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V ol121 N o16公 路 交 通 科 技2004年6月JOURNA L OF HIGHWAY AND TRANSPORT ATION RESEARCH AND DEVE LOPMENT文章编号:1002Ο0268(2004)06Ο0069Ο04用ANSYS对T梁和空心板梁桥进行结构仿真分析的研究吴 炜1,翁 洋2,吕建鸣1(11交通部公路科学研究所,北京 100088;21杭州市公路管理局,浙江 杭州 310004)摘要:本文介绍桥梁三维造型系统Bridge3D软件和大型通用有限元软件ANSY S的接口程序的开发。
用接口程序能够将Bridge3D中的桥梁参数转换成用ANSY S进行结构三维仿真分析的三维实体单元结点数据,并对T梁桥和空心板梁桥进行全桥空间仿真分析。
通过ANSY S的计算结果与荷载横向分布理论的计算结果相比较,分析与讨论了简支T梁桥和空心板梁桥荷载横向分布计算方法的适用性及其精确性问题。
关键词:荷载横向分布;T梁桥和空心板梁桥;有限元;三维实体单元中图分类号:U4481212 文献标识码:AStudy on Simulation of TΟshaped Beam and Hollow Slab Bridge by ANSYSWU Wei1,WENG Yang2,LV JianΟming1(11Research Institute of Highway,M OC,Beijing 100088,China;21Hangzhou R oad Management Bureau,Zhejiang Hangzhou 310004,China)Abstract:An interchange program combines Bridge3D with ANSY S will be introduced in this paper1The interchange program can trans2 form the parameter in formation of Bridge3D into the in formation of element and node for structure simulation analysis with ANSY S1S ome numerical results from ANSY S are com pared with these from transverse distribution of load theory to reflect the applicability and accuracy of transverse distribution of load theory of TΟshaped beam bridge and hollow slab bridge1K ey words:T ransverse distribution of load;TΟshaped beam bridge and hollow slab bridge;Finite element;3ΟDimΟelement0 引言荷载横向分布在梁桥设计中是一个重要的概念,它有效的将梁桥设计中的空间问题简化成平面问题,为梁桥设计提供了方便。
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。
1问题描述桩基础是桥梁工程中广泛应用的重要基础形式之一。
如果场地浅层土的承载力低，无法满足桥梁结构对地基变形和承载力的要求时，需要考虑采用柱基础。
此次课程设计模拟了混泥土桩基（摩擦型）在竖向均布荷载作用下的反应。
具体设计资料如下：1.1柱基础假定场地的软弱土层较厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上，桩顶的荷载主要靠桩身与土体之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可以忽略不计。
桩身采用C20混泥土，混泥E=3.2×1010N/m2，混泥土密度2500 KG/m3，混泥土泊松比0.167。
土抗压弹性模量C1.2土体由于桩基对周围土体的影响随着深度和影响半径的增大而逐渐减小，因此土体按照有限E=2.6×108N/m2，土体密度体积来考虑。
假设桩身周围的土体均质，土体的抗压弹性模量C1900 KG/m3，土体的泊松比0.42，桩基与周围土体的摩擦系数取0.2。
1.3荷载状况桥跨上部结构传递下来的荷载简化成竖向均布荷载，直接作用于桩基础顶部，不考虑水平力和弯矩的影响。
竖向均布荷载设计值为50×104Pa。
2单元的选择2.1桩基础混凝土桩基础，采用SOLID45单元。
SOLID45单元是八节点三维实体单元,每一个节点具有三个自由度。
单元的几何形状、结点位置和单元坐标系如图1所示。
该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化以及大变形大应变和模拟各向异性等功能,所以模型中的桩基础混凝土单元采用SOLID45实体单元。
图1 SOLID45单元2.2土体土体单元选择170，土体与桩基的接触单元选择173。
ANSYS中能用于岩土材料的模型只有DP模型。
DP模型是理想弹塑性模型，理想弹塑性即应力达到屈服极限以后，应力不再增大，但是应变会一直增大。
ANSYS中设定DP模型需要输入3个参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角是用来控制体积膨胀的大小的。
在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生剪缩。
