钢桁架桥梁结构的ANSYS分析
钢桁架桥梁结构的ANSYS分析
摘要
本文中采用有限元分析法，在大型有限元分析软件ANSYS平台上分析桥梁工程结构，很好地模拟桥梁的受力、应力情况等。在静力分析中，通过加载各种载荷，得出结构变形图，找出桥梁的危险区域。
1、问题描述
下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1-1。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ，P2和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图1。1
图1桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)
2、模型建立
在桥梁结构模拟分析中，最常用的是梁单元和壳单元，鉴于桥梁的模型简化，采用普通梁单元beam3。
实体模型的建立过程为先生成关键点，再形成线，从而得到桁架桥梁的简化模型。
3、有限元模型
3.1单元属性
整个桥梁分成三部分，分别为顶梁及侧梁、弦杆梁、底梁，三者所使用的单元都为beam3单元，因其横截面积和惯性矩不同，所以设置3个实常数。此外，他们材料都为型钢，材料属性视为相同，取为弹性模量EX为2.1e11 ，泊松比prxy为0.3，材料密度dens为7800。
3.2网格划分
线单元尺寸大小为2，即每条线段的1/2。
4、计算
4.1约束
根据问题描述的要求，该桁架桥梁在x=0处的边界条件为全约束，x=32处的边界条件为y方向位移为0（即UY=0）。如下图所示。
4.2载荷
卡车对桥梁的压力视为3个集中载荷，因为模型只取桥梁的一般，所以3个集中载荷的力之和为20000N，分别为p1=5000N,p2=10000N,p3=5000N。并将载荷施加在底梁的关键点4,5,6上。如下图所示。
5、静力分析的计算结果
5.1查看结构变形图
显示y方向位移
显示x方向位移
5.2结论
从加载后的结构变形图中可以看出，在载荷作用下，桁架桥的中间位置向下发生弯曲变形最为明显而两侧的侧梁变形最小，载荷引起的位移最大处在桥中间位置，随跨中间向两侧递减。
6、命令流
/filname,bridge
/title,this is a analysis of bridge
/prep7
!=====设置单元和材料
et,1,beam3
r,1,2.19e-3,3.83e-6
r,2,1.185e-3,1.87e-6
r,3,3.031e-3,8.47e-6
mp,ex,1,2.1e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,,7800
!-----定义几何关键点
k,1,0,0,, $ k,2,4,0,, $ k,3,8,0,, $k,4,12,0,, $k,5,16,0,, $k,6,20,0,, $k,7,24,0,, $k,8,28,0,, $k,9,32,0,, $k,10,4,5.5,, $k,11,8,5.5,, $k,12,12,5.5,, $k,13,16,5.5,, $k,14,20,5.5,, $k,15,24,5.5,, $k,16,28,5.5,,
!-----通过几何点生成桥底梁的线
l,1,2 $l,2,3 $l,3,4 $l,4,5 $l,5,6 $l,6,7 $l,7,8 $l,8,9
!------生成桥顶梁和侧梁的线
l,9,16 $l,15,16 $l,14,15 $l,13,14 $l,12,13 $l,11,12 $l,10,11 $l,1,10
!------生成桥身弦杆的线
l,2,10 $l,3,10 $l,3,11 $l,4,11 $l,4,12 $l,4,13 $l,5,13 $l,6,13 $l,6,14 $l,6,15 $l,7,15 $l,7,16 $l,8,16
!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
lsel,s,,,9,16,1,
latt,1,1,1,,,,
!-----选择桥身弦杆指定单元属性
lsel,s,,,17,29,1,
latt,1,2,1,,,,
!-----选择桥底梁指定单元属性
lsel,s,,,1,8,1,
latt,1,3,1,,,,
!------划分网格
allsel,all
lesize,all,,,1,,,,,1
lmesh,all
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/solu
nsel,s,loc,x,0
d,all,,,,,,all,,,,,
allsel,all
nsel,s,loc,x,32
d,all,,,,,,,uy,,,,
allsel,all
!------基于几何关键点施加载荷
fk,4,fy,-5000 $fk,6,fy,-5000 $fk,5,fy,-10000
/replot
allsel,all
solve
!=====进入一般的后处理模块/post1
plnsol, u,y, 0,1.0
plnsol, u,x, 0,1.0
finish
钢管拱肋(桁架)加工
