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第29卷 第6期2007年6月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol.29 No.6 J un.2007利用ANSYS 模拟桥墩滞回性能的建模方法司炳君1,孙治国2,王东升2,王清湘1(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116024;2.大连海事大学道路与桥梁工程研究所,大连116026)摘 要: 基于钢筋混凝土桥墩低周反复荷载试验结果,利用ANSYS 有限元分析软件,建立了桥墩的有限元计算模型,并对其进行了低周反复荷载试验下全过程的非线性有限元分析,得到了桥墩的滞回曲线、骨架曲线以及桥墩在不同受力阶段的破坏形态。
将计算结果与试验结果进行对比,发现计算得到的桥墩滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好,对于桥墩破坏形态的模拟,也取得了比较理想的结果。
关键词: 钢筋混凝土; 桥墩; 有限元; 滞回特性; ANSYS 软件中图分类号: U 442文献标志码: A 文章编号:167124431(2007)0620076204Modeling Methods on Simulation of H ysteretic Behavior of BridgePiers B ased on ANSYS Soft w areS I B i ng 2j un 1,S U N Zhi 2guo 2,W A N G Dong 2sheng 2,W A N G Qi ng 2xiang 1(1.State K ey Lab of Coastal and Offshore Engineering ,Dalian University of Technology ,Dalian 116024,China ;2.Institute of Road and Bridge Engineering ,Dalian Maritime University ,Dalian 116026,China )Abstract : Based on the low 2cycle reversed loading tests ,three RC bridge piers were modeled with ANSYS software and the low 2cycle reversed loading tests were non 2linearly simulated.The hysteretic curves ,skeleton curves ,and the failure mode of the bridge piers in different experiment stages were obtained.The calculated hysteretic curves and skeleton curves were corres pond 2ing well with experimental results ,the failure mode obtained by analysis were also agreed well with experimental results.K ey w ords : reinforced concrete ; bridge piers ; finite element ; hysteretic behavior ; ANSYS software 收稿日期:2007201218.基金项目:国家自然科学基金(50308027)和海岸和近海工程国家重点实验室基金(L P0504).作者简介:司炳君(19712),男,博士生,讲师.E 2mail :sibingjun @随着有限元分析手段的提高和计算能力的增强,不少学者利用有限元方法对钢筋混凝土桥墩进行滞回特性的分析并取得了一定的成果。
ansys桥梁建模流程咱就来说说ANSYS桥梁建模的流程哈。
一、前期准备。
咱得先对要建的桥梁有个基本的了解。
比如说，这桥是啥类型的呀，是梁桥呢，还是拱桥之类的。
这就好比你要画一个人的画像，得先知道画的是男是女、是老是少一样。
还有哦，桥梁的尺寸得清楚，像桥的长度、宽度、高度这些数据可不能马虎。
这就像是盖房子，你得知道房子的长宽高才能动手不是？另外呢，材料的特性也很重要。
不同的材料在ANSYS里的参数设置可不一样，就像不同的食材做菜的方法不一样。
比如钢材和混凝土，它们的弹性模量、泊松比这些参数都要提前查好或者根据实际情况确定下来。
二、几何建模。
这一步就像是搭积木的第一步，先把桥梁的形状搭出来。
在ANSYS里呢，我们可以用各种工具来创建桥梁的几何模型。
