斜拉桥ansys建模

斜拉桥ansys建模/com,new model of linjia ng cable_stayed bridge,2004.2.09/prep7/title, cable_stayed bridge,author is Sunhang/com,defi ne the keypo ints*set,alfa1,10 !an gle of tower upside*set,alfa2,65 !an gle of tower dow nside*set,alfa3,79.04594 !an gle of tower with bridge surface*set,y1,55.5 !桥塔顶面到原点的距离*set,y2,33.5 !桥塔中部的Y轴向长度*set,pi,3.1415926*set,x3,y2/tan(alfa2*pi/180) !桥塔中部的X 轴向长度*set,x2,(y1-y2)*tan(alfa1*pi/180) !桥塔上部的X 轴向长度*set,x1,x2+x3 !桥塔的X轴向长度*set,kp_yy1,0 !定义桥塔上部的索锚固点竖向距离(从塔顶算起) *set,kp_yy2,2.5185*set,kp_yy3,3.5788*set,kp_yy4,4.6469*set,kp_yy5,5.7248*set,kp_yy6,6.8151*set,kp_yy7,7.9211*set,kp_yy8,9.0479*set,kp_yy9,10.2027*set,kp_yy10,11.3965*set,kp_yy11,12.6470*set,kp_yy12,13.9848*set,kp_yy13,15.7143*set,kp_yy14,17.7041*set,kp_yy15,22.0000k,1,-x1,y1,k,6,-x1+kp_yy2*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy2k,8,-x1+kp_yy3*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy3k,10,-x1+kp_yy4*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy4k,12,-x1+kp_yy5*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy5k,14,-x1+kp_yy6*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy6k,16,-x1+kp_yy7*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy7k,18,-x1+kp_yy8*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy8k,20,-x1+kp_yy9*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy9k,22,-x1+kp_yy10*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy10k,24,-x1+kp_yy11*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy11k,26,-x1+kp_yy12*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy12k,28,-x1+kp_yy13*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy13k,30,-x1+kp_yy14*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy14k,38,-x1+kp_yy15*ta n(alfa1*pi/180),y1-kp_yy15kfill,1,6 !在已建关键点内内插关键点kfill,6,8kfill,8,10kfill,10,12kfill,12,14kfill,14,16kfill,16,18kfill,18,20kfill,20,22kfill,22,24kfill,24,26kfill,26,28kfill,28,30kfill,30,38*set,kp_numone,38!定义桥塔上部的最后一个关键点号/com,defi ne and mesh the above part of tower*dim,BBS,,40*dim,HHS,,40*dim,SSS,,40*dim,IIYYS,,40*dim,IIZZS,,40*set,le ngth1,2.9546108*set,le ngth2,4.9251168*set,width1,3*set,width2,5*set,diff1_le ngth,le ngth2-le ngth1 !桥塔上部两个截面的长度之差(纵桥向) *set,diff1_width,width2-width1 !桥塔上部两个截面的宽度之差(横桥向)*dim,yy,,40 !定义桥塔上部的关键点竖向距离数组(从塔顶计算)llyyS(i)=HHS(i)†BBS(i)‡3/12*enddo*do,i,1,kp_ numon e-1et,i,beam44keyopt,i,9,0mp,ex,i,3.5e10mp,prxy,i,0.167mp,de ns,i,2.6e3mp,alpx,i,1e-05 !定义混凝土的线膨胀系数r,i,SSs(i),IIZZS(i),llyyS(i),BBS(i)/2,HHS(i)/2,IIZZS(i)+llyyS(i)rmore,SSs(i+1),IIZZS(i+1),llyyS(i+1),BBS(i+1)/2,HHS(i+1)/2,IIZZS(i+1)+llyyS(i+1) rmore,0,0,0,0,0,0rmore,0,0,BBS(i)/2,HHS(i)/2,BBS(i+1)/2,HHS(i+1)/2lsel,u,real,,1,kp_ numonelstr,i,i+1latt,i,i,ilesize,all,,,1,,1lmesh,all,allallsel,all*enddocm,uptower,elem*get,emin_ts,elem,O, num ,min*get,emax_ts,elem,O, num ,maxallselkp_ts=emax_ts-emin_ts+1 !提取出来桥塔上部的关键点数目/com,createt the kps of tower dow n*set,zfirst,1.25 !三个控制点的横桥向坐标*set,zseco nd,7.4839*set,kp_ nu mtwo,kp_ts+2 !定义桥塔下部的第一个关键点*set,diff1_elem,67 !桥塔下部的单元数目*set,kp_ numthree,kp_ nu mtwo+diff1_elem !桥塔下部的最后一个关键点k,kp_numtwo,-y2/ta n(alfa2*pi/180),y2，-zfirstk,kp_ nu mthree,,,-zsec ond†dim,BBX,,200*dim,HHX,,200*dim,SSX,,200*dim,IIYYX,,200kfill,kp_ nu mtwo,kp_ nu mthree*dim,IIZZX,,200*set,HHXQ,0.8§si n(alfa2*pi/180) !定义砍掉部分的长度*set,BBXQ,0.4*si n(alfa3*pi/180)*set,SSXQ,HHXQ*BBXQ*dim,IIYYXQ,,200*dim,IIZZXQ,,200!*set,w4,2.6875*2 !在桥塔折角处单元的宽度!*set,w5,4.3682*2 !