基于ANSYS的桥梁全桩基础的三维有限元仿真分析陈辉【摘要】桥梁基础是桥梁结构工程的一个重要组成部分,它承担着上部结构的重量和外部作用力,并将其传给地基。
该文基于有限元软件ANSYS就桥梁全桩基础进行三维仿真分析,包括桥梁全桩基础的构造设计、建模与网格划分、在自重和汽车活载作用下的受力分析。
【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P58-60)【关键词】桥梁结构;全桩基础;有限元分析;ANSYS【作者】陈辉【作者单位】海门东方路桥工程有限公司,江苏海门226100【正文语种】中文【中图分类】U443.10 前言一般工程结构物是由地基、基础和上部结构组成的，上部结构可以是桥梁等。
基础起着将上部结构荷载传入地基和将地震荷载传给上部结构的连接作用。
因为基础是支撑在地基之上的，不能将基础单纯看为一个结构，它的力学行为与地基和上部结构的刚度有很大联系。
因此，在进行基础的力学分析时，很难得到理论解，通常要进行数值分析。
计算机数值技术的发展，使得人们可以用有限元数值模拟方法对基础工程进行力学分析，本文采用的大型有限元商业软件ANSYS可以用于桥梁基础工程的结构设计。
1 ANSYS简介ANSYS有限元软件是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力及碰撞等问题。
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析），可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
2 桥梁的力学分析模型全桩基础是一种迅速发展的深基础,在桥梁工程中应用极为广泛。
用ANSYS进行桥梁结构分析谢宝来华龙海引言：我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS，这两种软件均以平面杆系为计算内核，多用来解决平面问题。
近来偶然接触到ANSYS，发现其结构分析功能强大，现将一些研究心得写出来，并用一个很好的学习例子（空间钢管拱斜拉桥）作为引玉之砖，和同事们共同研究讨论，共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。
【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发，重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析，最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法，同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。
【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型一、基本概念有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。
还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。
真实系统有限元模型自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。
节点和单元1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。
2、作为一个整体，单元形成了整体结构的数学模型。
3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。
4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。
单元形函数1、FEA 仅仅求解节点处的DOF 值。
2、单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF 值到单元内所有点处DOF 值的计算方法。
3、因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。
4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。
5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。
6、DOF 值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。
7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs 推导出来的（如，结构应力，热梯度）。
1楼层浇筑过程仿真分析/PREP7!定义单元类型、实常数、截面参数ET,1,BEAM188ET,2,SHELL63MP,EX,1,3.25E10 !定义C40混泥土材料属性MP,PRXY,1,0.17MP,DENS,1,2800MP,EX,2,3.0E10 !定义C30混泥土材料属性MP,PRXY,2,0.17MP,DENS,2,2800MP,EX,3,3.0E10MP,PRXY,3,0.167MP,DENS,3,2800SECTYPE,1,BEAM,RECT !框架柱截面特性，设定为矩形截面梁SECDATE,1,1 ！梁宽1，高1SECTYPE,2,BEAM,RECT !外框架梁截面特性SECDATA,0.3,0.5SECTYPE,3,BEAM,RECT !内框架梁截面特性SECDATA,0.4,0.7SECTYPE,4,BEAM,RECT !