斜拉桥结构的ANSYS分析报告

合集下载

基于ansys的斜拉桥静风稳定性及脉动风抖振分析

基于ansys的斜拉桥静风稳定性及脉动风抖振分析
第 39卷 第 6期 2019年 12月
地 震 工 程 与 工 程 振 动
EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGDYNAMICS
Vol.39No.6 Dec.2019
文章编号:1000-1301(2019)06-0083-08
DOI:10.13197/j.eeev.2019.06.83.songhh.012
Analysesofcablestayedbridges’staticwindstabilityandpulsating windbuffetingbasedonANSYS
SONGHonghong,YANGGang,JIANGYali
(CollegeofTransportationEngineering,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China)
收稿日期:2019-08-17; 修订日期:2019-09-21 基金项目:教育部科研业务费重点科学研究培育项目 (3132019349) Supportedby:FundamentalResearchFundsfortheCentralUniversityies(3132019349) 作者简介:宋红红(1994-),女,硕士研究生,主要从事桥梁稳定性研究.Email:honghongsong@dlmu.edu.cn 通讯作者:杨 刚(1959-),男,教授,博士,主要从事结构仿真分析与 BIM设计研究.Email:yanggang@dlmu.edu.cn
基于 ANSYS的斜拉桥静风稳定性及 脉动风抖振分析
宋红红,杨 刚,姜亚丽
(大连海事大学 交通运输工程学院,辽宁 大连 116026)
摘 要:以大连长山大桥为工程背景,基于 ANSYS有限元软件,提出一个斜拉桥抗风分析方法。首 先建立主桥段有限元模型,基于流体计算软件 CFD(ComputationalFluidDynamics)得到主要梁段截面 三分力系数,通过 MATLAB生成 Davenport脉动风速时程曲线。然后基于 ANSYS二次开发功能,编 制以增量法和内外迭代法为基础的非线性静风稳定性分析和以 Davenport风速谱为基础的脉动风抖 振分析程序。结果表明:该桥静风失稳风速为 125m/s,远大于设计风速 35.2m/s;在随时间变化的 脉动风作用下横桥向振幅最大;在相同基本风速下,脉动风作用产生的位移明显大于静风作用,特别 是横桥向和转角位移。该分析结果可为以后斜拉桥抗风设计提供参考。 关键词:ANSYS;CFD;静风稳定性分析;脉动风抖振分析;二次开发 中图分类号:TU399 文献标志码:A

基于ANSYS软件的斜拉桥结构可靠性分析

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。

ansys 斜拉桥 非线性分析

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

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的斜拉桥承受动载荷的仿真与分析

基于ANSYS的斜拉桥承受动载荷的仿真与分析

2.1 材料模型
预应力钢筋混凝土斜拉桥的主要构件为两部分。钢筋混 凝土通过单元选项考虑配筋率等参数,预应力筋通过温度考 虑预应力大小。材料参数如表 1 所示。
混凝土 预应力筋
表 1 材料参数
杨氏模量 / MPa 泊松比
3.55×104
0.2
1.95×105
0.3
密度/ kg/ m3 2.6×103 7.85×103
此外,对于铁路桥梁来说,列车过桥是一个瞬态动力学 的过程,结构受载随时间变化,前后时刻的桥梁状态相互影 响。国内外计算桥梁动载的方法是将动载简化为静活载,计
模型,运用与真实情况相符的瞬态动力学的计算方法。随着 数值方法的发展和软件应用,大型有限元软件已经可以建立 与物理模型极其吻合的离散模型来模拟实际结构,分析受力 响应和承载过程。计算结果可以直观、快速、高效地给出结 构静态变形分布、与时间相关的受力情况,为桥梁的强度校 核、设计验算提供高精度、多尺度的数值依据。
关键词:预应力混凝土;斜拉桥;动力学;仿真
中图分类号:U448.27
文献标识码:A
文章编号:1004-731X (2009) 21-6893-04
Simulation and Analysis of Prestressed Concrete Cable Stayed Bridge under Dynamic Loading Based on ANSYS
第一辆
第二辆
PP
PP PP
PP
2.5
13.2
2.5 4.6 2.5
13.2
2.5
图 2 列车对桥梁的作用力简图
图 1 组合法建立斜拉桥模型
2.3 恒载条件
计算中,定义结构的自重、配重、及其他静载荷为恒载。 为了计算结构在恒载和动载共同作用下的响应,将结构在恒 载作用下的应力和变形情况当作施加动载的初始条件。恒载 位置及大小如表 2。