如果是比较规则的形状，像那种直的梁桥，可能用一些基本的几何形状创建工具就可以搞定啦。
比如说，创建一些长方体来表示桥墩，创建一些薄板来表示桥面板。
但要是桥梁的形状比较复杂，比如说那种弯弯的拱桥，那可能就得费点心思啦。
这时候呢，可能就需要用一些曲线绘制的功能，像样条曲线之类的，来把桥拱的形状准确地画出来。
在创建几何模型的时候，可一定要细心，不然一个小地方错了，后面可就麻烦大了。
就像搭积木的时候，一块积木放错了位置，可能整个建筑就不稳当了。
三、划分网格。
网格划分就像是给我们的桥梁模型穿上一件小格子衣服。
这一步可重要了呢。
网格的大小和形状会影响到后面计算的精度和速度。
如果网格划分得太粗，那计算结果可能就不太准确，就像你用大网捕鱼，可能会漏掉很多小鱼一样。
但是如果网格划分得太细，那计算起来就会超级慢，就像小蚂蚁搬家，一点点地挪，可费劲了。
所以呀，要根据桥梁的结构特点和计算的要求来合理地划分网格。
比如说，在桥梁结构应力比较集中的地方，像桥墩和桥面板的连接处，网格就可以划分得细一点，其他地方可以稍微粗一点。
四、定义材料属性。
前面咱们不是知道了材料的特性嘛，这时候就派上用场啦。
利用有限元软件ANSYS对钢桁梁桥进行建模摘要：文章对有限元分析软件ANSYS，以及钢桁梁桥进行了简单的介绍，并利用大型有限元软件ANSYS对钢桁梁桥进行建模，为实际工程中的研究和计算提供了方便。
关键词：ANSYS；钢桁梁桥；建模结构建模分析是建筑设计的一个基本要求,随着科技的进步,大型有限元软件ANSYS已成为结构建模分析的有力工具，能更好地对模型进行准确快速的模拟，在工程计算领域的应用越来越广阔。
1有限元分析软件——ANSYSANSYS*软件是美国ANSYS公司研制的一个功能强大的大型有限元分析软件,具有强大的前处理、求解和后处理功能,目前广泛应用于航空航天、核工业、铁道、石油化工、机械制造、水利水电、生物医学、土木工程、家用产品及科学研究等领域，它是融结构、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，能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
建模所用版本为ANSYS10.0版。
2钢桁梁桥随着时代的发展，对桥梁跨度的要求也越来越高，钢板梁的梁高增加，用钢量也相应增加，很不经济，应采用桁梁。
桁梁桥主要有以下六部分组成：主桁架、桥面、桥面系、联结系、制动撑架以及支座。
主桁主桁是桁梁桥的主要承重结构，它将承受的列车竖向荷载等传给支座。
主桁由上弦、下弦和腹杆组成。
腹杆又分为斜杆和竖杆。
有斜杆交汇的节点称为大节点，无斜杆交汇的节点称为小节点，节点之间距离称做节间长，竖杆视其受拉或受压又分为挂杆与立柱。
桥面钢桁架桥面多采用明桥面。
主要是供列车和行人通过的部分，由下列各部分组成。
钢轨：列车的运行轨道，保证列车正常运行。
护轨：护轨和钢轨之间可约束车轮行驶，可防止列车掉道时冲出桥面；护轨可用轻型钢轨或角钢。
桥枕：钢桥的明桥面采用木枕而非混凝土轨枕是为了减轻自重，木枕具有较好的弹性，可吸收部分列车振动能量，为了便于更换枕木，桥枕的净距离最小不能小于10cm；为了防止列车脱轨时车轮卡入桥枕间最大间距不能超过21cm。
在桥梁用ansys建立模型时，可参照以下建议的单元进行桥桑模型的建立.L梁（配筋）单元：桥墩.箱梁、纵横梁°2、板无（配筋）单元：桥面系烧。
3、冥体（配筋）单元：桥議系烧、基础结构。
4、拉杆单元：拱桥的系杆、吊杆.5、拉寒单元：斜拉桥的寒、想索桥的钢丝龜。
6、演紧单元：察力控制、螺栓柳钉楚接.7、连接单元：支座、堆基。
连接部分解决方法：ansys在解决桥梁不同的连楼部位时可遶用如下的方法：1、C ombin7. Co<nbin40. LinklL Combin52. Ccnbin38禅簧（阻尼、问陳元）：可爲来模拟支座、媚瓠拉杆等桥梁部使。
2、艮紧单元可解决螺栓、紳钉连楼的问題&3、二力杆拉杆、索可解决拉索问题.4、锅合与约束方稚可解决梁与塔横梁的边界妁束关系。
5、接触单元如Contiwtl52可模拟•滑动支座、销接等需件的真冥情况。