次梁截面特性SECDATE,0.2,0.4R,2,0.2 !定义楼板及外墙厚度R,3,0.3 !定义筒体单元实常数!建模K,3000,22,8,72k,4000,1000K,,KFILL,1,12KGEN,5,1,12,,,4 KGEN,11,1,60,,,,3!建立框架柱模型*DO,I,1,541,60L,I,I+60*ENDDOLGEN,3,1,10,1,8,,,2 LGEN,2,1,30,1,,16,,48 LGEN,2,1,10,1,,8,,24 LGEN,2,21,30,1,,8,,24 LGEN,2,1,80,1,28,,,7 LATT,1,,1,,4000,,1 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL!建立外环梁模型L,61,65L,65,89L,89,92L,92,68L,68,72L,72,120L,120,109L,109,61LGEN,10,161,168,1,,,3,60 LATT,1,,1,,4000,,2 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL!建立内框架梁模型L,63,111L,85,89L,89,113L,70,118L,92,96L,92,116LGEN,10,241,246,1,,,3,60 LATT,1,,1,,3000,,3 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL！建立次梁模型L,62,110L,64,112L,69,117L,97,108L,73,77L,80,84L,90,102L,91,103LGEN,10,301,309,1,,,3,60 LATT1,,1,,3000,,4 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLALLS!建立楼层板模型*DO,I,61,64A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,4,1,4,1,,4,,12*DO,I,68,71,1A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,4,17,20,1,,4,,12*DO,I,89,91,1A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,10,1,35,1,,,3,60 A,653,656,644,641 AATT,2,2,2AESIZE,ALL,2AMESH,ALLASEL,U,,,ALL!建立外墙模型并划分网格*DO,I,61,64,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,89,91,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,68,71,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,109,112,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,116,119,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,61,97,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,65,77,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,68,80,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,72,108,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDOAGEN,9,352,382,,,,3,60 AATT,3,2,2AESIZE,ALL,2 AMESH,ALLASEL,U,,,ALL!建立筒体模型A,53,56,656,653A,41,44,644,641AATT,1,3,2ESIZE,1,0MSHAPE,0,2DMSHKEY,1AMESH,ALLASEL,U,,,1A,41,53,653,641A,44,56,656,644AATT,1,3,2ESIZE,1,0MSHAPE,0,2DMSHKEY,1AMESH,ALLNUMMRG,ALLNUMCMP,ALLALLSELSA VEFINISH!至此，模型已经全建立完毕！进入求解模块/SOLUANtYPE,STATICDELTIM,0.1,0.05,0.2AUTOTS,ONNLGEOM,ONPRED,ONLNSRCH,ONNSEL,S,LOC,Z,0D,ALL,ALLACEL,,,10!开始施工过程的模拟ESEL,ALLEKILL,ALLESEL,ALLNSEL,ALLD,ALL,ALL!首先修建柱子和梁，同事再修建楼板！将柱、梁和楼板所属的单元激活，并删除其全部约束ESEL,S,TYPE,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,2NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSNSEL,R,LOC,Z,0D,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE!