ansys对斜拉桥的分析实例

本章介绍桥梁结构的模拟分析。

桥梁是一种重要的工程结构，精确分析桥梁结构在各种受力方式下的响应有较大的工程价值。

模拟不同类型的桥梁需要不同的建模方法，分析内容包括静力分析、动荷载响应分析、施工过程分析等等。

在本章中着重介绍桁架桥、刚架桥和斜拉桥三种类型桥梁。

内容 提要 第6章 ANSYS 桥梁工程应用实例分析本章重点结构分析具体步骤结构静力分析 桁架结构建模方法 结构模态分析本章典型效果图6.1 引言ANSYS通用有限元软件在土木工程应用分析中可发挥巨大的作用。

我们用它来分析桥梁工程结构,可以很好的模拟各种类型桥梁的受力、施工工况、动荷载的耦合等。

ANSYS程序有丰富的单元库和材料库,几乎可以仿真模拟出任何形式的桥梁。

静力分析中,可以较精确的反应出结构的变形、应力分布、内力情况等；动力分析中,也可精确的表达结构的自振频率、振型、荷载耦合、时程响应等特性。

利用有限元软件对桥梁结构进行全桥模拟分析,可以得出较准确的分析结果。

本章介绍桥梁结构的模拟分析。

作为一种重要的工程结构,桥梁的精确分析具有较大的工程价值。

桥梁的种类繁多,如梁桥、拱桥、钢构桥、悬索桥、斜拉桥等等,不同类型的桥梁可以采用不同的建模方法。

桥梁的分析内容又包括静力分析、施工过程模拟、动荷载响应分析等。

可以看出桥梁的整体分析过程比较复杂。

总体上来说,主要的模拟分析过程如下:(1) 根据计算数据,选择合适的单元和材料,建立准确的桥梁有限元模型。

(2) 施加静力或者动力荷载,选择适当的边界条件。

(3) 根据分析问题的不同,选择合适的求解器进行求解。

(4) 在后处理器中观察计算结果。

(5) 如有需要,调整模型或者荷载条件,重新分析计算。

桥梁的种类和分析内容众多,不同类型桥梁的的分析过程有所不同,分析侧重点也不一样。

在这里仅仅给出大致的分析过程,具体内容还要看具体实例的情况。

6.2 典型桥梁分析模拟过程6.2.1 创建物理环境建立桥梁模型之前必须对工作环境进行一系列的设置。

基于ANSYS的斜拉桥主塔混凝土浇筑过程水化热分析摘要：以某大跨斜拉桥为工程背景，基于ansys的apdl语言编制相应的命令流程序，建立了斜拉桥索塔的三维有限元模型，对主塔下塔柱第一节段混凝土浇筑过程水化热进行了仿真分析。

结果表明，理论计算结果与现场监测较为吻合，验证了理论计算方法的可行性，为该桥的施工监控和其他同类桥梁的计算分析提供了依据。

关键词：ansys斜拉桥大体积混凝土温度场中图分类号：u448.27文献标识码： a 文章编号：1.概述斜拉桥主塔属于大体积高标号混凝土结构，在混凝土浇筑过程的水化反应生热不易较快散失，从而形成结构内部较大的不均匀温度场，导致构件产生截面应力重分布和结构内力重分布，影响结构的变形、裂缝的出现和发展等使用性能，甚至影响极限承载力。

本文以某大跨度斜拉桥为工程背景，用ansys有限元软件模拟主塔节段混凝土浇筑水化反应生热的过程以及由此引起结构的应力，并根据计算结果提出了合理的温控措施。

1.工程概况某大跨斜拉桥主塔选用花瓶形，塔高102.5m，采用c50钢筋混凝土结构，分节段爬模法施工。

下塔柱第1节段高4.5m，分为实体段和单箱单室段。

其中实体段高3m，横桥向宽5.85-6m，顺桥向宽10.8-11m；单箱单室段高1.5m，横桥向宽5.77-5.85m，顺桥向宽10.7-10.8m，横桥向壁厚为1.2m，顺桥向壁厚为1.5m。

2.温控计算2.1计算模型根据图纸尺寸取第一节段1/4对称部分进行计算，有限元模型如附图1所示，建模要点如下：附图1（1）浇筑前模拟参数：混凝土密度为2450kg/m3，导热系数为300.89，比热为1.01，初温度为28.7℃。

边界及对流条件如下：塔座底部和承台之间以及结构对称面与外界环境之间不考虑热交换：hflux=0；第一节段混凝土外侧为钢模板，对流系数取；内侧为木模板，；塔座外侧、第1节段混凝土表面与空气接触，对流系数取。

当与空气接触或有模板和保温层时，可按下式计算对流系数：式中，为模板的厚度（m）,取21mm；为模板的导热系数（w/m·k），木模板取0.23；钢模板取58；为空气的传热系数，可取23（w/m2·k）（2）浇筑后模拟参数：混凝土密度为2450kg/m3，泊松比为0.167，线胀系数为2.0e-5，参考温度为28℃。

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。