常见桥梁發触问題：U淸动苣接：点点接離2、绑走這接：点面接触3、辕动匹接：面面接触基础的处理方式：U基础平台与桩基：用实体模型、预应力配筋2、基础与岩土系统：祢限区域实体模型、预应力配筋桥梁中常见的模型可以用相应的草元1、刚构桥.拱桥：梁与杆单元姐合模型2、钢管跄：复合竄面梁模型3、连续梁：梁模型4、料拉桥.患既桥：梁、板売、裳或杆单元绘合模型5、立交桥：娈体墩、板无桥面和加强梁混合模型6、局篩详纽计算：实体（考虑配筋〉或板模型，以便考虑模型细节符征.如结构尺寸构造側角、厚薄或粗细过度、凹凸却其配筋k.9.-70/prep7 et. l.beiiml et.2 JinklOet.3.shell63r.1.2...1.2r.2. •mp.ex.1.2ellmp.nuxy ・l ・mp.dens.1.7800 mp.ex.2.3el0mp ・nuxy ・2・ mp.dens.2.3000 k.l.-60. 10.0k.2.-50k.3.-30.15k.4.-10.20k.5.10.20k.6.30.15k.7.50k.8.60.-10k ・10.・60k.11,-30 k.12,-10k.13,10k. 11.30k.15.60k. 16,70kgen,2.all .......... -20. .0 ♦do.i.1.7l.i.inl.i+16.iH7拿enddo拿do.i・2・7l.i.i416拿enddo1.L91.1,101.17.251.17.261.8.151.8.161.24.311.24.321.2.171.8.231.7.24拿do.i.3.6l.i+16.i*24♦enddo<1.9.10.26.25a.10,2.18.26a.2.11.27.18a.llJ2.28.27a.12,13.29.28 aJ3J4.30.29a. 14,7.23.30a.7.15.31.23a.15,16.32.31 !桥体權粟lsel.s...1.32 latt,1.1.1 1esize・nl1.2 lmesh.all!悬索lsel.s...33.40Imesh.all!桥面aatt.2.3.3aesize.nl1.2 amesh.all。
基于ANSYS参数化建模(APDL)技术的分级分步顶升法【摘要】公司形成的“基于ansys参数建模(apdl)技术的分级分步顶升法”具有明显的工艺创新性、安全可靠性及资源节约性。
研究成果已在多个大中跨径连续箱梁支座更换施工中得到实践和检验，取得良好效果【关键词】高速公路；工艺；施工方案；工程实例中图分类号：u412.36+6 文献标识码：a 文章编号：1 前言高速公路改扩建工程是一项复杂而艰巨的工作。
扩建方式的选择需要结合地方路网规划建设情况，充分考虑当地经济社会发展及道路交通量分布与组成情况以及节能、环保、人文景观特点等要求。
扩建改造中的旧桥加宽项目逐渐增多，新旧桥拼接技术方案逐渐成熟。
旧桥加宽改造如何在满足旧桥结构安全的前提下，保证新旧桥梁受力分布合理、结构安全，存在着许多复杂的技术难题。
大跨径连续箱梁支座更换顶升方案的确定，是决定旧桥扩建施工能否优质高效完成的关键工序之一。
通过对影响更换支座施工的关键技术进行深入专题研究，组织技术人员对多座在建或已建成桥梁顶升工程进行实地调研，成功的破解了在维持交通情况下对现浇连续箱梁进行顶升支座更换的技术问题。
形成的“基于ansys参数建模(apdl)技术的分级分步顶升法”具有明显的工艺创新性、安全可靠性及资源节约性。
研究成果已在多个大中跨径连续箱梁支座更换施工中得到实践和检验，取得良好效果，对同类工程的实施具有参考价值和推广意义。
2 工程实例泰莱高速公路冯家庄互通立交桥改造工程泰莱高速公路冯家庄互通立交桥改造工程的主体工程--冯家庄主线跨线桥始建于1994年。
上部结构为15+18+18+15米钢筋砼现浇连续板，下部结构：桥台为柱式台、桩基础，桥墩为薄壁墩、承台、桩基础，桥面铺装为13cm水泥砼。
桥梁全长69.78米，桥面单幅总宽度为10.3米，斜交右上角87.9度。
根据改造设计要求，对该桥支座进行更换。
需对该桥上部结构进行顶升约1.5--2cm.上部结构经计算为1750吨。
简单桁架桥梁ansys分析Ansys是一款广泛使用的有限元分析软件，可以用于各种工程结构的分析，包括桁架桥梁。
下面是一个简单的桁架桥梁分析的步骤，使用Ansys进行模拟。
一、建立模型1.创建新的分析：在Ansys中，首先需要创建一个新的分析。
选择适当的分析类型，例如静态分析或动态分析，根据需要进行设置。
2.创建几何体：在Ansys中，可以使用自带的建模工具创建几何体。
对于桁架桥梁，需要创建梁单元和节点。
梁单元用于模拟桥梁的横梁和纵梁，节点用于连接梁单元。
3.定义材料属性：为梁单元分配适当的材料属性，例如弹性模量、泊松比、密度等。
4.网格化：对几何体进行网格化，以生成有限元网格。
可以调整网格密度以获得更精确的结果。
5.边界条件和载荷：定义边界条件和载荷。
对于桁架桥梁，可能需要在支撑处施加固定约束，并在桥面上施加车辆载荷。
二、进行分析1.运行分析：在Ansys中，可以运行分析并观察结果。
可以使用后处理功能来查看结果，例如位移、应力、应变等。
2.检查结果：检查模型的位移、应力、应变等是否符合预期。
如果结果不符合预期，可能需要返回模型进行修正。
三、优化设计1.优化设置：在Ansys中，可以使用优化工具对模型进行优化设计。
设置优化目标，例如最小化总重量或最大化刚度。
2.运行优化：运行优化过程，Ansys将自动调整模型的参数以达到优化目标。