激活第二至第十层的柱、梁和楼板单元*DO,I,2,10,1ESEL,S,TYPE,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*IESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,2NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*IESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE*ENDDO!至此，梁、柱和楼板施工完毕!以下进行外墙及隔墙的施工ESEL,S,MAT,,3 NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3 ESLN,R,1 EALIVE,ALL NSLE,S DDELE,ALL,ALL ALLSESEL,S,MAT,,1 NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3 ESLN,R,1 EALIVE,ALL NSLE,S DDELE,ALL,ALL ALLSNSEL,S,LOC,Z,0 DDELE,ALL,ALL NSEL,ALL ESEL,ALL SOLVE!激活第二至第十层的墙面单元*DO,I,2,10,1ESEL,S,MAT,,3NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*I ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*I ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE*ENDDOFINISH!求解过程结束!进入通用后处理器查看结果/POST1PLNSOL,U,XPLNSOL,U,yPLNSOL,U,zPLNSOL,S,XPLNSOL,S,YPLNSOL,S,Z!查看柱子和梁的轴力，剪力和弯矩ESEL,S,TYPE,,1ETABLE,IF,SMISC,1 !定义轴力单元列表1 ETABLE,JF,SMISC,7 !定义轴力单元列表2 ETABLE,II,SMISC,2 !定义剪力单元列表1 ETABLE,JI,SMISC,8 !定义剪力单元列表2 ETABLE,IM,SMISC,6 !定义弯矩单元列表1 ETABLE,JM,SMISC,12 !定义弯矩单元列表2 PLETAB,IF,NOA V !显示轴力单元列表1 PLETAB,JF,NOA V !显示轴力单元列表2 PLETAB,II,NOA V !显示剪力单元列表1 PLETAB,JI,NOA V !显示剪力单元列表2 PLETAB,IM,NOA V !显示弯矩单元列表1 PLETAB,JM,NOA V !显示弯矩单元列表2 FINISH2.斜拉桥三维仿真分析/filname,cable-stayed bridge,1 keyw,pr_struc,1/prep7!定义单元类型!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,1,25.6,5.46,546.133,16,1.6r,2,16,29.417,15.394,3.4,4.7r,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,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!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,uzcpintf,rotxcpintf,rotz!成桥状态的确定!静力的初步计算!直接进行静力计算/solusolvefinish!得到最大位移为1.288m，由于偏差太大需要重新计算（与事实不符）!修改实常数后重新计算：令r,6,0.012,0.012,即给索以预应变0.012/solu !为了将计算应力用于下面的动力分析，这里打开预应力和集中质量设置开关lumpm,onpstres,onsolvefinish!求得最大位移为0.0329m，说明已经达到成桥状态要求,(与事实不符)!模态分析!分析设置/soluantype,2!MODOPT,LANB,20!EQSLV,SPARMXPAND,10, , ,0LUMPM,1PSTRES,1MODOPT,LANB,20,0,100, ,OFFUPCOORD,1,ON !更新模型计算坐标，目的是为了将预应力效应准确的应用能够到模态分析上来!分析设置完毕solvefinish!激励耦合分析!恢复成桥静力计算结果RESUME, cable-stayedbridge,db, !路径：utility menu>file>resume jobname.db!生成地震激励向量，将记事本格式的地震波数据调入到工作目录下,并执行以下命令*DIM,aay1,ARRAY,2,50,1*DIM,aaz1,ARRAY,2,50,1*CREATE,ansuitmp*VREAD,aay1(1,1),'tjx','txt',' ',50(e9.3,e11.3)/INPUT,ansuitmp*CREATE,ansuitmp*VREAD,aaz1(1,1),'tjy','txt',' ',50(e9.3,e11.3)*END/INPUT,ansuitmp!输入车辆激励波，Z=1000*cos(10*t).车子跨越一个单元的时间为0.1秒（速度216公里/小时），全桥共696米，历时11.6秒，纵向共116个单元，117个节点n=117 !定义向量维数*dim,fcar,array,n !定义车载荷向量*do,i,1,n,1 !以下循环为生成车载荷数据，即向“farc”矩阵中写入数据tt=(i-1)*0.1fcar(i)=1000*cos(10*tt)*enddo!输入风载荷激励p=50*sin(1.5*t)。