钢管拱肋（桁架）加工 1、钢管混凝土拱桥所用钢管直径超过600mm的应采用卷制焊接管，卷制钢管宜在工厂进行。在有条件的情况下，优先选用符合国家标准系列的成品焊接管。 2、成品管及制管用的钢材和焊接材料等应符合设计要求和国家现行标准的规定，具备完整的产品合格证明。 3、钢管拱肋（桁架）加工的分段长度应根据材料、工艺、运输、吊装等因素确定。在加工制作前，应根据设计图的要求绘制施工详图，包括零件图、单元构件图、节段单元图及组焊、拼装工艺流程图等。加工前应按半跨拱肋进行1：1精确放样，注意考虑温度和焊接变形的影响，并精确确定合龙节段的尺寸，直接取样下料和加工。 4、工地弯管宜采用加热顶压方式，加热温度不得超过800℃。钢管对接端头应校圆，除成品管按相应国家标准外，失圆度不宜大于钢管外径的0.003倍。钢管的对接环焊缝可采用有衬管的单面坡口焊和无衬管的双面熔透焊。两条对接环焊缝的间距应符合设计要求，设计无规定时，直缝焊接管不小于管的直径，螺旋焊接管不小于3m。对接径向偏差不得超过壁厚的0.2倍。为减少运输及安装过程中对口处的失圆变形，应适当在该处加设内支撑。 5、拱肋（桁架）节段焊接宜要求与母材等强度焊接。所有焊缝均应按规定进行强度和外观检查，宜要求主拱的焊缝达到二级焊缝标准。
对接焊缝应100％进行超声波探伤，其质量检查标准可按照本规范第17章的有关规定执行。 桁架式钢管拱主管与腹管采用相贯焊接时，宜采用自动或半自动的加工方式来保证相贯线和坡口的制作精度，对焊接材料和工艺的选择在满足焊接接头强度的原则下，应尽量提高接头的韧性指标。要力求避免和减少焊缝多次相交的不良结构细节。 6、在钢管拱肋（桁架）加工过程中，应注意设置混凝土压注孔、防倒流截止阀、排气孔及扣点、吊点节点板。如拱肋（桁架）节段采用法兰盘连接，为保证螺栓连接的精度，宜采用3段啮合制孔工艺。对压注混凝土过程中易产生局部变形的结构部位（如腹箱）应设置内拉杆。 7、钢管拱肋（桁架）节段形成后，钢管外露面应按设计要求做长效防护处理，宜采用热喷涂防护，其喷涂方式、工艺及厚度应符合设计要求
ANSYS结构力分析实例
基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step) 下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3 种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8 段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ，P2 和P3 ，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图3-23。 图3-22 位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988) 图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半) 表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数 解答以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。 (1) 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory（设置工作目录）→Initial jobname （设置工作文件名）:TrussBridge →Run →OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu：Preferences… →Structural →OK (3) 定义单元类型 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close (4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density (定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口） (6) 构造桁架桥模型 生成桥体几何模型 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格) (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束) →Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束) →OK (8) 施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything (9) 计算分析 ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK (10) 结果显示 ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK（返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))
钢管桁架制作方案
目录 二、钢结构施工部分 第一章…………………………加工依据 第二章………………………十字柱和H型钢梁加工制作流程第三章………………………十字柱和H型钢梁加工控制点分析第四章…………………………管桁架的加工流程 第五章………………………管桁架加工控制点分析 第六章………………………………降低成本缩短工期措施 第七章………………………………劳动力计划及保证措施 第八章……………………………工程质量控制及管理措施 第九章……………………………安全文明施工的保证措施 第十章………………………网络进度计划及工期保证措施 第十一章………………………………………季节施工措施 第十二章………………………………………施工平面布置