3.检查结果：在优化完成后，检查结果以确保满足设计要求。
四、验证模型1.确认模型的正确性：在完成优化设计后，需要确认模型的正确性。
可以通过与实验数据进行比较，或者与其他分析工具的结果进行比较来验证模型的准确性。
2.进行敏感性分析：可以使用Ansys的敏感性分析功能来确定哪些参数对模型结果影响最大。
这有助于在后续设计中更好地控制这些参数。
3.确认模型的可靠性：确认模型是否符合工程要求和规范。
如果模型满足所有条件，那么可以将其用于实际工程设计。
五、应用模型1.工程设计：在确认模型的正确性和可靠性后，可以将模型应用于实际的工程设计。
基于ANSYS的桥梁结构自重仿真分析(图文)论文导读：桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分。
本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用。
关键词：有限元，ANSYS，箱梁桥，自重在桥梁结构分析中，桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分，准确模拟桥梁结构自重是常遇问题，桥梁中对等截面连续梁可看成均布荷载，但如果结构形状复杂—例如，变截面连续梁等，若沿桥梁轴线方向按均布荷载处理就不甚合理。
本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用。
1.ANSYS软件及其工作流程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，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，对自然界四大场—力场、流场、热场、磁场实现全面分析；ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的分析平台，是一个功能强大的有限元分析程序[1,2,3]。
ANSYS主要由前置处理(Preprocessing)、解题程序(solution)、后置处理(Postprocessing)以及时间历程等组成，在前处理方面，ANSYS的实体建模功能比较完善，提供了完整的布尔运算，还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能[1,2,3]。
论文参考。
在此，采用了ANSYS对该桥的温度效应进行仿真分析。
ANSYS具有丰富的单元库和材料库，可以对任意结构形式的桥梁进行全桥仿真分析，较为精确的反映出桥梁在各种因素下的综合特征，如桥梁的应力应变分布、变形等等。
2.工程实例某桥桥梁全长287.54m。
主桥上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m 预应力混凝土刚构-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。
基于ANSYS的造桥机支撑托架建模及模态分析作者：孔维胜陈阳来源：《中国新技术新产品》2014年第01期摘要：本文介绍了在ANSYS环境下进行造桥机支撑托架建模及模态分析的一种方法。
采用ANSYS软件中的APDL参数化设计语言建立了造桥机支撑托架有限元模型，避免了重复建模，提高了建立造桥机支撑托架模型的精确性和高效性。
对支撑托架进行了模态分析，确定其固有频率和振型，可以有效地避免共振的产生和降低噪声提供理论依据。
关键词：造桥机；模态分析；ANSYS中图分类号：U44 文献标识码：A随着桥梁技术不断创新，现浇箱梁以其受力合理、造型美观、型式多样、整体性好的优点，在公路桥梁施工中得到了广泛地应用，其施工技术更是日新月异，大量新技术、新结构、新工艺和新设备的不断出现。
现浇箱梁施工技术的更新主要反应在模架施工之中，即采用造桥机施工。
造桥机也称移动模架，其结构如图1所示，它是一种先进的施工方法，施工速度快，质量好，适用范围广，综合效益好，因此造桥机在桥梁建设上得到更广泛的应用。
1建立造桥机支撑托架有限元模型本文采用ANSYS软件中的APDL参数化设计语言建立造桥机支撑托架有限元模型，避免重复建模，提高了模型的精确性和高效性。
采用自下而上的方法建立造桥机支撑托架有限元模型，首先，使用命令（K）创建一系列关键点，使用命令（L）由关键点生成各构件轴线。
然后，定义支撑托架各构件的截面参数和材料参数，并对支撑托架各构件进行网格划分。
最后，建立下部弧形支座模型，利用自由度耦合的方法把下张拉梁与下部弧形支座进行耦合。
最终建立造桥机支撑托架有限元模型，如图2所示。
2造桥机支撑托架模态分析进行支撑托架的模态分析时，首先需要对有限元模型施加惯性荷载、施加榫头部分的节点约束和施加弧形板节点约束；然后进行模态分析。
