)采用哪种分析(静态,模态,动态...)2)模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六面体网格采用零件,但零件间需定义bond接触)3)单元类型选择(线单元,面单元还是实体单元)4)是否可以简化模型(如镜像对称,轴对称)2.预处理1)建立模型2)定义材料3)划分网格4)施加载荷及边界条件3.求解4.后处理1)查看结果(位移,应力,应变,支反力)2)根据标准规范评估结构的可靠性3)优化结构设计高阶篇:一、结构的离散化将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统。

这一步要解决以下几个方面的问题:1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便。

2、根据结构的特点,选择不同类型的单元。

对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。

3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次。

4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况。

要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。

5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷。

二、选择位移插值函数1、位移插值函数的要求在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。

位移插值函数需要满足相容(协调)条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足。

但近年来有人提出了一些新的位移插值函数,如:三角函数、样条函数及双曲函数等,此时需要检查是否满足相容条件。

2、位移插值函数的收敛性(完备性)要求:1) 位移插值函数必须包含常应变状态。

2)位移插值函数必须包含刚体位移。

3、复杂单元形函数的构造对于高阶复杂单元,利用节点处的位移连续性条件求解形函数,实际上是不可行的。