第一章加工依据 一、依据的技术标准、规范 （1）设计及招标文件中注明的各项技术规范与标准 （2）国家、行业及地方的现行相关标准 《钢结构工程施工质量验收规范》 GB 50205－2001 《建筑钢结构焊接规程》 JGJ 81-2002 《钢结构制作安装施工规范》 YB 9254－95 《涂装前钢材表面腐蚀等级和涂装等级》 GB 8923 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》 GB 11345 《钢熔化焊对接接头射线照相和质量等级》 GB3323 《钢结构工程施工技术标准》 ZJQ08-SGJB 205-2005 《结构用无缝钢管》GB/T 8162－2008 《碳素结构钢》GB/T 700－2006 《熔化焊用焊丝》GB/T 14957-1994 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110-2008 《厚度方向性能钢板》GB/T 5313-85 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》 GB/T 3632～2008 《钢结构防火涂料》GB 14907 《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS 24 《工业建筑防腐蚀设计规范 GB50046 《钢制压力容器焊接工艺评定》JB 4708
钢桁架桥的结构设计与分析
钢桁架桥的结构设计与分析 1、概述 钢桁架桥以其跨越能力强、施工速度快、承载能力强、耐久性好普遍应用于铁路桥梁。长期以来，由于钢材价格高，材料养护费用高，钢桁架桥梁在公路领域应用较少。近年来，随着我国炼钢水平的提高，国产的钢材品质已经完全能满足结构安全的需要，同时随着钢结构防腐技术的提高，钢结构桥梁越来越多的在公路工程领域得到应用。 相比较我国当前100m左右中等跨径常用的桥型如连续梁、系杆拱、矮塔斜拉桥等结构，钢桁架桥梁虽然建筑成本高，但刨去成本控制的因素，钢桁架桥具有以下的几点优越性：1.建筑高度低，由于钢桁架结构主桁主要由拉杆和压杆构成，对杆件界面的抗弯刚度要求不大，因此钢桁架的建筑高度由横梁控制，在桥梁宽度不是非常大时可极大的降低桥梁建筑高度，尤其适用于对桥梁建筑高度有严格限制的桥梁；2.施工周期短，速度快。钢桁架施工可在工厂制作杆件，运到现场拼装成桥，可采用顶推和支架拼装等方法，这使它在很多工期较紧的工程（如重要道路的桥梁改建）和跨越重要道路的跨线桥上成为桥型首选之一；3.随着钢结构防腐技
术的提高，钢桁架桥的耐久性大为提高，同时钢材作为延性材料，结构安全性较混凝土桥梁高。正因为钢桁架桥梁的这几方面的优点，桁架桥梁成为特定条件下的经济而合理的桥型选择。 2、结构设计 公路桥位于江苏省境内，正交跨越京杭大运河，河口宽95m，通航净空要求90x7m，桥梁主跨采用97m，由于桥梁中心至桥头平交处距离仅140余米，若采用其他结构纵坡将达到5%以上，经综合考虑，主桥采用97m下承式钢桁架结构。 2.1主桁 主桁采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度5.35m，主桁高度8m，高跨比为1/12.04。两片主桁中心距为8.6m，宽跨比为1/11.2，桥面宽度为8m。
大跨度建筑结构
大跨度建筑结构 1单层刚架 刚架是以横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。 1.1受力特点：梁柱合一的刚架仍是横向受弯为主的结构，但梁柱刚接的相互约束减少了梁跨中与柱内弯矩，内力虽然有轴力，但以弯矩为主，这是其承荷传力的基本特性。刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。同时，倾斜的横梁使建筑屋顶形成折线形，建筑外轮廓富裕变化。 由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因此应用非常广泛。但刚架结构的刚度较差，不宜用于吊车起吊重量超过100KN的厂房等建筑。 1.2刚架结构的类型 刚架按结构组成的构造方式不同，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。无铰刚架和两铰刚架是超静定结构，结构刚度较大，但当地基条件较差，发生不均匀沉降时，结构产生附加内力。三铰刚架则属于静定结构，在地基产生不均匀沉降时，结构不会引起附加内力，但刚度不如前两种好。一般来说，三铰刚架多用于跨度较小的建筑，前两者用于较大的建筑。 刚架按材料不同分为胶合木刚架、钢刚架和混凝土刚架。胶合木刚架是利用短薄板的板材拼接而成，不受原木尺寸及缺陷的限制，具有较好的防腐和耐燃的性能。轻钢门式刚架适用范围:用于跨度为9一36m，柱距为6m，柱高为4.5一9m，不设吊车或设有起重量较轻吊车的单层工业厂房或公共建筑:设置桥式吊车时起重量不宜大于20t、设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。钢筋混凝土刚架一般适用于跨度小于18m，高度小于10m的无吊车和吊车荷载小于100KN的建筑中，最大跨度可达30m。