模态分析可得到支撑托架的固有频率，取前十五阶的模态计算结果在进行模态分析，如表1所示。
由模态分析结果可知：1）第1-3阶频率整机及主要部件变形较小，对整机的动态性能影响不太大，在分析中不予考虑；2）第6、7、12阶频率均表现出横梁在XOZ面内摆动（蛇形），即在水平面的振动情况。
基于ANSYS的双曲拱坝参数化建模技术研究作者：王倩来源：《科技风》2020年第35期摘要：拱坝属空间壳体结构，其几何形状、边界条件和应力状态都比较复杂，因此，工程实际计算中需精细化有限元模型为基础进行坝体应力变形分析，本文结合双曲拱坝的拱圈及拱冠梁几何参数，采用ANSYS软件，通过APDL参数化语言编程，实现了点、线、面、体的自下而上的双曲拱坝模型的精细化建立，在实际工程优化方案时显示了较高的效率。
关键词：双曲拱坝;参数化;三维模型1 绪论拱坝作为三大坝型之一，因其几何形状、边界条件及应力状态都比较复杂[1]，拱坝应力分析时，除了采用拱梁分载法进行计算外，还应进行线弹性有限元分析，对于高拱坝和情况复杂的拱坝，必要时可采用非线性有限元法进行分析[2];而面对仿真技术日趋成熟的发展，在进行有限元分析时，势必在精度和可靠度方面有了更加严格的要求[3];并且随着拱坝技术的发展，拱坝体形越来越多樣化、复杂化，拱坝建模和划分网格的难度也在日趋加大，因此通过ANSYS中的APDL参数化语言编程[4]，从而可实现点、线、面、体的自下而上的双曲拱坝模型的精细化建立，以达到计算时高效、精准、可靠的目标。
2 双曲拱坝参数化建模双曲拱坝参数化建模包括以下流程：（1）确定拦河坝主要尺寸及坝体体形参数，包括拱圈数、拱圈高程、上下游拱圈半径、左右中心角等，根据以上尺寸和参数计算关键点坐标。
（2）利用循环命令建立各层拱圈的关键点。
（3）根据各拱圈关键点形成各层拱圈。
（4）建立拱坝整体几何模型。
通过拱圈利用蒙皮技术形成面，结合左右岸、顶面和底面，形成拱坝坝体三维模型。
（5）以拱坝坝肩为基准延伸1.5倍坝高，再结合底面，向上下游及底部各延伸1.5倍坝高，生成拱坝坝基岩体。
（6）建立溢流堰的细部结构。
双曲拱坝APDL建模流程图见图1。
3 工程实例3.1 工程概况本文以某双曲拱坝为例，进行了参数化精细建模。
该坝坝顶高程140.0m，最大坝高45.0m，坝顶厚度为3.7m，坝底拱冠梁处厚度为11.5m，拦河坝由非溢流坝段和溢流坝段组成，非溢流坝段位于大坝的两端，全长143m;溢流坝段全长66m。
板桁结合梁斜拉桥3D-ANSYS建模技术研究李元松;李新平;姜天华【摘要】以天兴洲大桥为背景,分析大跨度板桁结合梁公铁两用斜拉桥的结构特点.给出有限元法模型的假设条件与相关问题的处理技术.基于ANSYS平台,利用APDL开发工具,实现了大跨度斜拉桥的3D有限元程序化建模.并详尽介绍了建模程序框架与功能模块的实现方法,其成果可供桥梁设计与结构分析时参考.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2008(030)004【总页数】5页(P65-68,72)【关键词】板桁结合梁;斜拉桥;有限元法;程序化建模【作者】李元松;李新平;姜天华【作者单位】武汉理工大学土木与建筑学院,湖北,武汉,430070;武汉工程大学环境与城建学院,湖北,武汉,430074;武汉理工大学土木与建筑学院,湖北,武汉,430070;武汉科技大学城建学院,湖北,武汉,430070【正文语种】中文【中图分类】U448.270 引言桥梁结构计算是贯穿从方案设计到结构设计、从施工设计到施工监控各个环节的重要任务之一.而选用合适的物理模型是结构计算的第一步，也是最重要的一步，理论分析不可能补偿由于错误选择结构体系带来的损失，若选用的计算模型不恰当，即使这种模型理论严密，计算精确，仍会导致错误的结论[1].随着计算机技术的进步，桥梁结构计算取得了较大的发展，各类商用软件与专业软件层出不穷.然而，计算模型的建立仍然是结构计算中最为困难的一步，至今没有业界公认的既能精确模拟工程结构特性，又较为实用高效的建模方法与商业软件.笔者试图介绍建立天兴洲特大桥计算模型过程中遇到的问题与解决方法，以供其它类似桥梁计算建模时参考.1 工程背景武汉天兴洲长江大桥主桥结构为(98+196+504+196+98)m双塔三索面钢桁梁斜拉桥，长1092 m.上层公路6车道，桥宽27 m，下层铁路按四线设计.其中两线为 1 级干线，两线为客运专线.主梁为板桁结合钢桁梁，N型桁架，三片主桁，桁宽2×15 m，桁高15.2 m，节间长14 m.主塔采用混凝土结构，倒Y型，承台以上高度188.5 m.主跨两侧各有3×16根镀锌平行钢丝斜拉索，外挤双层PE，钢丝标准强度=1 670 MPa，索规格共有8种，最大截面为451Φ 7 mm，最大索力为1 250 t，全桥共192根斜拉索.