在坐标原点处单元的宽度*set,w4,4.5361558*set,w5,8.1609208*do,i,1,diff1_elem+1BBX(i+kp_ numo ne)=2.5*si n(alfa3*3.1415926/180)HHX(i+kp_ nu mo ne)=w4+(i-1)*(w5-w4)/67SSX(i+kp_ numon e)=BBX(i+kp_ nu mo ne)*HHX(i+kp_ numon e)-SSXQ*2IIYYXQ(i+kp_ num on e)=HHXQ*BBXQ**3/12+SSXQ*BBX(i+kp_numo ne)**2/4 IIZZXQ(i+kp_ numon e)=BBXQ*HHXQ**3/12+SSXQ*HHX(i+kp_numo ne)**2/4IIYYX(i+kp_ numon e)=HHX(i+kp_ numo ne)*BBX(i+kp_ nu mo ne)**3/12-IIYYXQ(i+kp_ numo ne)*2IIZZX(i+kp_ num on e)=BBX(i+kp_ nu mo ne)*HHX(i+kp_ numon e)**3/12-IIZZXQ(i+kp_ numo ne)*2§do,i,KP _numon e,kp _numon e+d i ff1_elem-1et,i,beam44keyopt,i,9,0mp,ex,i,3.5e10mp,prxy,i,0.167mp,de ns,i,2600mp,alpx,i,1e-05 !定义混凝土的线膨胀系数r,i,SSX(i+1),IIZZX(i+1),IIYYX(i+1),BBX(i+1)/2,HHX(i+1)/2,IIZZX(i+1)+IIYYX(i+1) rmore,SSX(i+2),IIZZX(i+2),IIYYX(i+2),BBX(i+2)/2,HHX(i+2)/2,IIZZX(i+2)+IIYYX(i+2) rmore,0,0,0,0,0,0rmore,0,0,BBX(i+1)/2,HHX(i+1)/2,BBX(i+2)/2,HHX(i+2)/2*enddo*do,i,kp_ nu mtwo,kp_ nu mthree-1lsel,u,real,,1,150lstr,i,i+1latt,i-1,i-1,i-1lesize,all,,,1,,1lmesh,allallsel,all*enddo*enddoesel,u,real,,1,kp_ nu mtwo-2cm,dow ntower,elemallsel,allcmsel,s,dow ntower*get,emin_tx,elem,0, num ,min*get,emax_tx,elem,0, num ,maxallselkp_tx=emax_tx-emin_tx+1esel,all,allcm,tower,elemlsel,s,real,,kp_ numon e,kp_ nu mthree-2lsymm,z,all,,,100allsel,all*set,kp_ numfour,kp_ numon e+2††kp_tx+100+1 !主梁的第一个关键点号!esel,s,e name,,beam44!tunif,0!tref,-30!allsel,all/com,couple the tower upside and tower dow ncerig, node(kx(38),ky(38),kz(38)), node(kx(39),ky(39),kz(39)),all,cerig, node(kx(38),ky(38),kz(38)), node(kx(139),ky(139),kz(139)),all,††set,beam_height,1.2725-0.3 !主梁节点即锚固点到原点的距离!*set,kp_ numfour,kp_ nu mo ne+2*(kp_tx+1)+100+1 !主梁的第一个关键点号*set,kp_ numfour_i nc,210 !主梁的关键点数目-1*set,kp_ nu mfive,kp_ num four+kp_ numfour_inck,kp_ num four,,beam_heightk,kp_ nu mfive,105,beam_heightkfill,kp_ num four,kp_ nu mfive*do,i,1,kp_ numfour_inclstr,kp_ num four+i-1,kp_ num four+i*enddo*set,e nu m_beam,emax_tx+1et,e nu m_beam,beam188mp,ex,e nu m_beam,3.5e10mp,prxy,e num _beam,0.0.167mp,de ns,e num_beam,3038.8 !考虑到二期恒载后的换算密度mp,alpx,e num_beam,1e-05 !定义混凝土的线膨胀系数KEYOPT,e num_beam,7,2keyopt,e nu m_beam,8,3keyopt,e nu m_beam,9,3SECTYPE,1,BEAM,MESH,sec1SECOFFSET,user,,-1.4O !截面读入时主梁的平移SECREAD,'main_beam','SECT',' ',MESHk,5000,,1000000lsel,u,real,,1,200latt,e nu m_beam,e nu m_beam,e nu m_beam,,5000,,1lesize,all,,,1,,1lmesh,allallsel,allesel,s,e name,,beam188cm,main_beam,elemallsel,all/com,create the cable eleme nt*set,e num _li nk,e num _beam+1 !拉索的开始单元号*dim,cable_area,,13 !定义拉索单元的面积数组*dim,cable_istrai n,,13 !定义拉索单元的初始应变数组*dim,cable_de ns,,13/com,defi ne the an gle of all cable*set,cable_area1,1.668E-03*set,cable_area2,1.668E-03*set,cable_area3,2.6410E-03*set,cable_area4,2.6410E-03*set,cable_area5,2.6410E-03*set,cable_area6,2.6410E-03*set,cable_area7,3.0580E-03*set,cable_area8,3.0580E-03*set,cable_area9,3.0580E-03*set,cable_area10,3.7530E-03*set,cable_area11,3.7530E-03*set,cable_area12,3.7530E-03*set,cable_area13,3.7530E-03*set,cable_area_back,2.0155E-02*set,cable_area(1),cable_area1*set,cable_area(2),cable_area2*set,cable_area(3),cable_area3*set,cable_area(4),cable_area4*set,cable_area(5),cable_area5*set,cable_area(6),cable_area6*set,cable_area(7),cable_area7*set,cable_area(8),cable_area8*set,cable_area(9),cable_area9*set,cable_area(10),cable_area10*set,cable_area(11),cable_area11*set,cable_area(12),cable_area12*set,cable_area(13),cable_area13*set,cable_de ns(1),13.2/cable_area1*set,cable_de ns(2),13.2/cable_area2*set,cable_de ns(3),20.9/cable_area3*set,cable_de ns(4),20.9/cable_area4*set,cable_de ns(5),20.9/cable_area5*set,cable_de