钢筋混泥土刚架构件截面一般为矩形，以便于叠层预制。为省掉不必要的混泥土可做成空心界面、工字形截面或空腹式。 刚架按建筑体形分有平顶、坡顶、拱、单跨与多跨。 1.3刚架结构的建筑造型 刚架结构常用钢筋混泥土建造，为了节约材料和减轻结构的自重，通常将刚架做成断面形式，柱梁相交处弯矩最大，断面增大，较接点处弯矩为零，断面最斜或外直内斜。刚架多采用预制装配，构件呈“Y”形和“厂”形，用这些构件可组成单跨、多跨、高低跨、悬挑跨等各种形式的建筑外形。屋脊一般在跨度正中间，形成对称式刚架，也可偏于一边，构成不对称式刚架。 1.4刚架结构建筑实例 杭州黄龙洞游泳馆。它采用港及混凝土刚架结构，主跨为不对称刚架，屋脊靠左移，使跳水台处有足够的高度，主跨右侧带有一悬挑跨，用作休息和其他辅助房间。 2桁架结构 桁架结构是由杆件组成的一种格构式体系。 2.1 桁架结构受力特点及优缺点 杆件与杆件的连接假定为铰接，在外力作用下的杆件内力为轴向力，而梁的内力主要是弯矩，且分布不均匀，梁的断面大小常一最大弯矩处的断面尺寸为整个梁的断面大小，，因此梁的材料强度利用不够充分。桁架内力分布均匀，材料强度能充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。其计算简单、施工方便、自重较轻、适应性强。 2.2桁架结构形式及结构体系 桁架按屋架外形分为三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱式等各种形式。按材料可分为木屋架、钢屋架、钢-木组合屋架、轻型钢屋架、钢筋混泥土屋架、预应力混凝土屋架等按受力特点及材料性能不同分为桥式屋架、无斜腹杆屋架、刚接桁架、平行弦屋架立体桁架等。
桁架管桁架网架别
桁架管桁架网架别
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管桁架没有球节点，是相贯线形式，也就是你说的管件相互焊接。网架都有球节点。分空心的焊接球与实心的螺栓球。 常用网架一般都有球，分螺栓球和焊接球节点。 管桁架一般直接相贯。 1、钢结构工程中相贯线管桁架：就是用钢管连接做成的 2、普通桁架就是用型钢连接做成的 管桁架百度百科 管桁架，是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格子式结构。现今应用领域广泛且经济实用。如会展中心、体育场馆或其他一些大型公共建筑中都得到了运用。 近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐。 与网架结构相比，管桁架结构省去下弦纵向杆件和网架的球节点，可满足各种不同建筑形式的要求，尤其是构筑圆拱和任意曲线形状比网架结构更有优势。其各向稳定性相同，节省材料用量。钢管桁架结构是在网架结构的基础上发展起来的，与网架结构相比具有其独特的优越性和实用性，结构用钢量也较经济。 与传统的开口截面（H型钢和I字钢）钢桁架相比，管桁架结构截面材料绕中和轴较均匀分布，使截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度，不用节点板，构造简单，最重要的是管桁结构外形美观，便于造型有一定装饰效果。管桁架结构整体性能好，扭转刚度大且外表美观，制作、安装、翻身、起吊都比较容易；由冷弯薄壁型钢制作的钢管屋架，具有结构轻、刚度好、节省钢材，并能充分发挥材料强度等优点，尤其是在由长细比控制的压杆及支撑系统中采用更为经济。目前采用这种结构的建筑物基本属于公共建筑。该结构具有造型美观（可建成平板形、圆拱形、任意曲线形）、制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大、经济效果好等特点。 桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架即是指结构中的杆件均为圆管杆件。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。易于构成各种外形以适应不同的用途，
纸质桥梁设计方案
科技创新活动 题目：纸质桥梁模型制作 年级专业： 2011级水利水电工程 班级：一班 学生： * * *（组长） * * * * * * * * * * * * * * * 指导教师： * * * 日期： 2013年7月11日 城乡建设与工程管理学院
11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书 ——之纸质桥梁模型制作 1、桥梁模型要求： （1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。 （2）桥面须是水平的。 （3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。 2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶 3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效。失效标准为： （1）模型无法按照现场条件正确安装就位； （2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸。 （3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。 （4）超出正常允许情形的其它失效情况。 4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。 5、模型加载时间：星期四下午2点开始。 6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分。