桥梁结构仿真分析学院：姓名：学号：指导教师：一、下承式钢管混凝土拱桥，跨径90m 。
主梁截面布置如下图所示，C50混凝土，吊杆为54根直径7mm 钢丝；钢管混凝土拱圈截面如图所示，直径1m 、壁厚14mm 、内填C50混凝土。
吊杆下设置壁厚40cm 的混凝土横梁。
设计荷载公路I 级，4车道。
按照杆系结构计算结构在移动荷载作用下的弯矩和剪力包络图。
立面布置（单位：m ） 拱圈截面布置主梁截面布置（单位：cm ）1、计算模型1）采用单梁模型；2）拱圈采用共节点分离模型，单拱轴，钢管、拱轴混凝土和吊杆弹性模量取2倍的各自模量，面积不变； 3）吊杆不考虑初应变。
输出荷载影响矩阵，然后使用MA TLAB 求解弯矩和剪力包络图（纵桥向最不利加载）。
2、计算结果102030405060708090-2-1.5-1-0.500.51x 104x (m)M (k N m )图1-1 主梁弯矩包络图图1-2 主梁剪力包络图3、ANSYS 命令流FINISH /CLEAR/TITLE,Concrete-Filled Tube Arch Bridge /PREP7ET,1,82 !辅助单元类型CYL4,0.5,0.5,0.5,,0.486 !建立一个环面 SMRTSIZE,5 !网格划分 AMESH,ALLSECWRITE,STEEL_TUBE,SECT,,1 !截面存盘（文件名：STEEL_TUBE ；文件拓展名：SECT ；单元类型属性：1）SECTYPE,1,BEAM,MESH, !截面类型和ID 定义SECOFFSET,CENT,,, !截面偏移，CENT 偏移到质心SECREAD,'STEEL_TUBE','SECT',,MESH !读入截面ASEL,ALL !选择所有面 ACLEAR,ALLADELE,ALL,,,1 !将图形及面、线、点全部删除（只保留截面文件）CYL4,0.5,0.5,0.486 !建立一个圆面SMRTSIZE,5AMESH,ALLSECWRITE,CONCRETE,SECT,,1 SECTYPE,2,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,,SECREAD,'CONCRETE','SECT',,MESH ASEL,ALL ACLEAR,ALL ADELE,ALL,,,1 K,1,-9 K,2,-9,-0.2 K,3,-7,-0.5 K,4,-6.5,-1.8 K,5,-5,-1.8 K,6,-4.5,-0.5 K,7,-4,-0.25 K,8,4,-0.25 K,9,4.5,-0.25 K,10,5,-1.8 K,11,6.5,-1.8 K,12,7,-0.5 K,13,9,-0.2 K,14,9A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 SMRTSIZE,5 AMESH,ALLSECWRITE,ZL,SECT,,1 SECTYPE,3,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,,SECREAD,'ZL','SECT',,MESHASEL,ALLACLEAR,ALLADELE,ALL,,,1ET,1,BEAM44 !钢管材料特性MP,EX,1,2.1E11*2 !弹性模量，单位：PaMP,DENS,1,7800 !密度，单位：kg/立方米MP,PRXY,1,0.3 !泊松比ET,2,BEAM44 !拱轴混凝土材料特性MP,EX,2,3.45E10*2MP,DENS,2,2600MP,PRXY,2,0.1667ET,3,BEAM44 !主梁混凝土材料特性MP,EX,3,3.45E10MP,DENS,3,2600MP,PRXY,3,0.1667ET,4,LINK10 !吊杆材料特性（平行钢丝束）MP,EX,4,1.95E11*2MP,DENS,4,7800MP,PRXY,4,0.3KEYOPT,4,3,0 !选择参数设定，只受拉吊杆!*****建立有限元模型*****!*****定义拱轴线******DIM,x,ARRAY,179 !将顺桥向距离定义为数组*DIM,y,ARRAY,179 !将拱轴高度定义为数组f1=16 !矢高L=90 !跨径*DO,i,1,179,1x(i)=0.5*i y(i)=64/90*x(i)-64/90/90*x(i)*x(i)*enddo!*****建立主拱圈******DIM,GZ_NUM,ARRAY,181 !拱轴节点号数组GZ_NUM(1)=1001*DO,i,2,181,1GZ_NUM(i)=GZ_NUM(i-1)+1*ENDDON,GZ_NUM(1),0,0,0 !建立拱轴节点N,GZ_NUM(181),90,0,0*DO,i,2,180,1N,GZ_NUM(i),x(i-1),y(i-1),0*ENDDON,90000,0,16,0 !拱轴参考节点TYPE,1 !单元类型编号MAT,1 !材料类型编号R,1SECNUM,1 !截面编号*DO,i,1,180,1 !生成拱轴单元（钢管）E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000*ENDDOCM,ZG_STEEL,ELEMESEL,NONETYPE,2MAT,2R,2SECNUM,2*DO,i,1,180,1 !生成拱轴单元（混凝土）E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000*ENDDOCM,ZG_CONCRETE,ELEMESEL,NONE!