ns(6),20.9/cable_area6*set,cable_de ns(7),24.2/cable_area7*set,cable_de ns(8),24.2/cable_area8*set,cable_de ns(9),24.2/cable_area9*set,cable_de ns(10),29.7/cable_area10*set,cable_de ns(11),29.7/cable_area11*set,cable_de ns(12),29.7/cable_area12*set,cable_de ns(13),29.7/cable_area13*set,cable_de ns_back,159.5/cable_area_back*set,cable_istrai n1,0.26032E-02*set,cable_istrai n2,0.25568E-02*set,cable_istrai n3,0.23210E-02*set,cable_istrai n4,0.23456E-02*set,cable_istrai n5,0.23892E-02*set,cable_istrai n6,0.24412E-02*set,cable_istrai n7,0.28199E-02*set,cable_istrai n8,0.28719E-02*set,cable_istrai n9,0.29143E-02*set,cable_istrai n10,0.28321E-02*set,cable_istrai n11,0.28559E-02*set,cable_istrai n12,0.28743E-02*set,cable_istrai n13,0.28926E-02cable_back_istrai n1=0.32891E-02cable_back_istrai n2=0.33661E-02*set,cable_istra in (1),cable_istra ini*set,cable_istra in( 2),cable_istra in2*set,cable_istra in( 3),cable_istra in3*set,cable_istra in( 4),cable_istra in4*set,cable_istra in( 5),cable_istra in5*set,cable_istra in( 6),cable_istra in6*set,cable_istra in( 7),cable_istra in7*set,cable_istra in( 8),cable_istra in8*set,cable_istra in( 9),cable_istra in9*set,cable_istrai n(10),cable_istrai n10*set,cable_istrai n(11),cable_istrai n11*set,cable_istrai n(12),cable_istrai n12*set,cable_istrai n(13),cable_istrai n13/com,create the kps of croSSbeams*set,w5,5.35 !横梁到主梁中心的距离*do,i,1,13k,kp_numfour+i*14+400+12,i*7+6,beam_height,-w5k,kp_numfour+i*14+800+12,i*7+6,beam_height,w5*enddo!定义拉索单元*do,i,1,13et,e num_lin k+i-1,li nk10mp,ex,e num」in k+i-1,2.0e11mp,prxy,e num」in k+i-1,0.3mp,de ns,e nu m_li nk+i-1,cable_de ns(i)!mp,alpx,enum_link+i-1,1.5e-05 !定义索(钢材)的线膨胀系数lsel,u,real,,1,1000r,i+e num」in k-1,cable_area(i),cable」strai n(i)lstr,30-2*(i-1),kp_ numfour+i*14+400+12lstr,30-2*(i-1),kp_ numfour+i*14+800+12latt,e nu m_li nk+i-1,e nu m_li nk+i-1,e nu m_li nk+i-1 lesize,all,,,1,,1 lmesh,alllsel,all*enddo/com,create the back cables*set,e nu m_back_cable,e nu m_li nk+13et,e num _back_cable,li nk10mp,ex,e nu m_back_cable,2.0e11mp,prxy,e nu m_back_cable,0.3mp,de ns,e nu m_back_cable,cable_de ns_backr,enu m_back_cable,cable_area_back,cable_back_istra inilsel,u,real,,1,e nu m_back_cable-1k,3001,-45,k,3002,-45+2.956lstr,3001,10latt,e nu m_back_cable,e nu m_back_cable,e nu m_back_cablelesize,all,,,1,,1lmesh,allallsel,allet,e nu m_back_cable+1,li nk10mp,ex,e nu m_back_cable+1,2.0e11mp,prxy,e nu m_back_cable+1,0.3mp,de ns,e nu m_back_cable+1,cable_de ns_backr,enu m_back_cable+1,cable_area_back,cable_back_istra in2 lsel,u,real,,1,200lstr,3002,18latt,e nu m_back_cable+1,e nu m_back_cable+1,e nu m_back_cable+1 lesize,all,,,1,,1 lmesh,allallsel,allesel,s,e name,,li nk10cm,cable,elemalls/com,create the croSSbeams*set,e nu m_croSSbeam,e num_back_cable+2 !横梁的单元号et,e nu m_croSSbeam,beam4mp,ex,e nu m_croSSbeam,3.5e20mp,prxy,e nu m_croSSbeam,0.167mp,de ns,e nu m_croSSbeam,2500r,enu m_croSSbeam,0.5,0.5**3/12,0.5/12,0.5,1, lsel,u,real,,1,150*do,i,1,13lstr,kp_numfour+i*14+400+12,kp_ numfour+i*14+12lstr,kp_numfour+i*14+12,kp_ numfour+14*i+800+12 lesize,all,,,3,,1latt,e nu m_croSSbeam,e nu m_croSSbeam,e nu m_croSSbeam, lmesh,all*enddoallsel,alldk,kp_ nu mthree,all,dk,kp_ nu mthree+100,all,dk,kp_ num four,all,dk,3001,all,dk,3002,all,dk,kp_ nu mfive,uy,/soluan type,0acel,,10allssolvefinisav*do,i,1,38*set,yy(i),y1-ky(i)*set,hhs(i),diff1」en gth*yy(i)/(y1-y2)+le ngth1 *set,bbs(i),diff1_width*yy(i)/(y1-y2)+width1SSS(i)=BBS(i)*HHS(i) !按照实心截面IIZZS(i)=BBS(i)*HHS(i)**3/12。

