Ansys桥梁计算

桥梁计算（常用的计算方法）

在Ansys单元库中，有近200种单元类型，在本章中将讨论一些在桥梁

工程中常用到的单元，包括一些单元的输人参数，如单元名称、节点、自由度、实常数、材料特性、表面荷载、体荷载、专用特性、关键选项KEYOPl等。＊＊＊关于单元选择问题

这是一个大问题，方方面面很多，主要是掌握有限元的理论知识。首先

当然是由问题类型选择不同单元，二维还是三维，梁，板壳，体，细梁，粗梁，薄壳，厚壳，膜等等，再定义你的材料：各向同性或各向异性，混凝土的各项’参数，粘弹性等等。接下来是单元的划分与网格、精度与求解时间的要求等

选择，要对各种单元的专有特性有个大概了解。

使用Ansys，还要了解Ansys的一个特点是笼统与通用，因此很多东西

被掩盖到背后去了。比如单元类型，在Solid里面看到十几种选择，Solid45，Solidl85，Solid95等，看来区别只是节点数目上。但是实际上每种类型里还

有Keyopt分成多种类型，比如最常用的线性单元Solid45，其Keyopt(1)：in●cludeorexclude extradisplacement shapes，就分为非协调元和协调元，Keyopt (2)：fullintegration。rreducedintegration其实又是两种不同的单元，这样不同

组合一下这个Solid45实际上是包含了6种不同单元，各有各的不同特点和

用处。因此使用Ansys要注意各单元的Keyopt选项。不同的选项会产生不

同的结果。·

举例来说：对线性元例如Solid45，要想把弯曲问题计算得比较精确，必

须要采用非协调模式。采用完全积分会产生剪切锁死，减缩积分又会产生

零能模式(ZEM)，非协调的线性元可以达到很高的精度，并且计算量比高阶

刷、很多，在变形较大时，用Enhanced Strain比非协调位移模式(Enhaced Displacement)更好(Solidl85)。但是这些非协调元都要求网格比较规则才

行，网格不规则的话，精度会大大下降，所以如何划分网格也是一门实践性

很强的学问。

采用高阶单元是提高精度的好办法，拿不定主意时采用高阶元是个比

较保险的选择，但是高阶单元在某些情况下也会出现剪切锁死，并且很难发

现，因此用减缩积分的高阶元通常是最保险的选择，但是在大位移时，网格

扭曲较大，减缩积分就不适用。

不同结构形式的桥梁具有不同的力学行为，必须针对性地创建其模型，’

选择维数最低的单元去获得预期的效果(尽量做到能选择点而不选择线，能

选择线而不选择平面，能选择平面而不选择壳，能选择壳而不选择三维实

体)。下面的几节介绍一下桥梁工程计算中经常会用到的单元。

＊＊＊桥梁仿真单元类型

一、建议选用的单元类型

在桥梁用Ansys建立模型时，可参照以下建议用的单元进行桥梁模型

的建立。

．1．梁(配筋)单元：桥墩、箱梁、纵横梁。

2．板壳(配筋)单元：桥面系统。

3．实体(配筋)单元：桥墩系统、基础结构。

4．拉杆单元：拱桥的系杆、吊杆。

5．拉索单元：斜拉桥的索、悬索桥的钢丝绳。

6．预紧单元：索力控制、螺栓铆钉连接。

7．连接单元：支座、地基。

二、常见桥梁连接部位

在桥梁建立模型时要准确模拟边界条件，因此要准确分析连接部位的

固有特性。

(一)常见桥梁连接部位

1．固定支座、铰支、可滑移支座等空间支座系统。

2．带减振和隔振措施的减振支座系统。

3．地基—主体之间桩-基系统。

4．刚构之间的螺栓连接、铆接等。

5．梁管之间的球接和铰接等。

(二)连接部分解决方法

Ansys在解决桥梁不同的连接部位时可选用如下的方法：

1．Combin7、Combin40、Linkll、Contact52、Combine38弹簧(阻尼、间隙元)：可用来模拟支座、绳索、拉杆等桥梁部件。

2．预紧单元可解决螺栓、铆钉连接的问题。，

3．二力杆拉杆、索可解决拉索问题。

4．耦合与约束方程可解决梁与塔横梁的边界约束关系。

5．接触单元如Contact52可模拟滑动支座、销接等部件的真实情

况。

(三)常见桥梁接触问题

桥梁各个部分之间可能存在如下三种接触方式。

1．滑移连接：点点接触。

2．绑定连接：点面接触。

3．转动连接：面面接触。

用接触单元可模拟如：滑移支座接触、挡块与其他部件的接触、振动时

不同构件的碰撞等问题，这里不再一一赘述。．

三、桥梁基础的处理方式

为了真实的模拟桥梁的实际情况，需要真实模拟桥梁的基础受力、变形及约束情况，建议建立模型时采用如下方案。

1．基础平台与桩基：用实体模型、预应力配筋。’

2．基础与岩土系统：有限区域实体模型、预应力配筋。

＊＊＊桥梁常见模型处理

一、桥梁中常用的模型可以用相应的单元

1．刚构桥、拱桥：梁与杆单元组合模型。

2．钢管混凝土：复合截面梁模型。

3．连续梁：梁模型。

4．斜拉桥／悬索桥：梁、板壳、索或杆单元组合模型。

5，立交桥：实体墩、板壳桥面和加强梁混合模型。

6．局部详细计算：实体(考虑配筋)或板模型，以便考虑模型细节特征，如结构尺寸构造倒角、厚薄或粗细过度、凹凸部分以及配筋等。

二、桥梁建模要综合运用各种合适的单元

对桥梁进行总体分析应该遵循如下原则：

1．支座系统采用弹簧—阻尼系统；·

·2．连接部位采用耦合与约束方程；

3．桥墩系统采用截面梁、配筋梁；

4．桥面系统采用截面梁、配筋梁、板壳、梁板组合。

对桥梁进行局部分析应该遵循如下原则：

1．支座系统采用实体模型：粘弹(粘塑、超弹、塑性)大变形(位移)；2．连接部位采用接触模型：实体、板壳、梁或组合模型；

3．桥墩系统采用实体模型：配筋与混凝土破坏；

4．桥面系统采用实体或板壳：配筋与混凝土破坏，组合梁之间的耦合与约束方程。

三、选用合适的分析方法、

在对桥梁进行建模计算时对不同的计算目的要采取不同的计算步骤。(一)静态计算

1．根据分析类型承载特点建立合理梁、板、实体、拉杆(模拟索)模型；2．材料与几何非线性效应；

3．连接部位与支座的正确处理。

(二)动力分析

1．尽量采用梁、板壳或二者组合模型；

2．附属结构简化为质点，建立与总体结构耦合关系；

3．连接部位与支座自由度协调合理；

4．应当考虑大变形、初应力以及预张力的动力影响；