桥梁三维模型图
用ANSYS进行结构仿真
吴 炜1 , 翁 洋2 , 吕建鸣1
(11 交通部公路科学研究所 , 北京 100088 ; 21 杭州市公路管理局 , 浙江 杭州 310004)
摘要 : 本文介绍桥梁三维造型系统 Bridge3D 软件和大型通用有限元软件 ANSYS 的接口程序的开发 。用接口程序能够将 Bridge3D 中的桥梁参数转换成用 ANSYS 进行结构三维仿真分析的三维实体单元结点数据 , 并对 T 梁桥和空心板梁桥进 行全桥空间仿真分析 。通过 ANSYS 的计算结果与荷载横向分布理论的计算结果相比较 , 分析与讨论了简支 T 梁桥和 空心板梁桥荷载横向分布计算方法的适用性及其精确性问题 。 关键词 : 荷载横向分布 ; T 梁桥和空心板梁桥 ; 有限元 ; 三维实体单元 中图分类号 : U4481212 文献标识码 : A
Vol121 No16
公 路 交 通 科 技
JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT
2004 年 6 月
文章编号 : 1002Ο0268 (2004) 06Ο0069Ο04
用 ANSYS 对 T 梁和空心板梁桥进行 结构仿真分析的研究
图 1 T 梁桥和空心板梁桥上部结构影像图
图 2 为 ANSYS 的图形用户界面 。ANSYS 是世界 上著名的大型有限元分析软件 , 已经成为土木建筑行 业分析软件的主流 , 在钢结构和钢筋混凝土房屋建 筑 , 体育场馆 , 桥梁 , 大坝 , 隧道以及地下建筑物等 工程中得到了广泛的应用 。它可以对这些结构在各种 外荷载条件下的受力 , 变形 , 稳定性及各种动力特性 作出全面分析 , 从力学分析 , 组合分析等方面提出了 全面的解决方案 , 为土木工程师提供了功能强大的分 析手段和分析功能 。
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。
迈达斯midas梁桥专题—梁格.pdf
Integrated Solution System for Bridge and Civil Strucutres目录一、剪力-柔性梁格理论1. 纵梁抗弯刚度.......................................................................32.横梁抗弯刚度....................................................................... 43.纵梁、横梁抗弯刚度........................................................... 44.虚拟边构件及横向构件刚度.. (5)三、采用梁格建模助手生成梁格模型二、单梁、梁格模型多支座反力与实体模型结果比较1. 前言.......................................................................................72. 结构概况...............................................................................73. 梁格法建模助手建模过程及功能亮点...............................114. 修改梁格..............................................................................225. 在自重、偏载作用下与FEA 实体模型结果比较. (24)四、结合规范进行PSC 设计1.纵梁抗弯刚度【强制移轴（上部结构中性轴）法】一、剪力-柔性梁格理论a.各纵梁中性轴与上部结构中性轴基本重合b.强制移轴，使各纵梁中性轴与上部结构中性轴基本重合，等效纵梁抗弯刚度2.横向梁格抗弯刚度3.纵梁、横梁抗扭刚度4.虚拟边构件及横向构件刚度此处d’为顶板厚度。
桥梁工程建模—桥梁模型组合(BIM建模课件)
结构中梁直接绘制-使用 对齐命令对齐
绘制桥台
绘制桥墩
绘制连系梁
绘制桩基础
绘制箱梁
绘制栏杆
复制桩族-修改参数-修 改视图范围-点击绘制
图纸中确定连系梁个 数-绘制连系梁-三维 中选择修改偏移量
进入栏杆顶标高平面-修改 基线范围“桥墩定标高”，
直接绘制，从左往右。
小
结
视图范围 理解视图范围
小
结
视图范围 调整视图范围
默认视图范围
调整视图范围
桥梁模型组合
模型组合步骤
组合 顺序
首先打开我们以前绘制好的轴网和标高的项目，然后按以下顺序进行绘制。
01
02
03
04
05
06
桥台
桥墩
桩基础
连系梁
箱梁
栏杆
模型组合步骤
将前面绘制的族载入到项目中
修改视图范围-点击 放置-调整位置