基于ansys斜拉桥的稳态有限元分析

基于ansys斜拉桥的稳态有限元分析

基于ansys斜拉桥的稳态有限元分析摘要:采用有限元分析软件ansys建立斜拉桥三维立体模型,其中拉索桥的所有梁采用beam模型,桥面采用shell模型,10根拉索桥将采用link模型,将beam模型和shell模型用form new part组合为一体,最后,求出整个模型的变形云图,并进行稳态等问题的相关后处理。

关键词:有限元分析;beam模型;shell模型;link模型1 建立有限元模型1.1三维有限元模型的建立采用有限元分析软件ansys建立斜拉桥三维立体模型,并对其进行数值分析。

在Engineering Data表格内点击右键新建一种材料,命名为c40,依次定义density (密度)为2500kg/m3,Young’s Modulus(杨氏模量)为33000Mpa,Poisson’s Ratio(泊松比)为0.2。

其材料属性如表1所示,点击Model进入Mechanical界面,如图4-6-16所示定义Shell模型的厚度和材料。

1.2.定义Link单元类型点击Line Body,依次命名为11,12,……,110,右键Insert Commands,在空白处输入以下命令。

LINK180单元是有着广泛工程应用的杆单元,它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。

这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元,每个节点具有三个自由度:沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。

就像铰接结构一样,单元不承受弯矩。

单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形、大应变等功能。

默认情况下,无论进行何种分析,当使用命令NLGEOM,ON时,LINK180单元的应力刚化效应开关打开。

同时本单元还具有弹性、各向同性塑性硬化、动力塑性硬化、Hill(各向异性塑性)、Chaboche(非线性塑性硬化)以及蠕变等性能。

LINK180单元通过两个节点I和J、横截面面积(AREA)、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性来定义。

单元的X轴是沿着节点I到节点J的单元长度方向。

浅析ANSYS在桥梁工程中的应用

浅析ANSYS在桥梁工程中的应用

浅析ANSYS在桥梁工程中的应用摘要:文章主要介绍了ANSYS在桥梁工程中常用的单元建模、自振特性的模态分析,以及优化施工方面的应用,希望能为广大的桥梁工程技术人员提供一些参考。

关键词:ANSYS;有限元;桥梁1 ANSYS软件简介ANSYS作为世界知名的大型通用有限元分析软件,已经广泛应用于核工业,铁道,土木工程,地矿,水利等各工业领域。

它除具有图形处理,前处理,分析,后处理和单元库等重要功能外,还有强有力的结构分析功能,如线形动静力分析,非线性动静力分析等。

近年来,紧跟最先进的计算机方法和计算机技术,ANSYS不断发展更新,特别是强大的后处理功能的推出,方便了设计人员在程序进行有限元分析后的数据处理和结果分析,缩短了设计周期,提高了分析精度。

目前,ANSYS已成为桥梁工程结构设计分析是常用的必备软件之一。

2 ANSYS在桥梁工程中的建模设计2.1 梁单元和杆单元组合ANSYS软件具有强大的建模功能。

建模时,先建立结构的几何模型,给出材料参数和单元类型,最后划分网格,形成结构的有限元模型。

ANSYS软件提供了近200种单元,其中桁架、桁拱、拱肋、上下平纵联、横联、上下层桥面系中的纵横梁及撑杆通常采用梁单元模拟(如BEAM188单元),梁拱间的吊索采用空间杆单元模拟(如LINK10单元)。

运用有限元软件ANSYS建立梁、杆的单元模型,可以详细分析桥梁的极限承载力,变形和强度,以及稳定性。

工程上有很多这方面的成功实例。

2.2 悬索单元斜拉索索力的大小对斜拉桥结构的内力状态影响很大。

特别是大跨度斜拉桥,结构几何非线性效应十分明显。

ANSYS目前还不能模拟施加斜拉索索力,也没有专门的拉索单元,工程上通常采用LINK8和LINK10两种杆件单元模拟斜拉索,用等效弹性修正模量或者多段杆单元来考虑拉索的垂度效应、梁柱效应、大位移效应,利用单元的生死特性,单元初应变或者用温度荷载来施加索力。

