基于ANSYS 的连续刚构桥分析(操作篇 )

目录一、工程背景 (1)二、工程模型 (1)三、ANSYS分析 (2)(一)前处理 (2)(1)定义单元类型 (2)(2)定义材料属性 (3)(3)建立工程简化模型 (3)(4)有限元网格划分 (5)(二)模态分析 (5)(1)选择求解类型 (5)(2)建立边界条件 (6)(3)输出设置 (6)(4)求解 (6)(5)读取结果 (6)(6)结果分析 (8)(三)结构试验载荷分析 (8)(1)第二跨跨中模拟车载分析 (8)(2)边跨跨中模拟车载分析 (9)四、结果分析与强度校核 (10)(一)结果分析 (10)(二)简单强度校核 (10)参考文献 (11)连续刚构桥分析一、工程背景：随着我国经济的发展，对交通运输的要求也不断提高；高速路，高铁线等遍布全国，这就免不了要架桥修路。

截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米i。

进百万的桥梁屹立在我国交通线上，其安全便是头等大事。

随着交通运输线的再扩大，连续刚构桥跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低等优点将被广泛应用。

二、工程模型：现有某预应力混凝土连续刚构桥，桥梁全长为184m，宽13m，其中车行道宽11.5m，两侧防撞栏杆各0.75m主梁采用C50混凝土。

桥梁设计载荷为公路—— 级。

图2-1桥梁侧立面图上部结构为48m+88m+48m三跨预应力混凝土边界面连续箱梁。

箱梁为单箱双室箱形截面，箱梁根部高5m，中跨梁高2.2m，边跨梁端高2.2m。

箱梁顶板宽12.7m,底板宽8.7m,翼缘板悬臂长2.0m，箱梁高度从距墩中心3.0m处到跨中合龙段处按二次抛物线变化。

0号至3号块长3m（4x3m)，4、5号块长3.5m(2x3.5m)，6号块到合龙段长4m(6x4m)，合龙段长2m。

边跨端部设1.5m横隔板，墩顶0号块设两道厚1.2m横隔板。

0号块范围内箱梁底板厚度为0.90m，1号块范围内底板厚度由0.90m线性变化到0.557m，2号块到合龙段范围内底板厚度由0.557m 线性变化到0.3m。

全桥顶板厚度为0.3m。

0到5号块范围内腹板厚度为0.6m，6至7号块范围内腹板厚度由0.60m线性变化到0.40m，8号块到合龙段范围内夫板厚度为0.4m。

下部结构桥采用C50混凝土双薄壁墩，横向宽8.7m，厚1.2m，高25m双壁间设系梁，下设10mX10m矩形承台，厚3.0m。

ii图2-2主梁纵抛面图图2-3 箱梁截面图三、ANSYS分析：（一）前处理(1)定义单元类型Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete... 选择Solid45单元；(2)定义材料属性Main Menu→Material Props→Material Models... 依次选择Structural →Linear→Elastic→Isotropic建立材料模型C50混凝土的EX=3.45e10;PRXY=0.2;再打开Structural→Density设置C50混凝土的密度Density=2600。

iii（3）建立工程简化模型建立0号块：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS...在对话框中输入0号块半截面的关键点坐标1(0,0,0);2(0,0,12.7/2);3（0，-0.3，12.7/2);4(0,-0.3,12.7/2-2);5(0,-0.3,12.7/2-2-0.6);6(0,-0.3,0.3)；7(0,-5,0)；8(0,-5,4.35)；9(0,-5+0.9,0.3)；10(0,-5+0.9,4.35-0.6)Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line 顺次连接关键点1,2,3,4,7,8,1;6,7,9,10,6；Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→↗Line Fillet分别选中箱梁内部四个四个直角需要倒角的直线以0.3的半径倒圆角；并在翼缘板根部以0.1的半径倒圆角，再连接翼缘边线下点与鱼倒圆角的下点，使翼缘板呈一定倾角，再次在翼缘板根部以0.2的半径倒圆角。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines分别拾取箱梁截面的内外轮廓线建立两个平面。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→↗Areas，先拾取面积大的平面Ok后拾取另一平面最后确定，到此建立了0号块半截面。