复制修改名称-修改参数-修 改视图范围-点击绘制-桥台 处桩基础进入桥面顶标高-
桥梁各种术语各种图
悬索桥
总结词
悬索桥是一种以悬索为主要承重结构的桥梁类型，其结构形 式轻盈、跨越能力大，适用于大型跨河、跨海等工程。
详细描述
悬索桥由桥塔、主缆索、吊索和桥面组成，主缆索通过吊索 将荷载传递到桥面上。悬索桥的主缆索通常采用高强度钢丝 绳制造。
斜拉桥
总结词
斜拉桥是一种以斜拉索为主要承重结构的桥梁类型，其结构形式新颖、跨越能力 强，广泛应用于大型跨河、跨海等工程。
03
桥梁设计图解
总布置图
总布置图是桥梁设计的总体规划图， 主要展示桥梁的平面布局、结构形式、 跨度、桥面宽度等基本信息。
总布置图是桥梁设计的基础，为后续 的细部设计和施工提供指导和依据。
总布置图还包括桥梁与两岸的连接方 式、排水设计、交通组织等方面的规 划。
细部结构图
细部结构图是对桥梁各个部分的具体设计图纸，包括各个部件的尺寸、材料、连接 方式等。
施工监测
介绍施工监测的方法和设备，以及监测数据的应 用和分析，以确保施工安全和质量。
05
桥梁术语与图解的应用
在工程设计中的应用
概念设计
在桥梁设计的初
结构设计
使用术语和图解对桥梁的各个部分进行详细描述，如主梁、桥墩、 基础等，以确保结构的稳定性和安全性。
验收与评估
03
使用术语和图解来评估桥梁施工的质量和安全性，确保符合设
计要求和使用标准。
在维护与管理中的应用
1 2
定期检测与评估
通过使用术语和图解来定期检测桥梁的结构状况， 评估其性能和安全性，为维修和加固提供依据。
维修与加固
使用术语和图解来描述维修和加固的方案和方法， 以确保桥梁的长期使用和安全性能。
滑动支座
允许桥梁在水平方向上自 由移动，以适应温度变化 和地震等外部力。
道路CAD(第8模块三维建模基础及应用)
AutoCAD 2011
8.1.2 道路工程三维建模的基本功能
道路工程三维建模：创建基本三维模型及用它 们组合成实际的工程结构模型两个部分
基本三维面是一种表面模型：三维平面、三 维曲面两大类
三维物体的构造模型主要有： 线框模型 表面模型 实体模型
Autodesk
AutoCAD 2011
AutoCAD 2011
3．绘制楔形体（ai_Wedge）表面 命令：ai_wedge（回车） AutoCAD将出现以下提示，要求用户逐步确定楔形体的尺寸； • 指定长角点给楔体表面：（给定楔形体长度） • 指定长度给楔体表面：（给定楔形体长度） • 指定楔体的表面宽度：（给定楔形体宽度） • 指定高度给楔体表面：（给定楔形体高度） • 指定楔体表面绕Z轴旋转的角度：（输入楔形体绕Z轴的旋转角度）。 输入参数后，楔形体便绘制出来了，如图8-8（a）所示旋转角度为90º。
Autodesk
AutoCAD 2011
4．绘制圆顶（ai_Dome）表面 该选项绘制圆球的顶面，类似一个球盖。选择这一选项，AutoCAD将出 现以下提示。 命令:ai_dome（回车） •指定中心点给上半球面：（输入圆顶表面中心得坐标） •指定上半球的半径或[直径D]：（指定圆顶的直径或半经） •输入曲面的经线数目给上半球面〈16〉：（输入圆顶面在经度方向的 网格数） •输入曲面的纬度数目给上半球面〈8〉：（输入圆顶面在纬度方向的网 格数），如图8-8（b）所示。
②“四面体”选项，绘制三棱锥或三棱台表面。选择该选项，AutoCAD将出现以 下提示：
指定四面体表面的顶点或[顶面（T）]： 默认项为：“顶点”，用户输入一个顶点，绘制一个三棱台表面，如图8-7（d） 所示；“顶面”选项，则要求用户输入三个点，创建一个三棱锥体表面，如图8-7 （e）所示。
斜拉桥成桥阶段和施工阶段分析(MIDAS算例)
目录概要1桥梁基本数据/ 2荷载/ 2设定建模环境/ 3定义材料和截面的特性值/ 4成桥阶段分析6结构建模/ 7生成二维模型/ 8建立索塔模型/ 10建立三维模型/ 13建立主梁横向系梁/ 15建立索塔横梁/ 17生成索塔上的主梁支座/ 19生成桥墩上的主梁支座/ 23输入边界条件/ 25计算拉索初拉力/ 28输入荷载条件/ 29输入荷载/ 30运行结构分析/ 33建立荷载组合/ 34计算未知荷载系数/ 35查看成桥阶段分析结果39查看变形形状/ 39施工阶段分析40施工阶段分类/ 41逆施工阶段分类/ 42逆施工阶段分析/ 42输入拉索初拉力/ 45定义施工阶段/ 49定义结构群/ 50指定边界群/ 53指定荷载群/ 56建立施工阶段/ 59输入施工阶段分析数据/ 61运行结构分析/ 61查看施工阶段分析结果62查看变形形状/ 62查看弯矩/ 63查看轴力/ 64施工阶段分析变化图形/ 65概要斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。
斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。
