128m连续钢箱梁仿真分析

128m连续钢箱梁仿真分析Simulation of a 128m Span Continuous SteelBox Girder毕业论文成绩单毕业论文开题报告摘要有限元法是分析复杂工程结构的一种非常有效的数值方法．本文介绍了使用ANSYS有限元计算软件进行结构分析的方法，叙述了采用ANSYS进行连续钢箱梁结构分析的实施步骤。

基于有限元分析软件ANSYS及工程实例，建立了钢箱梁主体结构(包括顶板、U型加劲肋、横隔板、中腹板和底板)的模型。

根据连续钢箱梁的受力特性，考虑各部分的相互作用，采用有限元3-D板壳单元对空间连续箱粱的力学性能进行了分析，得出了在两种工况下钢箱梁的应力分布状况，为钢箱梁桥的优化设计提供了依据。

通过计算表明，主梁跨中截面挠度较大，但并未超出允许值，应力满足强度条件，整个钢箱梁安全可靠。

关键字：连续钢箱梁有限元分析模型AbstractFinite element method is a useful numerical method to analyze complex structures. This paper introduces an analysis method of structure by using ANSYS, and describes the analysis procedure of the continuous steel box girder．Base on ANSYS and the engineering example, the general model of the steel box structure (including top slaps，u-type stiffeners, diaphragms, webs and bottom slaps) is established．According to the mechanical character of continuous steel box girder，and considering the interaction of each part，the paper analyzes the mechanical properties of the continuous steel box girder by using 3-D shell elements，get the steel box girder’s stress distribution at two conditions, which provides some bases for the optimization design of the structure. The calculation shows that the deformation of the midspan is great, but it does not exceed the allowable value. The stress is also satisfies the requirement of strength, the steel box girder is safe and reliable.Key words:continuous steel box girder finite element analysis model目录第1章绪论 (1)1.1 课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1常规桥梁结构计算 (1)1.2.2全桥结构仿真分析 (3)1.3 论文主要研究内容 (3)第2章钢箱梁背景介绍 (4)2.1 钢箱梁的钢材选择 (4)2.2 钢箱梁主要设计参数的选择 (5)2.2.1桥面顶板的厚度 (5)2.2.2纵向加劲肋 (6)2.2.3横隔板设计 (6)2.3 抗风性能对箱梁设计的要求 (8)第3章钢箱梁模型建立 (9)3.1 工程概况 (9)3.2 ANSYS软件介绍 (10)3.2.1 ANSYS软件的基本介绍 (10)3.2.2 ANSYS桥梁结构工程应用 (13)3.3 主梁建模 (14)3.3.1模型说明 (14)3.3.2主梁建模过程 (14)3.4 有限元模型生成 (20)3.4.1各类常数设置 (20)3.4.2网格划分 (21)3.5 模型说明 (22)第4章数值计算及分析 (23)4.1 计算说明 (23)4.2 加载计算 (23)4.2.1添加约束 (23)4.2.2添加自重及车道荷载 (23)4.2.3自重下变形及应力 (24)4.2.4自重+车道荷载下变形及应力 (27)4.3 模态分析 (30)第5章结论 (34)参考文献 (35)致谢 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

附录A 英文资料 (36)附录B 翻译 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章绪论1.1 课题研究的目的和意义钢箱梁由于采用高强材料，构件重量轻、强度高、运输安装简捷，是大跨桥梁的理想桥型。

钢箱梁用于桥梁的结构形式主要优点有桥式整体性好，外形美观大方，行车和行走平稳，冲击性小，结构轻巧，跨越能力大，施工便捷，工程造价适中。

随着交通工程建设和市政工程建设的发展，国内近年来越来越多地采用钢箱梁作为大跨桥梁的结构形式。

本文利用大型有限元分析软件ANSYS对一大跨度箱形梁进行静态和动态特性分析，表明该箱形梁结构的刚度、强度和自振频率都满足设计指标要求。

利用ANSYS软件，使工程人员从经验出发完成的设计建立在精确的科学分析基础上，从而极大的提高了设计的可预见性、可靠性和合理性，为工程人员进一步改进和优化提供了参考。

1.2 国内外研究现状桥梁结构分析经历了从平面计算到空间计算、从线性计算到非线性计算、从静力计算到动力计算、从铰连接杆计算到刚性或半刚性连接梁计算、从局部模型计算到全桥模型计算的过渡。