*****建立主梁******DIM,ZL_NUM,ARRAY,179 !主梁节点号数组ZL_NUM(1)=2002*DO,i,2,179,1ZL_NUM(i)=ZL_NUM(i-1)+1*ENDDO*DO,i,1,179,1N,ZL_NUM(i),x(i),0,0*ENDDOTYPE,3MAT,3R,3 !定义实常数特性REAL,3 !赋予实常数特性SECNUM,3E,1001,2002,90000 !生成主梁单元*DO,i,1,178,1E,ZL_NUM(i),ZL_NUM(i+1),90000 !注意一定要添加这个截面方位参考点，要不然截面方向不对*ENDDOE,2180,1181,90000CM,ZL,ELEMESEL,NONE!*****定义吊杆参数*****（每根吊杆采用54根7mm钢丝）DG_AREA=54*3.1415926*0.25*0.007*0.007 !吊杆面积TYPE,4mat,4R,4,DG_AREA !定义吊杆实常数REAL,4*DO,i,1,17,1E,1000+i*10+1,2000+i*10+1*ENDDOCM,DG,ELEM ESEL,NONEALLSEL!*****施加约束*****D,1001,UXD,1001,UYD,1001,UZD,1001,ROTXD,1181,UYD,1181,UZ/ESHAPE,1$EPLOT !显示几何模型! 运行以上程序，有：! 主梁单元编号：361-540! 钢管：1-180! 混凝土：181-360! 吊杆单元编号：541-557! 对桥梁桥面各节点逐点加载! 在181个节点进行单位荷载加载，共181个荷载步/SOLUANTYPE,0 !定义分析类型：静力分析ACEL,0,0,0TIME,1FDELE,ALL,ALLF,1001,FY,-1000SOLVEK=2*DO,I,2,180,1TIME,KFDELE,ALL,ALLF,2000+I,FY,-1000SOLVEK=K+1*ENDDOTIME,181FDELE,ALL,ALLF,1181,FY,-1000SOLVE*DIM,ZL_MZ,ARRAY,181,181!180个单元；181个荷载步*DIM,GZS_MZ,ARRAY,181,181*DIM,GZC_MZ,ARRAY,181,181*DIM,GZ_MZ,ARRAY,181,181*DIM,ZL_QYI,ARRAY,180,181*DIM,ZL_QYJ,ARRAY,180,181*DIM,GZS_QYI,ARRAY,180,181*DIM,GZS_QYJ,ARRAY,180,181*DIM,GZC_QYI,ARRAY,180,181*DIM,GZC_QYJ,ARRAY,180,181*DIM,GZ_QYI,ARRAY,180,181*DIM,GZ_QYJ,ARRAY,180,181*DIM,ZLMZ_MAX,ARRAY,181!内力存储矩阵*DIM,ZLMZ_MIN,ARRAY,181*DIM,GZMZ_MAX,ARRAY,181*DIM,GZMZ_MIN,ARRAY,181*DIM,ZLQYI_MAX,ARRAY,180*DIM,ZLQYI_MIN,ARRAY,180*DIM,GZQYI_MAX,ARRAY,180*DIM,GZQYI_MIN,ARRAY,180*DIM,ZLQYJ_MAX,ARRAY,180*DIM,ZLQYJ_MIN,ARRAY,180*DIM,GZQYJ_MAX,ARRAY,180*DIM,GZQYJ_MIN,ARRAY,180!*****获取弯矩、剪力影响矩阵******DO,I,1,181,1/POST1SET,I!读取第I荷载步的数据*DO,J,1,180,1*GET, ZL_MZ(J,I),ELEM,360+J,SMISC,5!荷载值按I，J端分别存储*GET, GZS_MZ(J,I),ELEM, J,SMISC,5*GET, GZC_MZ(J,I),ELEM,180+J,SMISC,5*GET, ZL_QYI(J,I),ELEM,360+J,SMISC,3*GET, ZL_QYJ(J,I),ELEM,360+J,SMISC,9*GET,GZS_QYI(J,I),ELEM, J,SMISC,3*GET,GZS_QYJ(J,I),ELEM, J,SMISC,9*GET,GZC_QYI(J,I),ELEM,180+J,SMISC,3*GET,GZC_QYJ(J,I),ELEM,180+J,SMISC,9 GZ_MZ(J,I)=GZS_MZ(J,I)+GZC_MZ(J,I)GZ_QYI(J,I)=GZS_QYI(J,I)+GZC_QYI(J,I)GZ_QYJ(J,I)=GZS_QYJ(J,I)+GZC_QYJ(J,I)*ENDDO*GET, ZL_MZ(181,I),ELEM,540,SMISC,11 *GET, GZS_MZ(181,I),ELEM,180,SMISC,11 *GET, GZC_MZ(181,I),ELEM,360,SMISC,11GZ_MZ(181,I)=GZS_MZ(181,I)+GZC_MZ(181,I) *ENDDO!*公路I级汽车活载影响线加载效应计算!*车道布置：横向四车道，横向折减系数为0.67；跨径小于150m，不需要考虑纵向折减*!*荷载标准值：PK=360kN,qK=10.5kN/m!*不考虑冲击系数NN=4PK=360QK=10.5!*****弯矩包络图******DIM,AMAX,ARRAY,181*DIM,AMIN,ARRAY,181*DIM,SMAX,ARRAY,181*DIM,SMIN,ARRAY,181!*****主梁弯矩包络******DO,I,1,181,1!