基于ansys斜拉桥的稳态有限元分析摘要：采用有限元分析软件ansys建立斜拉桥三维立体模型，其中拉索桥的所有梁采用beam模型，桥面采用shell模型，10根拉索桥将采用link模型，将beam模型和shell模型用form new part组合为一体，最后，求出整个模型的变形云图，并进行稳态等问题的相关后处理。

关键词：有限元分析；beam模型；shell模型；link模型1 建立有限元模型1.1三维有限元模型的建立采用有限元分析软件ansys建立斜拉桥三维立体模型，并对其进行数值分析。

在Engineering Data表格内点击右键新建一种材料，命名为c40，依次定义density （密度）为2500kg/m3，Young’s Modulus（杨氏模量）为33000Mpa，Poisson’s Ratio（泊松比）为0.2。

其材料属性如表1所示，点击Model进入Mechanical界面，如图4-6-16所示定义Shell模型的厚度和材料。

1.2.定义Link单元类型点击Line Body，依次命名为11，12，……，110，右键Insert Commands，在空白处输入以下命令。

LINK180单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。

这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。

就像铰接结构一样，单元不承受弯矩。

单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形、大应变等功能。

默认情况下，无论进行何种分析，当使用命令NLGEOM，ON时，LINK180单元的应力刚化效应开关打开。

同时本单元还具有弹性、各向同性塑性硬化、动力塑性硬化、Hill（各向异性塑性）、Chaboche（非线性塑性硬化）以及蠕变等性能。

LINK180单元通过两个节点I和J、横截面面积（AREA）、单位长度的质量（ADDMAS）及材料属性来定义。

单元的X轴是沿着节点I到节点J的单元长度方向。

目录一．文件名及前处理模式 (2)二．截面的建立 (2)1.主梁截面 (2)2.桥塔截面 (30)三．定义单元属性 (31)四．建立主要节点和单元 (32)1.主梁节点和单元 (32)2.桥塔节点和单元 (39)3.斜拉索节点和单元 (40)4.鱼刺骨模型模拟斜拉索与主梁连接 (41)五．加载与求解 (43)1.施加边界条件 (43)2.施加自重和公路一级荷载 (43)六．动力特性 (43)1.前十阶模态自振频率 (43)2.前五阶振型图 (44)一．文件名及前处理模式定义工作文件名与工作标题，并进入前处理模式(PREP7)：/FILNAME,BRIDGE,1 !定义工作文件名/TITLE,ZHANG HAO NAN’S HOMEWORK !定义工作标题/REPLOT !重新显示/PREP7 !进入PREP7处理器二．截面的建立1.主梁截面根据本桥图纸，截面一共有32个，其中包括截面纵向变化与横向变化，为简化模型，减小工作量，选取其中11个截面作为分析对象，可以大致上反应桥梁的形态，从左到右选取图纸中的截面：截面1：左边跨直线段截面截面8：4号墩墩顶截面截面11：截面第一次横向变化(39M—43M)起始截面截面14：截面第一次横向变化(39M—43M)结束截面截面16：主跨跨中截面截面22：截面第二次横向变化(43M—45M)起始截面截面24：截面第二次横向变化(43M—45M)结束截面截面25：5号墩墩顶截面截面27：截面第二次横向变化(45M—39M)起始截面截面31：截面第二次横向变化(45M—39M)结束截面截面32：6号墩墩顶截面由于截面形式复杂，而变截面需要前后两端的拓扑一致，即两端的形状，线与线的关系必须一致，两端截面的节点能一一对应，不使用辅助软件的条件下，必须对这些截面在输入时进行划分，取单元形状为四边形，方向为逆时针，并定义梁截面为MESH(自定义截面)，截面偏移为梁节点偏移至横截面圆点。

