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1、钢管混凝土拱桥内力影响线计算字数:2490来源:城市建设理论研究 2013年34期 字体:大 中 小 打印当页正文 摘要:本文利用ANSYS,通过两种方法来建立钢管混凝土拱桥有限元模型,来求其在各个截面位置处得内力影响线。结合某具体实桥,分别求出拱顶截面、拱脚截面、1/4截面弯矩影响线。进行比较与分析,为设计人员提供参考。 关键词:ANSYS有限元分析;拱桥;内力影响线 中图分类号:U446文献标志码:A 拱桥是一种压弯结构,即受弯又受压。与梁桥这种受弯结构相比,力学原理不同。拱桥作为超静定结构,在计算内力影响线时,也比计算一般梁桥的内力
2、要复杂的多,需要求解很多中间过程。 ANSYS是一种大型有限元通用软件,在对结构进行有限元分析处理方面,具有很强的能力。运用参数化的设计语言,可以方便的建立有限元模型,实现循环加载,以及后处理过程的简捷。因此,本文利用ANSYS来建立钢管混凝土拱桥有限元模型,计算各个控制截面弯矩影响线。从结果中分析与比较,为设计人员提供参考。 1内力影响线计算原理 结构力学中,我们了解到计算超静定结构的影响线的方法有两种:一种是按力法解出内力影响线方程;另一种是按机动法利用位移图求影响线。用机动法求解时,计算某个特定截面比较容易,但是在计算每个截面时,建模比较复杂。从简易
3、的角度的出发,这里采用力法的原理,利用ANSYS来求解钢管混凝土拱桥的内力影响线。 1.1力法计算内力影响线理论 无铰拱是三次超静定结构。在计算它的内力影响线时,首先需要求出3个多未知力X1,X2,X3的影 响线。然后即根据平衡条件用内力叠加法求得其余反力、内力影响线。 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 1.2力法计算内力影响线计算思路 结合拱桥模型,单元划分,在每个节点上施加单位荷载(考虑荷载的效果,施加1000kN)。 在建立n个荷载工况,每个荷载工况下,对应时间
4、取对应位置处得内力值。 求解所有的工况。 在后处理中,将所求截面内力定义为变量,绘制相应的影响线。 建模的具体流程,命令流如下: ……. DO,INODE,1,39,1 Time,INODE FDELE,ALL,ALL ALLSEL F,INODE,FY,-1000.0!施加1kN集中力。 CUR_LS=CUR_LS+1 OUTRES,BASIC,ALL, LSWRITE,CUR_LS ……. 2内力影响线计算 某高速公路上,一座中承式钢管混凝土系杆拱桥,计算跨径90m,计算矢高18m,拱轴系数1.16
5、7。拱肋截面为哑铃型,桥面净宽18.6m,钢管的弹性模量E=2.1×105MPa,混凝土的弹性模量E=3.5×104MPa。 2.1有限元模型建立 由于拱的刚度比系杆大的多,弯矩按刚度分配,因此建模时,可以考虑简化为只有裸拱圈,两拱脚处固结。拱肋是由钢管和混凝土两种材料构成的,两种材料性质差异很大,我们利用自定义截面梁的方法,来计算拱肋截面。具体命令流如下: et,1,82 …….. secwrite,cd,sect,,1 sectype,1,beam,mesh, secoffset,cent,,, secread,'cd,'sect'
6、,,mesh …….. type,1 mat,1 real,1 …….. do,i,3,37,1 e,i,38+i *enddo 2.2内力影响线的求解结果 使用构建的有限元模型,对拱肋不同截面处,进行内力影响线的求解。这里主要列出上肢拱顶、拱脚、1/4截面处得弯矩影响线;下肢拱顶、拱脚、1/4截面处的弯矩影响线。 2.3结果分析 通过对钢管混凝土拱桥上下弦拱顶截面,1/4截面,拱脚截面的内力影响线,可以得出: 在拱顶、1/4截面处,上弦和下弦的弯矩影响线基本一样,与普通混凝土拱桥的拱顶影响线大致相同。 在拱脚截
7、面处,上弦与下弦的弯矩影响线有不同,主要是因为两个节点的空间位置不同,在上弦拱脚弯矩影响线有突变。 在拱顶、1/4截面处,上弦主要受压,下弦主要受拉。 在拱脚截面处,上弦受力情况对称,下弦受拉。 3结语 通过以上计算,利用ANSYS求解钢管混凝土拱桥的内力影响线的方法可行。利用ANSYS的参数化分析提供的便利,以及自定义截面的方法,我们解决了拱桥内力影响线的绘制。这只是一次简单的分析,以ANSYS进行技术分析,来解决更多实际工程,还有更多的工作需要去研究。 参考文献(References)