在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。
为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态，然后按顺序做施工阶段分析。
在本例题中将介绍建立斜拉桥分析模型的方法、计算拉索初拉力的方法、施工阶段分析的步骤以及查看分析结果的方法。
本例题中的桥梁模型如图1所示为三跨连续斜拉桥，中间跨径为220m、边跨跨径为100m。
图1 斜拉桥分析模型桥梁基本数据为了说明斜拉桥分析的步骤，本例题桥梁采用了比较简单的分析模型，可能与实际桥梁设计内容有所不同。
MIDAS-桥梁梁格
1.纵梁抗弯刚度【强制移轴（上部结构中性轴）法】一、剪力-柔性梁格理论a.各纵梁中性轴与上部结构中性轴基本重合b.强制移轴，使各纵梁中性轴与上部结构中性轴基本重合，等效纵梁抗弯刚度MIDAS-桥梁梁格2.横向梁格抗弯刚度3.纵梁、横梁抗扭刚度4.虚拟边构件及横向构件刚度此处d’为顶板厚度。
此处d为顶板厚度。
二、单梁、梁格模型多支座反力与实体模型结果比较比较结果：与实体模型结果相比较，可得出在自重荷载作用下，单梁模型计算的多支座反力结果失真，而梁格模型结果较合理。
多支座单梁模型50010001500梁格模型（kN）梁格模型（kN）050010001500实体模型（kN）实体模型（kN）050010001500支座1支座2支座3支座4支座5支座6单梁模型（kN）单梁模型（kN）多支座梁格模型多支座实体模型1.前言采用梁格建模助手生成梁格模型宽梁桥、斜交桥、曲线桥的单梁模型无法正确计算横向支座的反力、荷载的横向分布、斜交桥钝角处的反力以及内力集中效应，利用梁格法模型可以非常方便的解决以上问题。
梁格法建模的关键在于采用合理的梁格划分方式和正确的等效梁格刚度。
用等效梁格代替桥梁上部结构，将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，横向刚度集中于横向梁格内。
理想的刚度等效原则是：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时，两者的挠曲将是恒等的，并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。
由于实际结构和梁格体系在结构特性上的差异，这种等效只是近似的，但对一般的设计，梁格法的计算精度是足够的。
梁格法作为桥梁空间分析的一种简化方法，虽然较比板壳、实体有限元方法建模简单、求解方便，但是前期的截面特性计算量大，且对于新手来讲容易出错，非常耗时。
midas Civil的梁格法建模助手功能可以帮助用户轻松实现上述功能。
梁格法建模助手，对于单箱多室箱梁桥、斜交桥、曲线梁桥可自动生成梁格模型。
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简支T梁施工过程之一——主梁的浇筑
T梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。
梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。
在T梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。
在T梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。
拉端设置锚头构件预留张拉位置。
锚头可设置在梁端、梁顶等位置。
拉端设置锚头构件预留张拉位置。
锚头可设置在梁端、梁顶等位置。
拉端设置锚头构件预留张拉位置。
锚头可设置在梁端、梁顶等位置。
多数T梁在梁内部设置通长的预应力钢束。
由于梁的两端剪力较大，所以要将预应力钢束在两端抬起。
这和钢筋混凝土梁很相似。
由于梁的两端剪力较大，所以要将预应力钢束在两端抬起。
这和钢筋混凝土梁很相似。
预应力钢束要套波纹管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中。
预应力钢束要套波纹管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中。
T梁施工过程之二——穿束
简支T梁施工过程之二——穿束
预应力筋穿入孔道的方法有先穿束法和后穿束法两种。
先穿束法即在浇注混凝土之前穿束。
这种穿束法较省力，但束端保护不当易生锈。
后穿束法即在混凝土浇筑之后穿束。
穿束可在混凝土养护期内进行，不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后及时张拉，易于防锈，但穿束较为费力。
后穿束法可用人工穿束、卷扬机穿束和穿束机穿束。
穿束前应全面检查孔道是否完整无缺
