基于ANSYS的悬索桥梁的静载和动载的分析.pdf

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1、基于ANSYS的悬索桥梁的静载和动载的分析摘要运用ANSYS软件进行悬索桥桥梁的静载和动力分析，本文中的有悬索桥限元模型结构形式比较复杂，桥的每一个部分都有不同的属性和作用，因此在有模型中，使用了三种单元类型对悬索桥的桥塔、纵梁、加劲桁架、缆索、桥面板进行建模。它们分别是三维弹性梁单元（BEAM4）、三维杆单元（LINK10）、板壳单元（SHELL63）。然后再模型的基础上在进行了只有重力的静载分析和简单的模态分析。键词：ＡＮＳＹＳ悬索桥静载分析模态分析AbstractByusingANSYSsoftwareofsuspensionbridgestaticl

2、oadanddynamicanalysis,thispaper,thesuspensionbridgelimityuanmodelstructureformismorecomplicated,thebridgeeveryparthasadifferentattributeandfunction,sothemodel,theuseofthreekindsofunittypeonthesuspensionbridgetower,girder,stiffeningtruss,cable,bridgedeckmodel.Theywerethreedimensiona

3、lelasticbeamelement(BEAM4),thethreedimensionalbarunit(LINK10),plateandshellelements(SHELL63).Thenonthebasisofthemodelintheonlygravitystaticloadanalysisandsimplemodalanalysis.引言悬索桥也叫吊桥，是跨越能力最大的一种桥型。它是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。在两个高塔之间悬挂两条缆索，靠缆索吊起

4、桥面，缆索固定在高塔两边的锚碇上，由锚碇承载整座桥的重量。成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。本文以跨度为220m的悬索桥为例，有运用ANSYS有限元进行建模、分析，首先用有限元法求解与分析板悬索桥在只受重力静载作用下的挠度曲线和悬索的轴力。然后通过ANSYS软件进行模态分析，得到板式桥梁的前几阶固有频率，及各自相应阵型。由于悬索桥建模比较复杂，笔者对此进行了很多简化，模型数据有很多不合理之处，请大家谅解。1、建模过程（1）单元类型的选取本模型使用了三种单元类型对悬索桥的桥塔、纵梁、加劲桁架使用的是三维弹性梁单元（BEAM4）;对缆索使用的是三维杆

5、单元（LINK10）；对桥面板使用板壳单元（SHELL63）的是进行建模。（2）参数的确定材料杨氏模量泊松比密度（kg/m3）结构部分（N/m2）C30混凝土3.0×10100.32500桁架C20混凝土2.8×10100.32500桥塔、桥面板钢丝绳2.1×10110.1677850悬索、吊索（3）悬索的建立由于时间的问题，所有数据均取简化值，全桥长220m，桥面宽为10m，悬索直径为0.1m，吊索直径为0.05m，桥塔设在50m和170m处，桥塔塔顶高度20m，桥塔塔基也为20m。早0~50m段和170~220m段将悬索的形状简化抛物线，在50m~170

6、m段，应该是在荷载作用下2-的曲线，笔者在这里简化，取了一个抛物线y=X2490，方程为y=（X-110）2+2。在建立完一侧的悬索后，进行复制，将悬索复制到Z=10的平面上。（4）桥塔的建立选取桥塔上的关键点，连线。在桥塔上，要选取Y=2的关键点，留作以后进行耦合用。这样就建好了桥塔和桥塔的横向连接，建好后如图1所示。图1（4）桁架的建立根据桥面下桁架的几何关系，利用循环列出桁架的各个节点，然后再进行连接。实际中这个桁架的上悬杆、下悬杆、腹杆以及斜撑是不尽相同的，在这里，我们都简化成完全相同的杆件，即材料2。图2（4）桥面板的建立在建立桁架的过程中，已经列

7、出了桁架各个节点的位置坐标，然后可以根据这些坐标在桁架上面增加桥面板（shell63）单元。最终建立的几何模型图为图3。图3（5）网格的划分，建立有限元模型在这里仅需要对桥塔和桥塔横向连接进行网格的划分，采用四边形、３Ｄ单元实施划分。在这之前要注意桥塔和桥面系的连接部分，这部分需要进行Ｘ、Ｚ方向的耦合，耦合结果如图四，最终建立的有限元模型如图５所示。图４图５２、静力分析根据《城市桥梁设计规范标准》，在按承载能力极限状态设计时，应根据可能同时出现的荷载，选择下列荷载组合进行设计和验算：１组合Ⅰ：一种或几种基本可变荷载与一种或几种永久荷载相组合；２组合Ⅱ：一种或

8、几种基本可变荷载和一种或几种永久荷载叠加后与一种或几