2.3 桥墩单元和桩基单元有很多研究人员用ANSYS软件中的Solid65单元,模拟分析混凝土结构桥墩的荷载试验,并取得了不少成果。

ANSYS矮塔斜拉桥建模-荷载与动力分析

ANSYS矮塔斜拉桥建模-荷载与动力分析

目录一.文件名及前处理模式 (2)二.截面的建立 (2)1.主梁截面 (2)2.桥塔截面 (30)三.定义单元属性 (31)四.建立主要节点和单元 (32)1.主梁节点和单元 (32)2.桥塔节点和单元 (39)3.斜拉索节点和单元 (40)4.鱼刺骨模型模拟斜拉索与主梁连接 (41)五.加载与求解 (43)1.施加边界条件 (43)2.施加自重和公路一级荷载 (43)六.动力特性 (43)1.前十阶模态自振频率 (43)2.前五阶振型图 (44)一.文件名及前处理模式定义工作文件名与工作标题,并进入前处理模式(PREP7):/FILNAME,BRIDGE,1 !定义工作文件名/TITLE,ZHANG HAO NAN’S HOMEWORK !定义工作标题/REPLOT !重新显示/PREP7 !进入PREP7处理器二.截面的建立1.主梁截面根据本桥图纸,截面一共有32个,其中包括截面纵向变化与横向变化,为简化模型,减小工作量,选取其中11个截面作为分析对象,可以大致上反应桥梁的形态,从左到右选取图纸中的截面:截面1:左边跨直线段截面截面8:4号墩墩顶截面截面11:截面第一次横向变化(39M—43M)起始截面截面14:截面第一次横向变化(39M—43M)结束截面截面16:主跨跨中截面截面22:截面第二次横向变化(43M—45M)起始截面截面24:截面第二次横向变化(43M—45M)结束截面截面25:5号墩墩顶截面截面27:截面第二次横向变化(45M—39M)起始截面截面31:截面第二次横向变化(45M—39M)结束截面截面32:6号墩墩顶截面由于截面形式复杂,而变截面需要前后两端的拓扑一致,即两端的形状,线与线的关系必须一致,两端截面的节点能一一对应,不使用辅助软件的条件下,必须对这些截面在输入时进行划分,取单元形状为四边形,方向为逆时针,并定义梁截面为MESH(自定义截面),截面偏移为梁节点偏移至横截面圆点。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