对第I个节点所在截面AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(ZL_MZ(I,J)+ZL_MZ(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=ZL_MZ(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THENSMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDOZLMZ_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4* 0.67ZLMZ_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0.67*ENDDO!*****拱轴弯矩包络******DO,I,1,181,1 !对第I个节点所在截面AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(GZ_MZ(I,J)+GZ_MZ(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=GZ_MZ(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THENSMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDOGZMZ_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4* 0.67GZMZ_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0 .67*ENDDO!*****剪力包络图*****!*****主梁******DO,I,1,180,1!I端剪力AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(ZL_QYI(I,J)+ZL_QYI(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=ZL_QYI(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THENSMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDOZLQYI_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4* 0.67ZLQYI_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0.67*ENDDO*DO,I,1,180,1!J端剪力AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(ZL_QYJ(I,J)+ZL_QYJ(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=ZL_QYJ(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THENSMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDOZLQYJ_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4* 0.67ZLQYJ_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0.67*ENDDO!*****拱轴******DO,I,1,180,1!I端剪力AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(GZ_QYI(I,J)+GZ_QYI(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=GZ_QYI(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THENSMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDOGZQYI_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4 *0.67GZQYI_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0 .67*ENDDO*DO,I,1,180,1!J端剪力AMAX(I)=0AMIN(I)=0SMAX(I)=0SMIN(I)=0*DO,J,1,180,1A=(GZ_QYJ(I,J)+GZ_QYJ(I,J+1))/4*IF,A,GT,0.0,THENAMAX(I)=AMAX(I)+A*ELSEAMIN(I)=AMIN(I)+A*ENDIF*ENDDO*DO,J,1,181,1S=GZ_QYJ(I,J)*IF,S,GT,SMAX(I),THENSMAX(I)=S*ELSE*ENDIF*IF,S,LT,SMIN(I),THEN SMIN(I)=S*ELSE*ENDIF*ENDDO GZQYJ_MAX(I)=(AMAX(I)*QK+SMAX(I)*PK)*4 *0.67GZQYJ_MIN(I)=(AMIN(I)*QK+SMIN(I)*PK)*4*0 .67*ENDDO二、一变截面桥墩，高120m、C50混凝土，墩底和墩顶截面布置如下图所示。
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。