主桁上弦中部756 m范围内是钢正交异性板桥面，两端各168 m范围内是混凝土结合板桥面.铁路桥面为纵横梁体系，道碴桥面.每个主塔及桥墩处三片主桁下均设有竖向刚性支座，纵向为活动.主梁铁路桥面在辅助墩处56 m范围内设50 t/m压重，以抵抗活载作用下产生的负反力.天兴洲大桥全桥结构如图1 所示.图1 天兴洲大桥结构示意图Fig.1 The structure sketch of Tianxinzhou bridge2 相关技术处理2.1 假设条件a. 假设桥面板和纵梁的形心在同一水平面上，不考虑板面对桁架上弦由于不同形心位置产生的附加扭矩；b. 假设各节点满足理想连接条件即完全刚性连接，不考虑半铰效应；c. 假定结构不发生塑性屈服即材料本构关系服从虎克定律；d. 忽略单元桥面板的垂度变化；e. 建模坐标定义为，顺桥向为X轴方向，横向为Y轴，竖向为Z轴，坐标原点为大桥主跨中截面与中桁下弦杆轴线的交点.2.2 单元类型的选择斜拉桥主梁模型：空间梁板单元组合模型.公路桥面正交异性板按静力等效原则[2]，转换为各向同性等厚的薄板，用板单元模拟(SHELL63).公路桥横梁、铁路桁架、铁路桥面系(等效为格梁)等组成空间框架，用空间梁单元模拟(BEAM4).由于该模型完全按照主梁的组成来模拟，即桥面采用板单元，桥面下的加劲梁和横梁都采用梁单元，可较为真实地反映结构的实际几何关系和质量分布.斜拉索模型：索单元(LINK10)，弹性模量用等效弹性模量替换.用一根等效弹性模量的直杆代替实际的曲线索.斜拉桥主梁和索塔的组合：索塔用多段等截面空间梁单元(BEAM4)模拟，主梁与索塔根据实桥支承条件，组合成空间框架结构体系.2.3 边界条件处理自重以重力加速度与质量密度再结合构件体积由ANSYS程序换算成惯性力施加于对应节点；压重以面荷载形式施加于相应梁单元上；施工荷载则需经静力等效处理后，施加到相应节点上；移动荷载仅分析作用在节点时的状态，按移动过程经历的节点，形成荷载工况文件由程序求解.边墩、辅助墩及主塔处下弦各支承节点均采用铸钢滑板支座.纵向全为活动，中桁各支座限制横向位移，而边桁各支座横向活动.抽象为力学模型时，边墩、辅助墩处下弦各支承节点竖向位移与转动约束，纵向位移自由，中桁各支点横向位移约束，边桁横向自由.主塔柱基础结点各向完全约束，主塔与主梁交接处，主塔横梁单元节点与主梁下弦节点线位移耦合，角位移自由.2.4 几何非线性因素的考虑斜拉桥的结构特点是由索塔引出的柔性斜拉索作为主梁的中间弹性支承，以降低梁跨的截面弯矩，减轻梁重，从而提高了梁的跨越能力.斜拉桥的这种结构特点决定了几何非线性因素在其结构分析中的影响尤为突出，不容忽视.斜拉桥的非线性效应主要有：①大位移效应；②梁柱效应，即P-Δ效应；③斜拉索的垂度效应.考虑斜拉索非线性变化的简便方法，是把它视为与它的弦长等长度的桁架直杆，其等效弹性模量包括材料变形、构造伸长和垂度变化等因素的影响，其表达式称为Ernst公式[3～5]直接应用ANSYS自身的大位移功能[6～7]，设置分析类型，可以模拟结构的大位移效应.其设置方法为：ANTYPE，STATIC ! 进行静力分析NLGEOM，1 ! 考虑大变形效应AUTOST，1 ! 自动时间步长SSTIFS，ON ! 考虑应力刚化SOLCONTROL，0 ! 进行优化非线分析SOLVE处理梁柱效应的方法主要有:U.L.列式法、T. L.列式法、稳定函数法和几何刚度矩阵法[8～9]，上述方法各有其特点，考虑软件计算功能本文选用U.L.列式法计入P-Δ效应.3 ANSYS平台上的实现3.1 建模思路首先将描述半桥结构的各类信息定义为变量或数组，如单元总数、节点总数、单元类型数、材料类型数、截面类型等控制变量和坐标、单元、材料、单元实常数、边界约束等数组，按预先规划的格式将原始信息写入数据文件.然后根据结构的几何特点与空间位置关系将全桥模型分解为主梁、主塔、拉索与桥面板等若干子模型，分别编写建立各子模型的程序包括几何参数、物理力学参数、各类实常数数组的赋值，形成关键点，各类单元，并赋予材料与实常数等.最后用APDL编写主控宏文件分别调用初始化模块和各功能子模块，实现各子模块的组装，消除重复节点，通过对称映射命令形成全桥模型，再次消除重复节点和单元，施加边界约束与荷载. 3.2 主要程序框架斜拉桥参数化建模程序主要由参数初始化、主桁梁、公路桥面板、主塔、边界条件处理与施工过程模拟等几个功能模块组成，程序框架见图2.图2 斜拉桥建模程序框架Fig.2 The frame sketch of cable-stayed bridge modeling3.3 各模块的功能实现主控模块(TXZDQ.mac)：完成ANSYS环境设置，控制程序执行流程，调用各子模块，将半桥模型对称映射，形成整桥模型，耦合重复节点并重新编码.参数输入(Para_input.mac)：将各类原始数据形成数据文件，用input命令一次性读入计算机内存.