整体模型图:
二、静力分析: 1、重力作用下的静力分析: 重力的大小通过设置重力加速度来加入。 重力作用下的位移图:
变形按1:400的比例放大
表中7#节点在左桥面起始点附近,22#和 25#节点在桥面左边跨1/4处,46#节点在左 边跨1/2处,70#节点在左边跨3/4处,97# 节点为左桥塔处桥面上的点,193#节点为 桥面主跨中点,198#节点为左塔中塔柱上 一点,200#节点为左塔分叉点,202#节点 为左塔上塔柱上一点,204#节点为左塔上 塔柱顶点。
桥塔模型示意图
3、拉索: 斜拉桥桥跨结构的重力和桥上的活载,
绝大部分通过斜拉索传递到塔柱上的。斜 拉索在本文中采用用LINK10单元模拟,通 过输入单元初始应变参数来考虑索的初始 拉力。
对于斜拉桥的斜拉索,通常采用如下假设: (1)索单元只在其截面上产生法向应力
(拉应力)。 (2)该法向应力在截面上均匀分布。 (3)在索变形时其截面面积保持不变。
计算时为加载方便,将车队集中载荷序列简 化为均布压力作用于桥面,算入折减系数和 冲击系数,考虑到人群的荷载和其它加重桥 梁载荷的因素,按 3.0KN / m2 的均布压力来 进行计算。
重力和负载共同作用下的位移图:位移图并非 按比例显示,而是将变形放大了150倍。
在《公路斜拉桥设计规范》中要求,主 梁在汽车荷载作用下的最大竖向挠度,当为 混凝土主梁时不应大于L/500,刚主梁时不应 大于L/400, L为中跨跨径(中跨为两个索塔 中间线的距离)。本文中跨长320米,经计算, 不论是混凝土主梁还是刚主梁,本文桥梁在 车辆载荷作用下的挠度均符合《公路斜拉桥 设计规范》的要求。
-4.38400E-03
1.34530E-02
3.90120E-15
2.78220E-02
9.40790E-03
1.08870E-15
-2.60760E-03
5.66380E-12
-4.47060E-15
-2.14960E-02
3.39860E-05
-9.48110E-08
-2.61290E-03
3.88870E-04
2.10840E-15
-8.17460E-03
3.88870E-04
3.18840E-15
-1.80110E-02
4.54710E-03
4.71180E-15
-2.19860E-02
USUM 2.45070E-02 3.99250E-02 1.69320E-02 3.09040E-02 9.76260E-03 2.14960E-02 2.61310E-03 8.18380E-03 1.80870E-02 2.24510E-02
重力作用下左半桥斜拉索的轴力图:
轴力(单位:KN)
3000.00 2500.00 2000.00 1500.00 1000.00
500.00 0.00
拉索轴力图
1 单元
轴力最大值2432.76KN,最小值1917.48KN。
下图为斜一拉般桥的结三构跨重连力续作梁用典下型的的弯恒矩载图弯:矩图:
2、结构负载时的静力分析:
NODE 7# 22# 46# 70# 97#
193# 198# 200# 202# 204#
表4.1 部分节点位移列表
UX
UY
UZ
1.87430E-02
1.00910E-15
-1.57890E-02
1.82150E-02
Байду номын сангаас
3.28250E-15
-3.55280E-02
1.63550E-02
5.16120E-15
三、动力分析: 1、自振特性分析(变形按1:70000的比例显示)
图5.1 第一阶竖弯反对称振型
图5.2 第一阶竖弯对称振型
图5.3 第二阶竖弯反对称振型
图5.4 第二阶竖弯对称振型
图5.5 桥塔一阶对称横向侧弯振型
图5.7 桥塔一阶反对称横向侧弯振型
图5.9 桥塔对称纵弯振型
图5.10 桥塔反对称纵弯振型
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。
一、斜拉桥初始有限元建模: 1、主梁: 单主梁鱼骨刺模型 :
主梁
项目 主梁 刚性鱼骨横梁
弹性模量 3.5 1010 1.0 1016
密度
鱼骨刺
泊松比
2600 0
0.17
0
挂拉索位置
2、桥塔:
桥梁主塔采用空间梁单 元模拟,分为上塔柱、中塔 柱、下塔柱三部分 。大桥墩 部的位移非常小,对大桥的 整体影响不大,建模时桥墩 按照固定端处理,即限制桥 塔底面所有方向的位移。
标准中常把大量的,经常出现的汽车荷载 排成车队形式作为设计荷载。汽车车队分 为汽车—10级,汽车—15级,汽车—20级 和汽车—超20级四个等级。荷载级别的数 字表示一辆主车的重量,以吨计。
本文采用汽车—超20级荷载标准,荷载序列 如下(力的单位:千牛,长度单位:米)。
汽车—超20级载荷标准
计算公式:均布压力 (车队载荷之和 车 道数)/(车队长度 桥面宽)
2、裸塔抗风分析 横向风压公式:
W K1K2K3K4 W0
W0 :基本风压值,取1300Pa。 K1 :设计风速频率换算系数,取1.0。 K 2 :风载体型系数。 K3 :风压高度变化系数。 K4 :地形、地理条件系数,在此取1.4。
斜拉桥结构的ANSYS分析
姓名:吴金花 学号:03024212 指导教师:杨勇
斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成 的组合桥梁结构体系。
本文结构:
第一章:绪论 第二章:有限元理论与ANSYS软件 第三章:斜拉桥初始有限元建模 第四章:斜拉桥的静力分析 第五章:斜拉桥的动力分析
本文模型介绍:
本文中斜拉桥的模型是双塔三跨斜拉桥, 全桥总长640米,桥跨布置为160m+320m + 160m。桥面宽度25米,索塔高度145米。斜 拉索采用密索体系扇形布置,斜索在主梁每5 米处布置一对,全桥共设260根拉索,主塔从 塔顶往下每隔16米设置一个斜拉索张拉集中 点,桥塔的上塔柱共设4个张拉索的集中点。
相关文档
最新文档