科技创新活动报告 ——纸质桥梁模型设计一、模型结构分析 (一)、材料力学性能分析 纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。 乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。 (二)、构件力学性能 经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩。 二、设计方案分析 在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。 1.简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。 2.拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由于拱桥需要由很密的拱作片拼成，中间加肋，因此桥的自重较大，不便
交错桁架结构的设计
第39卷第3期2007年6月 西安建筑科技大学学报(自然科学版) J1Xi.an Univ.of Arch.&Tech.(N atur al Science Edition) V ol.39N o.3 Jun.2007交错桁架结构的设计 卢林枫1,周绪红2,刘永健1,莫涛3,周期石4 (1.长安大学,陕西西安710064;2.兰州大学,甘肃兰州730000; 3.湖南大学,湖南长沙410082; 4.中南大学,湖南长沙410083) 摘要:采用P KP M系列软件和有限元程序SAP2000,分析了钢框架-剪力墙和交错桁架-剪力墙两种结构方案的抗震、抗风性能,以及在满足设计规范前提下的结构用钢量.对比设计结果显示,交错桁架-剪力墙比钢框架-剪力墙用钢量低,纵向框架结构形式对交错桁架的用钢量有一定影响,设计时宜采用剪力墙或支撑体系增强纵向框架刚度. 关键词:交错桁架;钢结构住宅;钢结构设计;经济评价 中图分类号:T U393.2文献标识码:A文章编号:1006-7930(2007)03-0308-06 交错桁架结构是一种理想的住宅结构体系,既能提供较大的建筑空间又具有较好的抗侧力性能.但目前关于高层交错桁架结构与其他结构体系经济性对比的技术数据还主要来自国外研究成果[1],为重点考察交错桁架结构经济性能,对福州市某城市广场工程15层商住酒店式公寓主楼结构方案作对比分析.该公寓主体建筑1~4层长81.6m,5~15层长71.6m,宽16m;1层层高6.5m,2~4层层高5.0 m,5~14层层高3.15m,15层层高3.9m.原设计在对比了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构和矩形钢管混凝土框架-钢支撑体系两种方案后,用了矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架柱均为箱型600@ 600@12内灌C50混凝土.由于矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构比钢筋混凝土框架-剪力墙结构成本高,所以该项目的拟施工单位委托我们做以交错桁架为主要受力体系的结构方案,以期降低工程的结构成本.本文提出了两种不同柱距的交错桁架-剪力墙、支撑体系结构方案,并且与原矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构方案作了对比分析,着重比较了不同结构方案的技术指标和经济性能. 1交错桁架结构设计方案 1.14m柱距方案 建筑设计方案中公寓楼房间都为4m开间,适合选择4m柱距的交错桁架方案(简称方案一).由于该工程1~4层为商场,建筑要求在这些楼层不能布置桁架,故1~4层仍采用矩形钢管混凝土框架-剪力墙结构,框架按4m设置柱距,5~15层采用钢结构交错桁架-剪力墙结构.由于交错桁架横向刚度较大,为减小层间刚度的突变,在1~4层局部框架间增设了偏心支撑,平面结构布置见图1.采用小柱距可以增强结构的刚度并使结构传力更加平缓,在减小楼板厚度的同时可以不布置次梁,减轻了上部建筑物的荷载,有利于降低地基和基础成本和提高结构抗震性能. 交错桁架体系横向由桁架和剪力墙(支撑体系)承担侧向力结构采用混合式桁架对抗质有利[2],桁架采用5节间桁架形式(见图2),弦杆为250@250@10方管,腹杆为200@200@10方管,空腹节间尺寸由建筑方案的走廊宽度确定,空腹节间可作为结构的耗能机制来改善结构的抗震性能.在纵向,设置H350@120@6@8框架梁,形成4m小柱距框架,而且剪力墙直通向屋面,所以纵向已形成了钢框架-剪力墙结构. *收稿日期:2006-03-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078021);教育部科学技术研究重点项目(99089);高等学校博士学科点专项科研基金项目(2000053203) 作者简介:卢林枫(1972-),男,黑龙江龙江人,副教授,博士,主要从事新型钢结构体系分析与设计方法研究.