建模过程定义的控制变量主要有：单元数、关键点数、节点数、单元类型、材料类型数、梁截面类型数、板截面类型数、索截面类型数、约束数、节点荷载数、索单元个数、主塔梁单元个数、板单元个数、标准节段一端节点总数等.定义的数组：节点数组、关键点数组、材料类型数组、梁实常数数组、板实常数数组、索实常数数组、单元类型数组、索内力数组、索单元信息数组、结点坐标数组、约束节点信息数组、荷载作用信息数组等.主梁模块(Main_beam.mac)：由于天兴洲大桥结构复杂，杆件的分布规律性较差，不宜抽象成完全的参数化模块，也不宜像实体模型那样，先构造几何模型然后由ANSYS自动划分网格.其特点是桁架以梁单元为主体，节段内各节点的坐标位置可准确给出，每个节段各节点轴线几何尺寸完全相同.因此主要借助APDL语言的命令流建模.先根据一个断面各已知节点的坐标建立关键点，共31个，然后以此为标准使用命令Kgen，40，1，31，1，14，0，0，经复制生成左半部分的主梁桁架全部关键点和节点，这样每个相邻断面相同点位的节点编号相差31，据此可用命令L 逐节段生成主梁上弦、下弦、斜杆、竖杆、上弦横撑、上弦斜撑、公路纵横梁、铁路纵横梁和铁路平联等梁单元，并用Latt 命令赋予各单元材料码、实常数编码和单元类型编码，若相邻断面的单属性相同，可用循环命令DO… ENDDO以节省命令条数.公路桥面板(Highway_plate.mac)：建立公路桥面板模型.桥面板模型的建立相对较为简单，全桥分析时只需将主梁桁架上弦各节点按顺序连结起来构成四边形平面即为板单元的四条边.SHELL63既能反映弯曲能力和具有膜力模拟功能，可以承受平面内荷载和法向荷载，比较符合桥面板的受力特点，因此选用SHELL63单元模拟桥面板.主塔模块(Main_tower.mac)：建立下塔墩、中塔柱与上塔柱模型.根据塔型的形状特征将主塔分为塔上部、塔中部以及塔下部三部分处理.塔上部包括塔顶部以及拉索区域，由于这一部分塔的受力情况比较复杂，处理时该部分的单元划分密些.塔中部包括拉索部分以下到塔与斜拉桥主梁连接部分.塔下部包括塔与斜拉桥主梁连接部分以下到塔底座的区域.塔上大部分区域的截面不是固定的，处理时采用每一单元对应一个截面的方法.从下到上每隔3米建立一个单元，单元类型仍为BEAM4.为保证节点编号的连续性，本节段使用*get，Kkp，kp，0，num，max 命令获取桥梁部分关键点的最大编码.其余命令与前述主梁部分类似.斜拉索模块(Stay_cable.mac)：采用等效弹性模量法.即将斜拉索视为与其弦长相同的杆件，采用LINK10单元，通过实常数定义斜拉索的面积和初始应变模拟斜拉索.值得注意的是此时初始应变与等效模量都取决于斜拉索内力的中间结果，需在ANSYS基本命令的基础上进行一些功能处理才能实现，将另文专门介绍.边界条件处理模块(Bound_cond.mac)：完成约束处理与自由度耦合.塔梁联接：ANSYS提供了一种节点自由度耦合功能(CP命令)很好地解决此类问题.其特点是根据实际的约束形式，将主梁上的节点与主塔节点在某一方向的自由度联接，联接后的节点自由度相同，而其它方向的自由度仍各自独立.这种特性很适合于模拟斜拉桥支座形式复杂多样的功能.3.4 施工控制模块(Const_mac)天兴洲大桥施工采用对称悬臂施工法，施工过程模拟主要用到ANSYS的单元生死功能.先根据施工方案与受力特点进行规划，将主塔分为3个工况，主梁架设分为16个工况，全桥合拢为一个工况，二次恒载为一个工况，之后利用ANSYS求解器中的荷载步功能逐节段模拟计算，当遇到施工过程中的调索时，在荷载步之间修改材料参数(主要是斜拉索的等效弹性模量)与单元实常数(主要是索单元的初应变).具体操作步骤为：①建立全桥完整模型；②根据规划的施工计算工况建立单元集；③“杀死”所有单元；④根据施工进度逐节段激活单元集；⑤修改实常数，施加荷载与边界条件；⑥重复步骤④，⑤直至全桥合拢与桥面铺设竣工.4 成桥计算模型基于ANSYS平台的APDL二次开发技术建立3D有限元模型，完成天兴洲大桥的成桥计算与施工模拟计算.全桥共2637个结点，5818个梁单元，1248个板单元和192个索单元.边墩与辅助墩处主梁下弦进行横向(Y轴方向)、竖向约束(Z轴方向)和纵向(X轴方向)偏转约束.塔、梁在主塔横梁处结点三个线位移耦合与纵向角位移耦合，横向与竖向角位移自由.全桥施工分为22个工况.有限元计算模型如图3～6所示.