/filname,cable-stayed bridge,1 keyw,pr_struc,1/prep7!定义单元类型et,1,beam4et,2,link10!定义材料属性mp,ex,1,3.5e10mp,prxy,1,0.17mp,dens,1,2500mp,ex,2,10e15mp,prxy,2,0mp,dens,2,0mp,ex,3,1.9e10mp,prxy,3,0.25mp,dens,3,1200mp,damp,3,0.5!定义实常数!定义实常数r,1,25.6,20,546.133,16,1.6 r,2,16,29.417,15.394,3.4,4.7 r,3,54,364.5,162,6,9r,4,40,213.3,83.3,5,8r,5,1,1/12,1/12,1,1r,6,0.012,0.012 !索的!创建节点和单元!建立主梁节点/view,1,1,1,1/angle,1,270,xm,0/replot*do,i,1,59 !此循环用于建立主梁的半跨节点x=-174*2+(i-1)*6 !最左端x=174*2，x=0左边的节点x坐标值，间距为6y1=-14 !桥面宽28米，故左边节点为-14y2=14 !桥面宽28米，故右边节点为-14n,3*(i-1)+1,x !建立主梁节点 3*（i-1）+1为节点号n,3*(i-1)+2,x,y1 !以下两行建立桥面两边节点n,3*i,x,y2 !能想出这种建模命令的绝对是编程高手，哈哈*enddo !完全可以先建立端部的三个节点，然后用这三个节点在x方向上复制59份，间距为6!建立主梁单元type,1real,1mat,1*do,i,1,58,1 !以下循环建立建立桥面中线主梁单元j=3*(i-1)+1e,j,j+3*enddo!建立鱼刺刚横梁type,1real,5mat,2*do,i,1,59,1 !以下循环用于建立桥面鱼刺横梁的节点j=3*(i-1)+1j1=3*(i-1)+2j2=3*ie,j,j1e,j,j2*enddo!建立半跨主塔i=59*3 !变量用于记录桥面的节点数，即至此已经建立了59*3个节点了，用于指导以后设定节点的编号n,i+1,-174,-10,-30 !以下两行记录塔脚节点n,i+2,-174,10,-30n,i+3,-174,-15 !以下两行用于建立与桥面齐高的主塔节点n,i+4,-174,15*do,j,1,5,1 !以下循环用于建立索塔在桥面以上的节点k=i+4+jn,k,-174,0,60+(j-1)*18*enddo!建立下索塔单元type,1real,4mat,1e,i+1,i+3 !以下用于建立主塔在桥面以下的两根塔柱单元e,i+2,i+4!建立中索塔单元type,1real,3mat,1e,i+3,i+5 !以下用于建立倒Y分叉点到桥面间的两根塔柱单元e,i+4,i+5!建立上索塔单元type,1real,2mat,1*do,j,1,4,1 !以下用于建立倒Y分叉点以上的塔柱单元k=i+4+je,k,k+1*enddo!建立与塔的倒Y分叉点链接的索单元type,2real,6mat,3e,i+5,89e,i+5,90!建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的索单元*do,j,1,8,1!此循环用于建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的所有索单元，共32个e,i+6,89+3*je,i+6,89-3*je,i+6,90+3*je,i+6,90-3*j*enddo!建立与主塔的其他三个张拉点连接的单元*do,k,1,3,1*do,j,1,7,1e,i+6+k,113+(k-1)*21+3*j !一共有28个索单元连接在每个张拉点上e,i+6+k,65-(k-1)*21-3*je,i+6+k,114+(k-1)*21+3*je,i+6+k,66-(k-1)*21-3*j*enddo*enddo!生成全桥模型节点i=i+9 !记录半跨的所有节点数nsym,x,i,all !用映射法直接建立另半跨节点esym,,i,all !用映射法直接建立另半跨单元nummrg,all !合并所有节点和单元!建立索塔连接横梁单元type,1real,5mat,2j=ii=i-9n,1000,-174e,1000,i+3e,1000,i+4n,2000,174e,2000,i+3+je,2000,i+4+j!施加主塔的四个脚上的全约束nsel,s,loc,z,-30d,all,allallsel!在左桥端施加y,z约束nsel,s,loc,x,-348 !仅给左端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyd,all,uzallsel!在右桥端施加y约束nsel,s,loc,x,348 !仅给右端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyallselnumcmp,all!施加重力场acel,,,9.8!耦合节点,耦合跨中由于对称而重复的单元节点以及两主塔上塔横梁和主梁的重合节点，cpintf,uycpintf,uzcpintf,rotxcpintf,rotz。