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之二——穿束
T梁施工过程之三——张拉
预应力T梁一般采用后张法（先浇筑混凝土，后张拉预应力钢筋）。
后张法是利用构件自身作为加力台座进行预应力筋的张拉，并用锚夹具将张拉完毕的预应力筋锚固在构件的两端，再在预应力筋的管道内压入水泥浆，使预应力筋与混凝土粘结成整体。
后张法主要是靠锚夹具来传递和保持预加应力的。
预应力筋张拉时的混凝土强度直接影响构件的安全度、锚固区的局部承压、徐变引起的损失等，是施加预应力成败的关键。
施加预应力的方法很多，除常用的一端张拉、两端张拉、对称张拉、超张拉等以外，还有分批张拉、分段张拉、分阶段张拉、补偿张拉等。
T梁施工过程之三——张拉
T梁施工过程之三——张拉
T梁施工过程之三——张拉
T梁施工过程之三——张拉
预应力筋张拉时的混凝土强度直接影响构件的安全度、锚固区的局部承压、徐变引起的损失等，是施加预应力成败的关键。
施加预应力的方法很多，除常用的一端张拉、两端张拉、对称张拉、超张拉等以外，还有分批张拉、分段张拉、分阶段张拉、补偿张拉等。
T梁施工过程之三——张拉
T梁施工过程之四——截断
由于预应力筋要设置工作区而预留长度（70cm），在预应力筋张拉后钢筋又被拉长，从而在端部产生多余的钢筋长度为。
便于封锚，必须将这部分截断。
以下为截断后的T梁：
T梁施工过程之四——截断
T梁施工过程之四——截断
T梁施工过程之四——截断
T梁施工过程之五——封堵
钢筋张拉完成后即可进行孔道灌浆。
孔道灌浆用的水泥标号不应低于425号普通硅酸盐水泥。
灌浆后，应用人工再从泌水管内徐徐补入水泥浆，并用细铁丝不断插捣，直至密实。
对于埋置在梁体内的锚具，在预加应力完毕后，应先在其周围设置钢筋网，然后浇筑混凝土。
混凝土的标号不宜低于构件本身标号的80%，亦不宜低于构件本身标号的80%，亦不低于30号。
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
T梁施工过程之五——封堵
梁施工过程之六——成型
以下即为成桥后的预应力简支T梁的外部和内部构造图。
从图中可以看出，它的特点是外形简单，制造方便，横向藉横隔梁联结，整体性也较好。
从受力来看，对钢筋混凝土结构而言，T形截面顶板宽翼缘受压，下部开裂后不参与工作，只要能有布置钢筋的足够面积即可，有利于承受正弯矩。
在承受负弯矩时，顶上翼缘处于受拉区，而肋部处于受压区，要提高抗负弯矩的能力，必须加大底部成马蹄形。
显然，T形截面在钢筋混凝土结构中，T形截面重心位置偏上，核心距虽较大，但因上核心离顶面距离远远小于下核心离底面的距离。
它标志承受正弯矩能力的力臂距远远大于承受负弯矩的力臂矩。
所以，它也是有利于承受正弯矩。
总之，无论是钢筋混凝土或预应力混凝土结构，T形截面有利于承受单向弯矩（正弯矩），不利于承受双向弯矩（正、负弯矩）。
因而在简支梁式桥中，跨径从13~50m，大多数的横截面型式布置成多T梁截面型式。
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
T梁施工过程之六——成型
波纹管详图
预应力筋的预留管道可采用金属波纹管预埋的方法。
波纹管的接长可采用大一号同型波纹管作为接头管。
接头管的长度为200~300cm。
接头管的两端用密封胶带或塑料热缩管封裹，以防接缝处漏浆。
波纹管在安装就位的过程中应尽量避免反复弯曲，以防管壁开裂。
同时，还应防止电焊火花烧伤管壁。
发现管壁破损，应及时用粘胶带修补。
波纹管详图
波纹管详图
波纹管详图
波纹管详图
波纹管详图
桥墩浇筑
桥墩浇筑
支座安装
板式橡胶支座
支座位置
支座位置
中部T梁的吊装
中部T梁的吊装
中部T梁的吊装
中部T梁的吊装
边梁吊装
边梁吊装
边梁横移就位
边梁横移就位
边梁吊装完成
边梁吊装完成
边梁吊装完成
边梁吊装完成
桥面板现浇
桥面板现浇
防撞护栏浇筑
防撞护栏浇筑
桥面铺装
桥面铺装
栏杆安装
栏杆安装
沥青路面
沥青路面
细部观察
细部观察
细部观察
简支空心板梁
简支空心板梁——边梁
简支空心板梁——边梁
简支空心板梁——边梁配筋
简支空心板梁——边梁配筋
简支空心板梁——边梁配筋
简支空心板梁——边梁配筋
简支空心板梁——预应力筋布置
简支空心板梁——箍筋
简支空心板梁——盖梁配筋
简支空心板梁——桥墩配筋
简支空心板梁——桥墩
简支空心板梁——桥墩与盖梁的连接
简支空心板梁——桥墩与盖梁的连接
简支空心板梁——桥台
简支空心板梁施工过程——原始地形
简支空心板梁施工过程——设置桥台
简支空心板梁施工过程——设置桥墩
简支空心板梁施工过程——浇注盖梁
简支空心板梁施工过程——边梁架设
简支空心板梁施工过程——铺设中部梁板
简支空心板梁施工过程——桥面铺装
简支空心板梁施工过程——两岸施工
简支空心板梁施工过程——中部合龙。