基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计
文章编号:100926825(2007)2020054203 基于ANSYS 分析的平面桁架结构优化设计 收稿日期:2007201229 作者简介:李炳宏(19822),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041 李 新(19812),男,后勤工程学院军事建筑工程系硕士研究生,重庆 400041 李炳宏 李 新 摘 要:以六杆平面桁架结构为例,利用大型有限元分析软件ANSYS5.7对其按照重量最轻的原则进行了优化分析,实 现了利用ANSYS5.7进行结构优化设计的全过程,得到了重量最轻的优化分析结果,在满足工程要求的前提下,节约了大量的工程材料。 关键词:ANSYS ,有限元分析,平面桁架结构,优化设计中图分类号:TU323.4文献标识码:A 1 概述 在工程实践中,结构优化设计的方法一直是科学工作者和工 程技术人员最为关注的问题之一。从已有工程经验看,与传统设计相比,优化设计可以使土建工程降低造价5%～30%。20世纪60年代以来,随着计算机计算能力的不断提高,人们把有限元分析的方法和各种数学规划方法相结合,并逐步发展成为一种系统和成熟的方法,使得结构优化的技术得到了更快的发展。 文中以六杆平面桁架为例,利用ANSYS 的优化分析功能对其按照重量最轻的原则进行了优化设计,方便快捷地得到了较好的优化结果(重量最轻),实现了利用ANSYS 的优化分析功能进行平面桁架结构优化设计的全过程。 2 有关ANSYS 优化分析的基本概念 ANSYS 优化分析中包括的基本概念有设计变量、状态变量、 目标函数、分析文件等。 1)设计变量是作为自变量,通过改变设计变量的数值来实现结果的优化,设计变量的上下限决定了设计变量的变化范围。坏可能引起结构的连续倒塌和整体破坏。研究火灾高温下,不同结构的性能变化规律;研究火灾高温下,结构连续倒塌和整体破坏的机理,是结构抗火研究的主要内容。 3.3 混凝土结构抗火设计方法的研究 设想混凝土结构的抗火设计可从两个途径进行研究:1)把火灾的高温作用等效为一种荷载,与结构上的其他荷载(恒载、活载、风载、地震作用等)一起参与荷载效应组合,按概率极限状态设计方法进行设计,即建立考虑火灾高温作用的统一的结构设计方法。2)对已按常规方法完成设计的混凝土结构,进行抗火能力的验算,以满足相应的抗火要求。 除进行抗火计算外,加强结构的抗火构造措施也是提高结构抗火能力的一个重要手段。需要研究和发掘实用、有效的抗火构造措施,以使结构的抗火能力得到保证。 3.4 火灾后混凝土结构的损伤评估和修复加固方法的 研究 在具体操作上,可采用观察与计算相结合的方法。通过观察燃烧残留物的性状和分布,结构表观的物理特征,用回弹法、磁力探伤法、超声法、钻取芯样法、恒压恒速冲击钻法对重要部位进行现场或试验室检测,然后通过计算来确定结构的损伤度。 只有在确定了混凝土结构的火灾损伤度的前提下,才有可能制订出科学、合理的策略和方案,对受损混凝土结构进行修复和 加固。目前,对现有建筑结构加固方法的研究非常活跃,充分研究混凝土结构的火灾损伤特点,借助已有的加固方法和手段,应是火灾后混凝土结构修复加固研究的努力方向。 火灾作为一种多发的灾害,对人们的生命及财产造成惨重的损失。建筑火灾对混凝土结构造成一定的损伤甚至整体的破坏。研究混凝土结构的抗火性能,建立混凝土结构的抗火设计方法,建立抗火混凝土结构的损伤评估及修复加固方法,理应成为混凝土结构研究的一项重要任务。建立我国的混凝土结构抗火设计规范和损伤评估及修复加固规程,应是混凝土结构抗火研究的中期目标。参考文献: [1]董毓利.混凝土结构的火安全设计[M ].北京:科学出版社,2001.[2]李 卫,过镇海.高温混凝土的强度和变形性能试验研究[J ].建筑结构学报,1993(2):74275. [3]刘永军.钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟及软件开发[D ].大连:大连理工大学博士学位论文,2002.5. [4]过镇海,时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算(第一版) [M ].北京:清华大学出版社,2002. [5]时旭东,过镇海.高温下钢筋混凝土受力性能的试验研究[J ].土木工程学报,2000(4):76277. Investigation on state 2of 2the 2art of f ire 2resistance design for concrete structures WU Wen 2fa WANG H ong 2yong Abstract :This paper summarizes the state 2of 2the 2art of the research reset on fire 2resistance performance of reinforced concrete structures ,pro 2poses the development of researches on fire 2resistance design of reinforced concrete structures ,brings forward the design method of fire 2resis 2tance of concrete structures based on calculation and makes suggestions to the content of the regulation about fire 2resistance design of concrete structres. K ey w ords :concrete structure ,fire 2resistance performance ,fire 2resistance design ? 45?第33卷第20期2007年7月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.33No.20J ul. 2007
ansys桁架和梁的有限元分析