第30卷　第3期2006年6月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Jou rnal of W uhan U n iversity of T echno logy(T ran spo rtati on Science &Engineering )V o l .30　N o.3June 2006基于AN SYS 的斜拉桥施工过程模拟分析 收稿日期:20051112 廖小雄:男,26岁,硕士,主要研究领域为大跨度桥梁设计与结构非线性分析廖小雄1,2)　黄　艳3)　郭　奔4)　杨吉新1)(武汉理工大学交通学院1)　武汉　430063)(深圳市电子院设计有限公司2)　深圳　518031)(湖北省宜昌市交通规划勘察设计研究院3)　宜昌　443000)(湖北楚维工程咨询监理有限责任公司4)　荆门　448000)摘要:施工控制在大跨径斜拉桥施工过程中的地位日益重要,而桥梁的施工模拟计算对整个施工控制的成败与效率起着关键性作用.文中结合云阳长江公路大桥的施工监控实践,利用AN SYS 的二次开发工具A PDL 语言,同时引入生死单元功能,编制了相应的AN SYS 命令流程序,成功地实现了该斜拉桥的施工过程模拟分析.关键词:斜拉桥;几何非线性;AN SYS ;施工模拟中图法分类号:U 448.27 云阳长江公路大桥为双塔双索面PC 斜拉桥,跨径组合为132.0m +318.0m +187.0m .主梁为钢筋砼双纵肋主梁,横截面宽20.5m ,梁高2.42m ,采用后支点挂篮悬臂施工[1].该桥的施工模拟计算,采用正装计算法,即首先建立该桥梁结构的有限元分析模型,然后按照该桥梁结构实际加载顺序来进行结构的受力和变形分析,得到各施工阶段的位移和内力状态,为施工控制提供依据[2].1　A PDL 语言和单元生死功能AN SYS 参数化设计语言A PDL (AN SYS p aram etric design language )是AN SYS 的一个非常强大二次开发工具,可以用于根据参数来建立模型[3].A PDL 包含许多特性,诸如参数、函数、条件语句、DO 循环、宏和用户程序等.使用这些特性,用户可以创建一控制方案,使程序在特定的应用范围内发挥最大效率.斜拉桥施工分析的力学模型是一动态模型,A PDL 语言的应用使得我们可以更方便地控制所分析桥梁的模型,使得桥梁的施工模拟分析更加程序化、简单化.在结构模型中,如果添加或删除单元,则模型中相应的单元就可能变得存在或消亡.单元生死功能用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元.2　斜拉桥非线性的主要影响因素斜拉桥是一个由索、塔、梁三种基本构件组成的组合结构,属于高次超静定的柔性体系,应从大变形效应、垂度效应和弯矩轴向力组合效应三方面考虑其几何非线性问题[425].1)结构大变形的影响　在荷载作用下,节点坐标随着荷载的增加发生着较大的变化,各个单元的长度、倾角也发生了改变.结构刚度矩阵是几何变形的函数.因此,平衡方程{F }=[K ]{∆}不再是线性关系.在几何非线性有限元分析中,考虑大变形的影响,就是把平衡方程建立在变形后的几何位置上.2)斜拉索垂度的影响　施工阶段斜拉索受到的拉力比成桥阶段小,由缆索垂度影响而引起的非线性较为明显.为考虑这一效应,计算中可根据各施工阶段的索力,将拉索单元的弹性模量用E rn st 公式不断修正,得出更新的拉索单元刚度矩阵.拉索换算弹性模量是指拉索在工程结构中表现出的弹性模量,其表达式为E rn st 公式,即E =E 01+(ΧS co s Α)212Ρ3E 0式中:E 为考虑垂度影响的拉索换算弹性模量,kPa ;E 0为拉索弹性模量,kPa ;Χ为拉索换算容重,kN m 3;S 为拉索长度,m ;Α为拉索与水平线的夹角,(°);Ρ为拉索应力,kPa .3)轴力弯矩组合效应的影响　斜拉桥的斜拉索拉力使其他构件处于弯矩和轴向力组合作用下,这些构件即使在材料满足虎克定律的情况下也会呈现非线性特性.3　施工分析的力学建模与计算利用AN SYS 的二次开发工具A PDL 语言,编制相应的命令流程序,建立平面杆系模型,对该斜拉桥的施工过程进行一次正装计算,通过引入换算弹性模量、稳定性函数和几何刚度矩阵来计入各种非线性效应的影响.对该斜拉桥施工过程进行正装计算时,根据施工方案将各标准梁段施工分成挂篮就位、浇筑砼、张拉预应力钢筋、斜拉索张拉4个工况.结构计算简图见图1.图1　云阳长江公路大桥结构计算简图具体分析步骤如下.1)建立该桥一半结构的有限元模型.首先定义单元类型、实常数和材料特性.斜拉索采用二维杆L I N K 单元模拟,主梁和刚臂采用二维梁B EAM 单元模拟,分别用R 命令定义共49种实常数和M P 命令定义4种材料特性,用N 命令定义所有的结点,用E 命令定义所有的单元,并且把各单元类型、实常数和材料特性赋值给各个单元,对塔梁相互支承的两个结点进行U X ,U Y ,RO T Z 三个方向的位移耦合(模拟塔梁临时固结).