悬索桥ansys分析——很经典,很实用。

顺昌人行悬索桥ANSYS有限元模拟

课程名称：《索结构》

姓名：葛继平

（N022005156）

桥隧工程

李秀芳

（N012005131）

结构工程

指导老师：彭大文（教授）

陈昀明

报告日期：2003年2月28日

福州大学土木建筑工程学院

2003年2月28日

一、顺昌人行悬索桥简介

设计人行荷载2.5kN/m.

主索跨度348米，失高20米，桥面净宽2.5米。

主索采用7根φ42（7?19）共14根。

桥面系吊索用19的钢丝绳。

桥面系长度268米。

桥面两端标高为1.00米，跨中标高为4.00米，呈抛物线型。

二、有限单元模型

2．1基本假定

由于悬索桥的受力传力体系的复杂性，顺昌人行悬索桥桥面系统的构件多样，空间位置的复杂性，对其有限元模型作了一些合理的假定，并最大程度地保证简化后的有限元模型质量，刚度的不变性：

（1）结构部分归类为横向工字梁，纵向工字梁，纵向槽钢、斜向支撑，主塔竖向构件，主塔横向构件，主索，竖向吊杆，桥面板。

（2）主塔竖向构件在全部高度，主塔横向构件在全部长度上只有一个截面属性，忽略倒角的影响；主塔竖向构件底端直接固接。

（3）主索与桥塔横向构件的连接采用自由度耦合来模拟。

（4）桥面的横、纵、斜向的梁及桥面板处于同一平面内，而其相应的面外刚度的计算以此为基准。

（5）由于本模型没有用来计算横向风载的影响，所以缆风绳没有

2．2单元类型

在有限元模型中，使用了三种单元类型对悬索桥的桥塔、桥面系、缆索进行了模拟。他们分别是三维弹性梁单元（BEAM4），三维杆单元（LINK10），板壳单元（SHELL10），各个单元的类型简述如下：

（1）B eam4

可承受拉力、压力、扭矩、弯矩.每个节点有6个方向的自由度.可以考虑应力刚化,大变形等特性。（见图1）

图1 Beam4示意图

（2）Link10

Link10单元在每个节点上有三个自由度：沿节点坐标系x、y、z方向的平动。适用于模拟3-D空间桁架,杆件,弹簧等结构.使用只拉选项时,如果单元受拉,刚度九消失,以此来模拟缆绳的松弛或链条的松弛.可只承受轴向拉力或只承受轴向压力,无法承受弯矩.元素具有塑性,徐变,膨胀,应力强化,大变形和大应变等特性。（见图2）

图2 Link10示意图

（3）Shell63

Shell63单元每个节点有六个自由度：x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。该单元包括应力刚化和大变形功能。在大变形分析（有限转动）中，可以用一致切向刚度矩阵。（见图3）

图3 Shell63示意图

2．3单元特征

在建模过程中，根据设计图纸归纳出全桥的各个构件的名称、所属的单元类型、截面的最大尺寸、所属的材料类型。

表1 单元特征

2．4材料特性

顺昌人行悬索桥中使用的基本材料包括了建筑钢材、混凝土和钢丝绳。在有限元单元模型中使用的材料常数见表2。

表2 材料特性

2．5模型细节

为了更好地进行结构的静力和动力分析，建立了一个三维空间有限元模型。对该悬索桥的桥塔、桥面系、缆索，使用了三种单元类型类型来模拟。各单元的使用如下：

主缆和吊索的模型使用只承受拉力的三维杆单元（LINK10）。所有的主缆和吊索都使用LINK10单元，但是截面特性各不相同，必须输入一个重要的特性是单元的初应变，这个初应变用于计算结构初始应力矩阵。主缆和吊索、吊索和横向工字梁都由节点连接，每两个节点节点之间的主缆及每两个节点之间的吊索都设为一个单元，共计386个单元。其中，主缆计186个单元，吊索计 180个单元。各个单元在公共的节点上是铰接。

横向工字梁，纵向工字梁，纵向槽钢、斜向支撑，主塔竖向构件，主塔横向构件的模型使用三维弹性梁单元（BEAM4）。各个构件单元由节点相连，每两个节点之间的纵横梁设为一个单元，节点位置与设计图纸一致，其中桥面系1433个，主塔10个。各单元在公共的节点上是固接的。

桥面板的模型使用三维板壳单元（SHELL63）。每个桥面板单元的节点与桥面系的相应单元重合，共计267个单元。

真个有限元模型共有节点1101个，单元2076个。

2．6边界条件

实际桥梁的边界条件很复杂，有限元模拟时一般根据具体的支座类型来确定，如固接、绞接、弹簧等来实现。在本文的有限元模型中，桥塔与基础固接，主缆两端分别和锚碇固接，桥面系两端分别与桥台绞接，吊杆两端横桥向的自由度耦合。

建成的有限元模型及其细部构造如下图：

图4 全桥模型立面图