近20年来，随着计算机技术的进步，桥梁结构计算取得了较大的发展。

桥梁结构分析一般有常规桥梁结构计算和全桥结构仿真分析两种方法。

1.2.1 常规桥梁结构计算以大跨斜拉桥结构计算为例，目前国内外较完善的方法通常按照不同层次分别进行计算。

大跨斜拉桥结构计算通常划分成3个不同层次：第1层次指全桥结构总体分析，即建立由索、梁、塔各主要关键构件组成的模型进行计算，它能代表全桥的主要结构行为；第2层次指在主要构件范围内的结构分析，例如梁段和塔柱段的计算分析，包括常见的梁结构的计算，考虑梁段应力和桥面作用效应(如铜箱梁的正交异性板桥面体系)在内；第3层次指复杂细节或局部构造的结构计算，如斜拉桥的索梁锚固构造计算、索塔锚固构造计算等。

从以上简述斜拉桥比较复杂的结构分析计算中可见，现有计算方法已经能够考虑到桥梁结构的很多实质性问题，也使结构计算精度比以前提高了一大步，使桥梁结构计算达到较高水平，由此成为桥梁工程技术进步的标志之一。

然而，在深入研究中发现，即使是相对完善的结构计算方法，仍存在着如下问题。

(1)点连接问题在桥梁计算模型中，代表多数构件的线单元之间的点连接(即通过节点)带来2个方面问题：①点连接仅能从构件本身的刚度考虑连接的支撑和约束程度，而不能考虑到节点的真实构成，如节点板、隔板位置和孔洞等，尤其是节点板和拼接板对节点刚度的增强作用对全桥局部变形和应力计算均会带来较大误差，而且构件连接往往是整个结构成败的关键；②点连接导致与桥梁构件宽度、高度方向相关的物理量产生的计算误差。

(2)全桥构件问题包括纵向联结系、横向联结系和桥面系等在内的构件在全桥计算中通常考虑得不够充分。

(3)局部构造问题局部构造带来计算失真的问题主要有：①未能反映构件所包含的结构性细部(如与箱梁和箱形杆件抗扭刚度密切相关的隔板)；②忽略构件在长度、高度或者宽度方向的非均匀性和非对称性因素。

(4) 局部模型问题在第3层次局部构造的结构计算中，常常难以准确获得所取构造模型的边界条件(约束、变位或受力)，容易使计算结果失真。

(5) 二次效应问题诸如横截面畸变、局部屈曲和剪力滞后等二次效应对全桥总体分析计算的影响难以得到实质性的反映，例如在大跨、宽梁结构中梁在不同纵向位置的有效宽度计算误差问题。

(6) 分步计算问题以大跨桥梁的正交异性板桥面钢箱梁结构计算为倒，常规分析方法需要按下列步骤分别进行：①计算钢箱梁段在全桥体系中的轴力、竖向弯矩、横向弯矩、竖向剪力、横向剪力、竖向荷载作用扭矩和横向荷载作用扭矩等；②分别计算各梁段内轴力作用正应力、竖向荷载扭矩作用剪应力、横向荷载扭矩作用剪应力、畸变翘曲作用纵向正应力、竖向弯矩作用正应力、横向弯矩作用正应力、竖向剪力作用剪应力、横向剪力作用剪应力、畸变翘曲作用横向正应力和梁部日照温差作用纵向正应力；③正交异性板桥面轮轴荷载作用纵向正应力及横向正应力等；④必要时计算桥面顶板体系轮轴荷载作用的纵向正应力及横向正应力等；⑤进行上述各项计算应力的合理叠加与组合。

由此可见，计算过程比较复杂、繁琐。

1.2.2 全桥结构仿真分析全桥结构仿真技术，可以针对各种条件和要求，构造各种结构体系桥梁或者各种体系的不同形式构件组成的桥梁，模拟相应的荷载工况进行分析。

全桥结构仿真分析所采用的结构模型必须是准确、详尽，它较传统的结构计算模型有实质性的提高和改善。

在仿真建模中，结构数学模型的真实性表现为3个方面：(1)采用全桥空问结构模型，模型能够真实模拟结构及构件长、宽、高3个方向的实际尺寸，模型具备对结构性部件细节进行较真实模拟}(2)模型边界的真实性表现为其边界条件真实地模拟结构的支承和约束情况；(3)模型加载的真实性表现为能够真实模拟实际荷载的数量、荷载在结构上的实际空间位置，包括轮轴荷载的大小和位置等。

因此，全桥仿真分析的数学模型复杂、仿真分析计算的工作量巨大；但是分析结果的相对精确、可靠和详尽，能够克服常规结构计算存在的不足，甚至可以得到常规结构计算、结构试验难以得到的结果[1]。

1.3 论文主要研究内容本文在学习和总结前人研究工作的基础上，围绕着和平路连续钢箱梁桥的模拟计算进行了较为深入的分析和计算研究。

应用大型通用计算程序ANSYS，建立空间有限元计算模型，对该连续梁进行模拟计算，并简单估算以校正计算结果的正确性和合理性。

归纳起来，主要有以下几方面内容:(1)对大跨度桥梁钢箱梁主要构件设计、选材需要考虑的主要因素进行了较详细的介绍。