在利用命令流定义结点和单元时使结点和单元编号符合一定的规律,以便在以后做各个工况分析时可以更好地控制所分析的模型.这部分建模命令流程序在以后的每个单个工况分析时均会用到.2)对各个节段施工的各个工况分别进行模拟分析　以N 18节段施工的浇筑砼工况为例,在前一步建立的模型的基础上,首先定义约束和非线性分析选项.命令流如下.SOLU !进入求解器D ,1,ALL ,,!定义约束NL GEOM ,ON !打开大变形N RO PT ,FULL ,,ON !定义N R 选项N SUBST ,25!定义子步数SST IF ,ON !应力刚化AU TO T S ,1!自动时间步控制LN SRCH ,ON!打开线性搜索CNV TOL ,F ,,0.05,2,1!定义收敛条件N EQ IT ,75!迭代次数限值F I N ISH!结束下一步　定义荷载、生死单元与求解.在模型上施加新增加的荷载,即N 18节段砼的自重均布荷载或等效挂篮支反力.被EK I LL 命令杀死的单元是指在结构本工况分析时不存在,即尚未出生的单元.定义生死单元及求解的命令流如下.SOLU !进入求解器EK I LL ,2443DO ,i ,248,272EK I LL ,i3ENDDO !杀死不存在单元3DO ,i ,214,231D ,i ,ALL ,,3ENDDO!约束不活动结点SAV E !保存SOLV E!求解F I N ISH!结束3)后处理查看结果　对各个施工工况模拟计算完成之后,分别通过后处理导出计算结果,得到各个工况施工后相对于该工况施工前主梁的应力、挠度、索力以及塔顶偏移的变化量,然后在EXCEL 里进行叠加,可以求出最大悬臂时(即J 20索张拉后)各梁段的应力、变形、索力以及塔顶偏移的大小等.并将此计算结果与设计单位、监控单位V SES 软件的计算结果进行对比分析.4)建立整桥结构模型　根据实际受力情况,分别模拟边跨合龙、中跨合龙、放松临时固结、全・794・　第3期廖小雄,等:基于AN SYS 的斜拉桥施工过程模拟分析桥调索、桥面铺装等施工工况,将计算结果与边跨合龙前的累计值进行叠加后就可以得到成桥时各梁段的应力、挠度、索力以及塔顶偏移的大小等.4　计算结果比较分析以最大悬臂状态时的计算结果为例进行比较分析.所建立的AN SYS 施工分析模型考虑几何非线性效应的计算结果见表1～表3,该计算结果与监控单位V SES 软件线性计算结果比较柱形图如图2～图4所示. 从表1～表3、图2～图4可以看出:(1)斜拉索的索力随着索号的增加逐渐增大(个别索除外).(2)采用AN SYS 非线性计算得到的索力计算值比V SES 线性计算得到的索力值大,差值在1%～3%范围内.(3)主梁的上缘受压,最大压应力达到12.0M Pa (<20.0M Pa ),主梁下缘少数梁段受拉,拉应力均小于2.0M Pa .采用AN SYS 计算得到的上下缘应力值与V SES 计算结果差值在5%以内,且与设计结果相符.表1　最大悬臂时计算索力值一览表kN索号　计算索力值　边跨 中跨索号　计算索力值　边跨 中跨C 140614045C 1134793427C 228812858C 1237213669C 322852262C 1339993949C 424392411C 1443334286C 525912560C 1545054456C 625722529C 1648964854C 727482704C 1752145177C 829502906C 1855375507C 930282979C 1960065990C 1032493198C 2064546454表2　最大悬臂时主梁各节段上边缘应力值一览表M Pa 梁段　上边缘应力值 边跨 中跨梁段　上边缘应力值 边跨 中跨N 1-10.28-10.41N 11-9.45-9.73N 2-11.29-11.46N 12-8.64-8.89N 3-10.88-11.09N 13-7.74-7.96N 4-11.49-11.74N 14-6.82-7.00N 5-10.76-11.02N 15-5.92-6.06N 6-11.04-11.33N 16-5.10-5.21N 7-11.11-11.41N 17-4.41-4.48N 8-10.97-11.28N 18-4.15-4.12N 9-10.65-10.96N 19-4.24-4.25N 10-10.13-10.43N 20-3.78-3.78表3　最大悬臂时主梁各节段累计下边缘应力值一览表M Pa 梁段下边缘应力值　边跨 中跨梁段下边缘应力值　边跨 中跨N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 10-8.10-4.95-3.51-2.28-1.28-0.50　0.67　1.19　0.86-0.12-7.88-4.67-3.18-1.90-0.85-0.04　0.95　1.45　0.88　0.22N 11N 12N 13N 14N 15N 16N 17N 18N 19N 20-0.79-1.49-2.28-3.04-3.73-4.21-4.41-3.88-2.69-2.30-0.36-1.11-1.95-2.77-3.52-4.06-4.33-3.94-2.68-2.305　结 论利用AN SYS 的二次开发工具A PDL 语言,同时引入生死单元功能,编制相应的AN SYS 命令流程序,成功地实现了该斜拉桥的施工模拟分析.