ansys对斜拉桥的分析实例
Ansys在斜拉桥正装分析中的应用
ＮＬ Ｅ Ｇ ＯＭ， ０Ｎ ！打开大 变形选 项
ＯＵＴＲ Ｓ ＡＬ ＡＬ ！设置 输 出选 项 Ｅ ， Ｌ， Ｌ
ＳＣ Ｆ ＵＭ， ＲＥ ， Ｄ ！设 置 荷 载 施 加 的 规 则 Ｐ Ｓ ＡＤ 为叠加 １４ Ａｎｙ 分析 的迭 代过 程 ． ｓｓ
Ｓ ０ＬＵ
有斜拉索 １ 根 ， ５ 斜拉索之间的间距是 ６ 斜拉索的密 ｍ，
度为 ７８０ｋ ５ ， 面积 是 ２ ｍ ， ０ｃ ｚ弹性 模 量是 １ ９ ．× １”Ｐ ， 比为 ０ ３加 劲梁 的密 度为 ２５（ｋ ／ ３ Ｏ ａ泊松 ．， Ｏ ｇ ｍ ， ］ 弹性模量为 ３４ ２５ Ｏ ａ泊松 比为 Ｏ２截面面积 ．５ ×１ Ｐ ， ．，
算 得到 。
其 中 ， 为斜 拉索 的抗 拉 刚度 ， 以通 过 前述 方 法 计 Ｋ 可
１ ３ Ａｎ ｙ 求解 的选 项设 置 ． ｓｓ
二滩电站和三峡工程等。
本文 基 于 大 型通 用 有 限 元 软 件 Ａｎｙ ， 用 其 ｓｓ 利
在计算中采用下面 Ａ ｓｓ ｎｙ 命令定义几个数组用 来存取求解过程中需要用到的重要数据 ：
之处 。 一
其中， Ｅ为斜拉索的弹性模量 ； Ａ为斜拉索 的截面面
积； Ｌ为斜 拉索 的索 长 。
在 Ａ ｓｓ中 Ｌｎ １ 单元 的索力 是通过施加伸 ｎｙ ｉ １ ｋ
长荷载 来施 加 的 ， 假设 施加 的伸 长量 为 Ｓ ＯＫＥ， ＴＲ 则
Ａｎｙ 作 为一个 大 型通用 有 限元分 析 软件 ， 够 ｓｓ 能 进行 结构 、 、 体 、 热 流 电磁 以及 声 学 等 多 个 学 科 的研
通 过施 加一 定 的伸长 荷载来 施加 ， 过此种 方法施 加 通
基于ANSYS软件的斜拉桥结构可靠性分析
对于失效模式＾＿ｒ２—》 ＿咯专…斗名，由于失效模式可看作一个并联系统，因此模式失效概率 可以按照式（１）来计算：
乞＝户（鱼蟛’）＝西。（—届，一屈，…，一层；［ｐ】）
（１）
其中，屈（々＝１，２，…，ｑ）为失效历程各阶段的条件可靠度指标，［纠为相关系数矩阵。
设结构系统有ｒｔ个失效模式，那么该系统对应的串联系统的失效概率为：
圈2某斜拉桥有限元模型的正视图和侧视图2荷载工况荷载和单元强度随机变量分布对于该公铁两用斜拉桥而言在满载的火车荷载和汽车荷载情况下汽车荷载占的比例小于5而且下面的分析表明失效单元大多集中在主梁体系下层的铁路桥面内上层公路纵横梁和上弦杆都很安全
‘工程力学》增刊２００３年
基于ＡＮＳＹＳ软件的斜拉桥结构可靠性分析
４２３４ ２ ９９５ Ｉ．００
４４１５ ３ １５８ ｔ ０５
４４１５ ３ １６１
ｌ ００
４４１４ ３ １８７
１ Ｏｌ
４４１５ ，１５８ １．００
４４１４ ３ １８７ １．０Ｉ
４４１４ ，．１８ｌ
１．∞
４２３８ ３ ２７３ １．０３
４４１４ ｝．１８２ １．ｏｏ
１１５０ Ｉ ２８３ １．０３
１１５０ ３．２８２ １．００
圈２某斜拉桥有限元模型的正视图和侧视图
！三望查兰！塑型！竺！生————————二坚｝ｐ船
（２）荷载工况，荷载和单元强度随机变量分布 对于该公铁两用斜拉桥而言，在满载的火车荷载和汽车荷载情况下，汽车荷载占的比例小于５％，而且 下面的分析表明失效单元大多集中在主梁体系下层的铁路桥面内，上层公路纵横梁和上弦杆都很安全。因 此，我们可以认为，汽车荷载对该结构可靠性的影响可以忽略。通过对比计算，选取了一种火车荷载接近 满载的荷载工况作为可靠性分析的外载，并视为广义荷载ｌ。 假定外载和单元许用应力均服从正态分布，外载和单元许用应力相互之间统计独立，而各单元许用应 力之间的相关系数为０．７．具体统计参数见表１，其中Ｌ为外载设置水平，以广义外载即选定的荷载工况 为一个基本计量单位，基本设置为Ｌ＿１。
基于ANSYS的独塔斜拉桥非线性分析
，
Ｊ 兰
．
２ 斜 拉 桥有 限元 模 型 的建 立
建模 采用 Ａ Ｓ Ｓ的 自底 向上建模 方 法 引。 ＮＹ 基本 保 留结 构 的 细 部构 造 ， 以达 到与 实 际结 构 最大 程