打开工作平面并激活工作平面，打开工作平面助手(Offset WP)将工作平面移动到x=-3处。

重复上述建模过程，建立0号块另一截面，Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line依次连接对应节点；Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines依次建立0号块各个面。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→volunmes→Arbitrary→↗By Areas点击Pick All建立0号块。

建立主梁底面：用工作平面助手将工作平面移动到11号块便截底线中心（x=-33-3-1,y=-2.2，z=0);Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS...在对话框中输入主梁中心底线关键点坐标(x=x+4,5@4,2@3.5,3@3;y=-(5-2.2)*x*x/4/4;z=0)。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Splines→↗Splines thru KPs,依次连接各点。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Copy→↗Lines复制主梁底面中心线到边线位置（z=4.35）。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line连接11号块截面底线。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines建立主梁底面。

建立1号块：将工作平面移动到整体坐标系，再移动到1号块另一截面（x=-6),将工作平面绕Y轴旋转90度。

Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→↗Area by WrkPlane,拾取主梁底面，分离出1号块底面。

Utility Menu→Select→Entities......用By Location→Z coordinates （min=0,max=3)选出1号块范围内的点、线、面。

仿照建立0号块的过程建立1号块；仿照建立1号块的过程建立其余箱梁块。

建立桥墩：将工作平面移动到0号块底面中心角点(方向与整体坐标系一致)；在0号块底面建立1.2x4.35的矩形面；Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→↗By XYZ Offset，将所建立的矩形向Y轴负方向拉伸25m（y=-25）。

将工作平面移动到桥墩右边面边线中点，Main Menu→Preprocessor→Modeling→Volumes→Block→By Dimensions，建立一个2.8x2x4.35m^3的矩形块系梁。

将工作平面移动到桥墩底面角点，建立5x5x3m^3的矩形块承台。

在需要倒角处建立倒角平面，并由面围成体。

建立1/4桥模型：将工作平面移动到整体坐标系上；以X平面镜像所有体生成中跨。

将中跨11号块截面拉伸1m，将边跨11号截面拉伸2+0.96+0.54+1.44m。

图3-1 1/4桥梁三维模型图图3-2 全桥三维立体图（4）有限元网格划分Main Menu→Preporcessor→Meshing→Mesh Tool...在Size Control中的Global Set总体单元尺寸定为0.5；在Mesh中选择Volunmes，Shape设置为Hex →Sweep→Auto Src/Trg对主梁1号块到合龙段进行网格划分；对分割后的墩柱进行映射网格划分，对剩下的0号块和桥墩承台、系梁等用自由网格划分。

图3-3 1/4桥网格三维立体图（二）模态分析（1）选择求解类型Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis选择Modal。

单击OK按钮退出。

然后执行Main Menu→Solution→Analysis Type→Analysis Options，打开模态分析选项设置对话框，选择Subspace（字空间法），设置扩展模态数为10，其它保持默认设置。

（2）建立边界条件将工作平面移动到整体坐标系，选出对称截面（z=0)Main Menu→Solution →Define Loads→Apply→Structural→Displacement→Aymmmetry B.C.→↗On Areas，单击Pick All。

将工作平面移动到桥墩承台底面，选择出承台底面，执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→↗On Areas，约束底面所有自由度。

将工作平面移动到边跨底面，选出底面0到1.5m内的所有节点，执行 Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→↗On Nodes，约束节点UY。

（3）输出设置执行Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrrls→DB/Results File 设置输出所有结果。

执行Main Menu→Solution→Load Step Opts→ExpansionPass→Single Expand 确认扩展模态数。

（4）求解保存设置，执行Main Menu→Solution→Solve→Current LS求解。

（5）读取结果执行Main Menu→General Postproc→Read Results→By Pick读取各阶桥梁振型。