目录
一、工程背景 (1)
二、工程模型 (1)
三、ANSYS分析 (2)
(一)前处理 (2)
(1)定义单元类型 (2)
(2)定义材料属性 (3)
(3)建立工程简化模型 (3)
(4)有限元网格划分 (5)
(二)模态分析 (5)
(1)选择求解类型 (5)
(2)建立边界条件 (6)
(3)输出设置 (6)
(4)求解 (6)
(5)读取结果 (6)
(6)结果分析 (8)
(三)结构试验载荷分析 (8)
(1)第二跨跨中模拟车载分析 (8)
(2)边跨跨中模拟车载分析 (9)
四、结果分析与强度校核 (10)
(一)结果分析 (10)
(二)简单强度校核 (10)
参考文献 (11)
连续刚构桥分析
一、工程背景：
随着我国经济的发展，对交通运输的要求也不断提高；高速路，高铁线等遍布全国，这就免不了要架桥修路。截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达万座，万延米i。进百万的桥梁屹立在我国交通线上，其安全便是头等大事。随着交通运输线的再扩大，连续刚构桥跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低等优点将被广泛应用。
二、工程模型：
现有某预应力混凝土连续刚构桥，桥梁全长为184m，宽13m，其中车行道宽，两侧防撞栏杆各主梁采用C50混凝土。桥梁设计载荷为公路—— 级。
图2-1桥梁侧立面图
上部结构为48m+88m+48m三跨预应力混凝土边界面连续箱梁。箱梁为单箱双室箱形截面，箱梁根部高5m，中跨梁高，边跨梁端高。箱梁顶板宽,底板宽,翼缘板悬臂长，箱梁高度从距墩中心处到跨中合龙段处按二次抛物线变化。0号至3号块长3m（4x3m)，4、5号块长，6号块到合龙段长4m(6x4m)，合龙段长2m。边跨端部设横隔板，墩顶0号块设两道厚横隔板。0号块范围内箱梁底板厚度为，1号块范围内底板厚度由线性变化到，2号块到合龙段范围内底板厚度由线性变化到。全桥顶板厚度为。0到5号块范围内腹板厚度为，6至7号块范围内腹板厚度由线性变化到，8号块到合龙段范围内夫板厚度为。
下部结构桥采用C50混凝土双薄壁墩，横向宽，厚，高25m双壁间设系梁，下设10mX10m矩形承台，厚。ii
图2-2主梁纵抛面图
图2-3 箱梁截面图
三、ANSYS分析：
（一）前处理
(1)定义单元类型
Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete... 选择Solid45单元；
(2)定义材料属性
Main Menu→Material Props→Material Models... 依次选择Structural →Linear→Elastic→Isotropic建立材料模型C50混凝土的EX=;PRXY=;再打开Structural→Density设置C50混凝土的密度Density=2600。iii
（3）建立工程简化模型
建立0号块：
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS...在对话框中输入0号块半截面的关键点坐标1(0,0,0);
2(0,0,2);3（0，，2);4(0,,2-2);
5(0,,;6(0,,；7(0,-5,0)；8(0,-5,；9(0,-5+,；10(0,-5+, Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line 顺次连接关键点1,2,3,4,7,8,1;6,7,9,10,6；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→↗Line Fillet分别选中箱梁内部四个四个直角需要倒角的直线以的半径倒圆角；并在翼缘板根部以的半径倒圆角，再连接翼缘边线下点与鱼倒圆角的下点，使翼缘板呈一定倾角，再次在翼缘板根部以的半径倒圆角。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines分别拾取箱梁截面的内外轮廓线建立两个平面。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→↗Areas，先拾取面积大的平面Ok后拾取另一平面最后确定，到此建立了0号块半截面。
打开工作平面并激活工作平面，打开工作平面助手(Offset WP)将工作平面移动到x=-3处。
重复上述建模过程，建立0号块另一截面，Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line依次连接对应节点；Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines依次建立0号块各个面。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→volunmes→Arbitrary→↗By Areas点击Pick All建立0号块。
建立主梁底面：
用工作平面助手将工作平面移动到11号块便截底线中心（x=-33-3-1,y=，z=0);
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active 。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Splines→↗Splines thru KPs,依次连接各点。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Copy→↗Lines复制主梁底面中心线到边线位置（z=）。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line连接11号块截面底线。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines建立主梁底面。
建立1号块：
将工作平面移动到整体坐标系，再移动到1号块另一截面（x=-6),将工作平面绕Y轴旋转90度。
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→↗
Area by WrkPlane,拾取主梁底面，分离出1号块底面。
Utility Menu→Select→Entities......用By Location→Z coordinates （min=0,max=3)选出1号块范围内的点、线、面。
仿照建立0号块的过程建立1号块；
仿照建立1号块的过程建立其余箱梁块。
建立桥墩：
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→↗By XYZ Offset，将所建立的矩形向Y轴负方向拉伸25m（y=-25）。
将工作平面移动到桥墩右边面边线中点，Main Menu→Preprocessor→Modeling→Volumes→Block→