度的接近。 在模拟索 塔 、 索梁锚 固时 ， 使索单元与实体单元节点共用。 采用 Ａ Ｓ Ｓ中能模拟混凝土 的 ＮＹ Ｓ ＬＤ ５ Ｏ Ｉ６ 单元来模拟斜拉桥 的实体部分 。 采用能模拟缆索的 ＬＮ １ Ｉ Ｋ ０单元模拟斜拉索 。 建立 的斜拉桥
维普资讯
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珂２ ｊ ７器第 １期
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Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ ｔｅ ｓ ｉｎｉ ｎ ｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ Ｎ ｒｈ ａ ｔ ａ ｌ Ｕ ｉｅｓｔ Ｏｆ Ｄ ｙ
第２ ７卷
３ 斜拉 桥 非线性 静 力 分析
几何 ７线 性方 面考 虑斜拉 索 的垂 发影 响 、 １
斜拉 桥 的大 变形影 响和 粱柱效 应 。
索 的预应力 用初应 变来考 虑 ， 采用 等效 弹
性模 量来模 拟索 的实际 弹性模 量 ， 从而 计 入
斜拉索在重力作用下的垂度影 响。 等效弹性模 量 采用 如下计算 公式 ¨ ：
收稿 日期 ：０６—１ ２０ ０—２ ０ 作者简 介： 鞠彦忠 （９ ３一 ， ， １ ６ ） 男 东北 电力大学 建筑工程学 院教授 、 士 ， 博 主要 研究方 向： 桥梁与结构抗震 ； 结构 健康监测与 损伤诊 断； ｝］ 程及新技术 ． 输 ｕ：
ansys 斜拉桥 非线性分析
利用ANSYS实现斜拉桥非线性分析卫星，强士中西南交通大学土木工程学院，四川成都（610031）摘要：ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
利用ANSYS的二次开发技术，如用户界面设计语言（UIDL）、参数化设计语言（APDL）以及用户可编程特性（UPFs），可以实现对ANSYS的用户化定制，使ANSYS在特定的应用范围内发挥更大效率。
本文着重介绍利用ANSYS进行斜拉桥非线性分析的实现过程，并在最后给出了应用实例。
关键词：ANSYS软件；二次开发技术；斜拉桥；非线性分析ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
经过30多年的发展，ANSYS逐渐为全球工业界所广泛接受。
ANSYS用户涵盖了机械制造、航空航天、能源化工、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的主要分析平台。
作为通用有限元分析软件，在讲究通用性的前提下势必在考虑特定专业领域时有所欠缺。
具体到桥梁结构分析中，还有许多分析问题不能通过ANSYS软件直接实现，如活载影响线加载，桥梁施工控制等。
这些不足一方面限制了ANSYS的推广和使用，另一方面迫使投入大量的人力、物力，针对桥梁分析问题开发更专业化的桥梁有限元分析程序。
事实上，ANSYS软件的开放式结构允许对ANSYS进行用户化定制，使ANSYS在特定的应用范围内发挥更大效率。
ANSYS的这一特性为桥梁结构有限元分析提供了新的途径，可以针对桥梁结构的实际问题对ANSYS软件进行二次开发，使ANSYS的分析功能得到扩充，使这一通用有限元分析软件的专业性缺陷得到改善，更好地满足桥梁结构分析要求。
1 ANSYS的二次开发技术1.1 用户界面设计语言（UIDL）[1]用户界面设计语言（UIDL，User Interface Design Language）是一种程序化的语言，是ANSYS为用户进行界面设计提供的一种专用语言。
斜拉桥结构的ANSYS分析
距离地面高度 (m)
90
风载大小(Pa) 2489.76
30 40 50 60 70 80
2879.24 1998.36 2129.4 2244.06 2325.96 2407.86
100 110 120 130 140 150
2555.28 2637.18 2702.7 2768.22 2833.74 2899.26
-1.80110E-02 -2.19860E-02
8.18380E-03