基于以上计算结果比较分析,可以得出以下结论:(1)在施工过程中,大跨径斜拉桥的几何非线性效应对其斜拉索索力、主梁应力等内力有一定图2　最大悬臂时中跨各斜拉索计算索力值图3　最大悬臂时边跨主梁上缘应力值・894・武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2006年　第30卷图4　最大悬臂时中跨主梁下缘应力值影响,线性分析会产生一定的误差.(2)利用AN 2SYS 的二次开发工具A PDL 语言,引入生死单元功能,编制相应的AN SYS 命令流程序,进行桥梁的施工模拟分析是切实可行的.(3)结合该斜拉桥的施工监控实践,通过分析研究认为,利用该AN SYS 程序对该桥整个施工过程进行正装计算所得到的结果是合理有效的,利用此计算结果进行施工监控,能达到设计所要求的成桥状态.参考文献[1]　张宝魁,杨吉新,曾　彦.云阳长江公路大桥施工控制计算分析.武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2004,28(3):3382341[2]　向中富.桥梁施工控制技术.北京:人民交通出版社,2001[3]　R eddy P ,Ghabou ssi J ,H aw k in s N M .Si m u lati on ofcon structi on of cab le 2stayed b ridges .Jou rnal of B ridge Engineering ,1999,4(4):2582262[4]　卫　星,强士中.利用AN SYS 实现斜拉桥非线性分析.四川建筑科学研究,2003(12):14217[5]　李平利,石少华.大跨斜拉桥的静力几何非线性分析.四川建筑,2004(2):47Si m u lati on and A nalysis of Con structi on State ofCab le 2Stayed B ridge Based on AN SYSL i ao X i aox iong 1,2)　Huang Yan 3)　Guo Ben 4)　Yang J ix i n1)(S chool of T ransp orta tion ,W U T ,W uhan 430063)1)(S hen {hen E lectron ics D esig n Institu te Co .,L td .,S henz hen 518031)2)(H ig hw ay Co m m un ica tion P lann ing ,S u rvey andD esig n Institu te of Y ichang C ity ,Y ichang 443000)3)(H ubei Chuw ei E ng ineering Consu lting S up erv isor Co .L td ,J ingm en 448000)4)AbstractT he po siti on of con structi on con tro l in con structi on state of long 2sp an cab le 2stayed B ridge is be 2com ing m o re i m po rtan t increasingly ,the si m u lati on and analysis in con structi on state of b ridges p lay a vital ro le in the w ho le con structi on con tro l.In the p ap er ,basing on the con structi on con tro lling of Yunyang Changjiang B ridge ,the au tho rs m ake u se of the developm en t too l A PDL language in AN 2SYS ,M eanw h ile ,in troduce the elem en t cap ab ility of b irth and death ,com p ile co rresponding p rogram in AN SYS ,realize the si m u lati on and analysis in con structi on state of the cab le 2stayed b ridge .Key words :cab le 2stayed b ridge ;geom etrical non linear ;AN SYS ;con structi on si m u lati on・994・　第3期廖小雄,等:基于AN SYS 的斜拉桥施工过程模拟分析。