将工作平面移动到桥墩底面角点，建立5x5x3m^3的矩形块承台。
在需要倒角处建立倒角平面，并由面围成体。
建立1/4桥模型：
将工作平面移动到整体坐标系上；以X平面镜像所有体生成中跨。将中跨11号块截面拉伸1m，将边跨11号截面拉伸2+++。
图3-1 1/4桥梁三维模型图图3-2 全桥三维立体图
（4）有限元网格划分
Main Menu→Preporcessor→Meshing→Mesh Tool...在Size Control中的Global Set总体单元尺寸定为；在Mesh中选择Volunmes，Shape设置为Hex→Sweep→Auto Src/Trg对主梁1号块到合龙段进行网格划分；对分割后的墩柱进行映射网格划分，对剩下的0号块和桥墩承台、系梁等用自由网格划分。
图3-3 1/4桥网格三维立体图
（二）模态分析
（1）选择求解类型
Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis选择Modal。单击OK按钮退出。然后执行Main Menu→Solution→Analysis Type→Analysis Options，打开模态分析选项设置对话框，选择Subspace（字空间法），设置扩展模态数为10，其它保持默认设置。
（2）建立边界条件
将工作平面移动到整体坐标系，选出对称截面（z=0)Main Menu→Solution →Define Loads→Apply→Structural→Displacement→Aymmmetry .→↗On Areas，单击Pick All。
将工作平面移动到桥墩承台底面，选择出承台底面，执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→↗On Areas，约束底面所有自由度。
将工作平面移动到边跨底面，选出底面0到内的所有节点，执行 Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→↗On Nodes，约束节点UY。
（3）输出设置
执行Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrrls→DB/Results File 设置输出所有结果。
执行Main Menu→Solution→Load Step Opts→ExpansionPass→Single Expand 确认扩展模态数。
（4）求解
保存设置，执行Main Menu→Solution→Solve→Current LS求解。
（5）读取结果
执行Main Menu→General Postproc→Read Results→By Pick读取各阶桥
梁振型。
执行Main Menu→General Postproc→Plot Results→Cotour Plot→Nodal Solu。读取Nolal DOF Solution→Diaplacement vector sum察看各阶振型。
图3-4 桥梁前10阶频率图3-5 全桥一阶振型
图3-6 半桥第二阶振型图3-7 全桥第四阶振型
图3-8 全桥第七阶振型图3-9 半桥第八阶振型
图3-10 全桥第九阶振型图3-11 全桥第十阶振型
（6）结果分析
有ansys模态分析结果显示，全桥前几阶固有频率都比较小，振型呈一定规律；奇数阶振动主要发生在桥梁横向，位移较大点主要集中在桥墩中点截面（系梁处）；偶数阶振动主要发生在主梁，位移最大主要集中在边跨、中跨合龙段，这些地方距离桥墩约束较远，为了减轻自重，箱梁厚度也较小，所以位移较大也不难理解。另外，模态分析结果显示，桥梁的前十阶振型最大位移量均不超过2mm，桥梁结构相对稳定。
（三）结构试验载荷分析
桥梁静载试验荷载采用汽车加载。本试验加载用车为大型载重汽车，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为，中后轴距为）。iv
（1）第二跨跨中模拟车载分析
选择求解类型为静态分析，建立与模态分析相同的边界条件；然后，选择出中跨11号块和合龙段，执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply
→Force/Moment→↗On Nodes模拟双车道车距5m大型载重汽车荷载，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为，中后轴距为）该模型为半桥对称模型，双车道。如图3-11：
图3-12 半桥中跨车载
保存设置，执行Main Menu→Solution→Solve→Current LS求解。读取结果，查看车载下位移、应力图。
图3-13 全桥中跨模拟车载变形图图3-14 全桥中跨模拟车载应变图
图3-15 全桥中跨模拟车载应力图
（2）边跨跨中模拟车载分析
选择求解类型为静态分析，建立与模态分析相同的边界条件；然后执行，执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Force/Moment→↗On Nodes 模拟双车道车距5m大型载重汽车荷载，其中单辆车总重为480kN（前轴重80kN，后轴重160kN,前中轴距为，中后轴距为）该模型为半桥对称模型，双车道；每条车道模拟两辆大型载重汽车，且反向（使中跨受力最大）。
保存设置，执行Main Menu→Solution→Solve→Current LS求解。读取结果，查看车载下位移、应力图。
图3-16 全桥边跨中跨模拟车载图图3-17 全桥边跨跨中模拟车载应力图图3-18 全桥边跨跨中模拟车载应变图图3-19 全桥边跨跨中模拟车载位移图
四、结果分析与强度校核：
（一）结果分析
由模态分析结果显示，桥梁结构相对稳定；对于结构实验载荷分析，虽然输出桥梁位移最大达到，但原因是由于桥梁跨度较大的累积位移，其应变最大仅约为。值得注意的是，应力应变最大的地方均不在模型外表面，可能出现在内表面的角点处，或其他应力集中的点。另外边跨实验和中跨实验存在一定规律：对于相同的实验载荷，中跨实验位移较大，盈利应变较小，边跨实验正好相反：说明中跨实验的载荷作用范围较广，宏观上主要产生位移；边跨实验载荷影响范围较小，主要产生应变。
（二）简单强度校核
由结构实验载荷分析输出结果
由C50混凝土抗压强度
可得安全系数
符合材料力学中脆性材料对安全系数要求。
至于桥梁抗拉强度校核，则取决于混凝土中加筋比例。
参考文献
i《对我国桥梁技术发展战略的思考》，冯正霖2015年05月20日
ii《MIDAS与ANSYS在桥梁检测中的应用实例》P110（为方便建模，略有修改），主编王兴奎，2015年9月
iii JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁涵设计规范，中华人民共和国交通部，2004年6月28
iv JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范，中华人民共和国交通部，2015年09月09日。