1.80870E-02 2.24510E-02
重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：
拉索轴力图 3000.00 2500.00 2000.00 1500.00 1000.00 500.00 0.00 1 单元
轴力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。
风载作用下的桥塔位移图：
图5.16 上塔柱受风载弯矩图
图5.18 下塔柱受风载弯矩图
图5.17 中塔柱受风载弯矩图
3、地震波瞬态分析
1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
图5.19
1 0.5 0 -0.5 -1
地震水平加速度时程曲线（东-西）
图5.11 主梁一阶对称横弯振型
图5.13 主梁一阶反对称横弯振型
本文在自振分析中考虑了斜拉桥的前25阶 振动形态。从第一阶振动频率的0.08864Hz 到第二十阶振动频率为1.3427Hz，我们可 以得出：斜拉桥具有密布的频谱。在一个 较宽的频域范围内，许多振型都有可能被 动力载荷激起强烈的振动；采用十阶以上 的振型分析。同时发现大跨度斜拉桥的柔 度较低，有自振周期长，固有频率低的特 点。
桥塔模型示意图
基于ANSYS的斜拉桥索力仿真分析
一 种桥 梁 ．是 大跨 度桥 梁 的主要桥 型 。斜拉 桥 的主体 结构 包括 承压 的索 塔 、受拉 的斜 拉索 和 承弯 的主梁 梁体 由于索 塔 、主梁 和斜 拉索 问刚 度差 异大 ，致使 其受 力和 变形 关 系 比较 复杂
有 限单元 法是 一种 高效 、实 用 的计算 方法 ．它将 连续 体 离 散化 为 若 干个 有 限 大小 的单 元体 的集 合 ． 以求 解 连续 体 力学 问题 ． 有 限单 元 法 在桥 梁 建筑 方 面的应 用极 为广 泛 利用 有 限单元 法 对斜拉 桥进 行仿 真分 析 ．是斜 拉桥 在计 算机 应用 领域 的重 要 发 展方 向之 一 ｊ ＡＮＳＹＳ软 件是 美 国 ＡＮＳＹＳ公 司研 制 的大型 通用 有 限元 软件 ．是世 界范 围内增 长最快 的计 算机 辅助 工程 软件 ．能 与 多数计 算 机辅助 设计 软 件 结 合 ．实 现 数 据 的 共 享 和 交 换 。笔 者 试 应 用 Ａｎｓｙｓ软件 对 竖 琴形 斜 拉索 和 扇形 斜 拉索 ２种 斜拉 桥 的索力 进行 仿真 分 析 ． 比较 它们在 其 他条件 相 同 情况 下 的应 力应 变情况 ．以及 在单根 斜 拉索 失效 的 情况 下 ，其他 斜拉 索 承载情 况 的变化 ．以期 为斜 拉桥 的设 计提 供 力学 参考 １ 力 学 模 型 １．１ 斜 拉 桥 的 特 点
ansys斜拉桥分析
smrtsize,6
amesh,all
secwrite,dhl2,sect,,1
sectype,6,beam,mesh,
secoffset,cent
secread,'dhl2','sect',,mesh
asel,all
aclear,all
adele,all,,,1
r,16,xlarea2,0.00227!江北8
r,17,xlarea2,0.00232!江东8
r,18,xlarea2,0.00241!江北9
r,19,xlarea2,0.00237!江东9
r,20,xlarea2,0.00238!江北10
r,21,xlarea2,0.00240!江东10
!主塔上部截面,编号7
blc4,0,0,4.00,2.60
smrtsize,7
amesh,all
secwrite,zhuta2,sect,,1
sectype,7,beam,mesh,
secoffset,cent
secread,'zhuta2','sect',,mesh
asel,all
secoffset,user,1.3495,0.225
secread,'hgl2','sect',,mesh
asel,all
aclear,all
adele,all,,,1
!横隔梁截面3（最大截面），编号11
blc4,0,0,2.0,1
smrtsize,7