图3 天兴洲大桥计算模型正立面图Fig.3 The frontispiece of calculating model of Tianxinzhou Bridge图4 天兴洲大桥计算模型侧立面图Fig.4 The right view map of calculating model of Tianxinzhou Bridge图5 天兴洲大桥计算模型轴侧图Fig.5 The isometric view map of calculating model of Tianxinzhou Bridge图6 天兴洲大桥计算模型部分放大图Fig.6 The local magnifying map of calculating model of Tianxinzhou Bridge5 结语本文利用ANSYS二次开发技术，实现了大跨度板桁结合梁斜拉桥参数化建模.以武汉天兴洲大桥结构计算建模为例，阐述其实现过程.参数化结构分析程序的实现，给桥梁结构详细设计和施工控制计算带来了快捷的方法，不仅为专业的结构分析人员，也为不掌握ANSYS的人员进行有限元计算提供了方便.另外，这种有效的建模方法为其它结构计算参数化建模的实现提供了借鉴.参考文献:[1]叶贵如. 斜拉桥非线性有限元计算和施工过程分析[D]. 浙江大学建筑工程学院，2000.[2]戴公连，李德建. 桥梁结构空间分析设计方法与应用[M]. 北京：人民交通出版社，2001：1-15.[3]程进，江见鲸，肖汝诚，等．ANSYS二次开发技术及在确定斜拉桥成桥初始恒载索力中的应用[J]．公路交通科技，2002，19(3):50-52.[4]黄侨，吴红林，刘绍云.大跨度斜拉桥几何非线性分析及程序实现[J].哈尔滨工业大学学报，2004，36(11)：1520-1523.[5]田仲初，何斌，颜东煌，等. 基于ANSYS空间梁单元的桥梁数组建模技术[J].长沙交通学院学报，2004，20(2)：15-18.[6]博弈创作室. ANSYS9.0经典产品高级分析技术与实例详解[M]. 北京：中国水利水电出版社，2005：13-21.[7]阚前华，谭长建，张娟,等. ANSYS高级工程应用实例分析与二次开发[M]. 北京：电子工业出版社，2006：66-110.[8]张雪松，梁鹏，贾丽君,等.非线性因素对超大跨度斜拉桥成桥内力的影响[J]. 公路交通科技，2004，21(9):47-51.[9]Pao-Hsii Wang， Hung-Ta Lin， Tzu-Yang Tang. Study on Nonlinear Analysis of a Highly Redundant Cable-Stayed Bridge [J]. Computers&Structures， 2002， 80：165-182.。
钢桁架桥静力受力分析对一架钢桁架桥进行具体静力受力分析，分别采用GUI方式和命令流方式。
A 问题描述图6-15 钢桁架桥简图已知下承式简支钢桁架桥桥长72米，每个节段12米，桥宽10米，高16米。
设桥面板为0.3米厚的混凝土板，当车辆行驶于桥梁上面时，轴重简化为一组集中力作用于梁上，来计算梁的受力情况。
桁架杆件规格有三种，见下表：表6-2 钢桁架桥杆件规格所用材料属性如下表：表6-3 材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX 2.1×1011 3.5×1010泊松比PRXY0.30.1667密度DENS78502500B GUI操作方法1.创建物理环境1）过滤图形界面：GUI：Main Menu> Preferences，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
2）定义工作标题：GUI：Utility Menu> File> Change Title，在弹出的对话框中输入“Truss Bridge Static Analysis”，单击“OK”。
如图6-16（a）。
指定工作名：GUI：Utility Menu> File> Change Jobname，弹出一个对话框，在“Enter new Name”后面输入“Structural”，“New log and error files”选择yes，单击“OK”。
如图6-16（b）。
图6-16（a）定义工作标题图6-16（b）指定工作名3）定义单元类型和选项：GUI：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”单元类型对话框，单击“Add”按钮，弹出“Library of Element Types”单元类型库对话框。
三梁平面框架结构的有限元分析针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E =⨯，746.510m I -=⨯，426.810m A -=⨯，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。
图3-19 框架结构受一均布力作用（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK(11) 计算结果的验证与MA TLAB支反力计算结果一致。