amesh,all
secwrite,hgl3,sect,,1
ANSYS桥梁工程应用实例分析
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。
进入ANSYS前处理器，按照以下6个步骤来建立物理环境：1、设置GUT菜单过滤2、定义分析标题（／TITLE）3、说明单元类型及其选项（KEYOPT选项）4、设置实常数和单位制5、定义材料属性31．设置GUI 菜单过滤如果你希望通过GUI 路径来运行ANSYS ，当ANSYS 被激活后第一件要做的事情就是选择菜单路径：Main Menu>Preferences ，执行上述命令后，弹出一个如图6-1所示的对话框出现后，选择Structural 。
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用Ansys分析斜拉桥的变形、应力分布与优化
问题背景：第三届结构设计大赛，题目为：承受运动载荷的不对称双跨桥
梁结构模型设计。
参赛作品为一个斜拉桥
比赛所用材料：桐木若干，白乳胶一瓶。
比赛要求：保证小车通过的同时，桥应力求重量轻，轻者可进入决赛。
参赛实验台示意图
比赛计算参数：
木杆的抗拉强度表
设计方案数据：根据所给材料，经过计算我们预计需要使用：主梁：4根6*6、4*6，55*1截取18mm宽，55*2截取15mm宽；拉塔：2根6*6，3*4作桁架；梁的固定用1根3*4；桥墩：2根3*4，55*1的木片作桁架结构。
下脚料把主梁两端各加长20mm，并把端面做成梯形以使桥梁稳定。
桥梁简支模型：
其中(5)、(7)、(8)为拉索，(6)为拉塔，(1)、(2)、(3)、(4)为主梁，1、2、5为三个支座，塔高为330mm，2、3的距离为250mm，3、4的距离为200mm。
当小车经过2、5之间时，梁最容易发生破坏。
加载条件：预赛——空车(重9.88kg)行驶，桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。
Ansys分析目的：使用ansys分析软件对桥的应力分布进行分析，对结构进行改进与优化。
Ansys建模数据：
步骤：
定义单元类型：桐木材料选取单元类型：Beam 188 拉索材料选取单元类型为Link 10。
定义单元实常数：Link 10单元的实常数AREA定义为3.14*2.25/4。
其中Beam 188不需要定义实常数。
定义材料属性：材料属性如图。
定义梁截面类型：主梁：8*8，侧梁:5*5，桁架：3*3（全部为矩形），拉索：R=1.5（圆形）。
建模：建立节点模型，利用建模工具建立节点，再用lines—straight lines 连接节点形成线模型。
划分网格：利用Meshing—Mesh attributes—picked lines，根据不同单元属性，不同材料属性，不同截面属性选择线，划分网格。
再用Meshing命令中的line—set进行线单元数目划分，取为15。
定义load：对底座、边缘施加全部自由度约束，节点受力为98.8/4。
求解：solve命令。
查看结果：利用general postproc后处理查看结构变形云图，应力分布。
模型说明：建模过程中，对实际模型进行简化。
其中弹性模量和泊松比进行简化处理，数据从网络中获取。
桥面板由长度为30mm的若干铝板，用柔绳串接而成，重量为2.8kg。
此约束忽略不计。
当小车通过桥梁时，认为在如图位置变形最大，故受力分析时，将载荷加载到如图13、14、16、17节点处。
尤其是拉索模型。
由于拉索单元为Link，其只能受拉，不具有抗弯性能，故改用杆单元代替原模型。
建模时使用mm作单位，而泊松比要除以1000，受力要乘以1000，才能得到正确的结果。
模型
约束及受力图
分析结果如下：
变形图
应力图
在图中变形最大为 6.6998cm，变形量较大，和实际模型相同，说明模型的
结构稳定性不高，需要进行改进。
虽然最大应力为：15.575MPa，其小于主梁的最大许用应力，但为了进入决赛要对模型进行改进。
可在模型中添加加固桁架，但同时会增加质量，所以应去掉不必要的桁架或将侧梁或桁架的截面尺寸减小。