桁架和梁的有限元分析 第一节基本知识 一、桁架和粱的有限元分析概要 1．桁架杆系的有限元分析概要 桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中晕常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。 桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。 2．梁的有限元分析概要 梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。 梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。 二、桁架和梁的常用单元 桁架和梁常用的单元类型和用途见表7-1。 通过对桁架和粱进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。 第128页
第二节桁架的有限元分析实例案例1--2D桁架的有限元分析 问题 人字形屋架的几何尺寸如图7—1所示。杆件截面尺寸为0．01m^2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。 条件 人字形屋架两端固定，弹性模量为2．0x10^11N/m^2，泊松比为0．3。 解题过程 制定分析方案。材料为弹性材料，结构静力分析，属21)桁架的静力分析问题，选用Link1单元。建立坐标系及各节点定义如图7-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000N的力作用。 1．ANSYS分析开始准备工作 (1)清空数据库并开始一个新的分析选取Utility Menu>File>Clear&Start New，弹出Clears database and Start New对话框，单击OK按钮，弹出Verify对话框，单击OK按钮完成清空数据库。 (2)指定新的工作文件名指定工作文件名。选取Utility Menu>File>Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在Enter New Jobname项输入工作文件名，本例中输入的工作文件名为“2D-spar”，单击OK按钮完成工作文件名的定义。 (3)指定新的标题指定分析标题。选取Ufility Menu>File>Change Title，弹出ChangeTitle对话框，在Enter New Tifie项输入标题名，本例中输入“2D-spar problem'’为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。 (4)重新刷新图形窗9 选取Utility Menu>Plot>Replot，定义的信息显示在图形窗口中。 (5)定义结构分析运行主菜单Main Menu>Preferences，出现偏好设置对话框，赋值分析模块为Structure结构分析，单击OK按钮完成分析类型的定义。 2．定义单元类型 运行主菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add／Edit／Delete命令，弹出Element Types对话框，单击Add按钮新建单元类型，弹出Library of Element Types对话框，先选择
大跨度钢管桁架
大跨度钢管桁架 空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构中的一个重要成员。郑州大学新校区体育馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成，外环、外部径向桁架与中环构成结构的主要受力骨架，通过封闭外环的设计，使其形成一个受拉的环箍，限制了外部径向桁架滑动支座端的径向位移，从而减小了整个结构的竖向挠度，在此满足规范要求的同时，使结构用钢量达到最佳经济指标。该屋盖平面的水平投影为轴对称的花瓣形，在半径约7m和15m及外围处设置三道封闭的环桁架，沿径向设置24道空间桁架，并以环桁架为分界沿圆周方向错开布置，径向桁架被划分为外、中、内三部分。整个结构外观简洁，轻逸，受力合理，传力直观，整体性能好。对它进行探索有助于了解结构性能，指导设计施工，并为类似结构的应用提供依据。 1 管桁架结构概述 近年来，钢管结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用，而且在工业及民用建筑中的应用日益广泛，钢管结构在我国建筑结构中的应用也越来越多，如宝钢三期工程中采用方管桁架，吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件，广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管，上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系，成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。在公共建筑领域，钢管结构中独特的结构形式层出不穷，如悉尼水上运动中心，美国迦登格罗芙水晶教堂；单层大空间建筑领域，除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外，还出现了一些超大型结构，如新加坡章楦机场机库，大阪国际机场候机厅；另外还有轻型大跨结构，如人行天桥和起重机结构；其他特殊用途的结构，如天线桅杆和航天发射架等。2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室是国内首次采用相贯节点的曲线钢管桁架结构。钢结构用材为16Mn，钢管最大规格为299mmx12mm，钢结构总吨位720t。上海体育馆的膜结构屋盖主要由钢管相贯而成的32榀桁架、环梁组成，呈南北对称的马鞍形状，最大跨度288.4m，标高31.74-70.54m，主桁架最大钢管直径508mm，采用直接焊接K型节点。最长的悬挑梁74.162m，材料采用英钢50D。南京国际展览中心的二层展厅是一个长243m、宽75m的无柱大空间，屋面呈弧形，南北两端主入口各有15m悬挑，西侧又有14m悬挑。采用的是钢管拱架、檩架的结构方案。 2 钢管桁架结构的形式及特点 2.1 管桁架的分类:根据受力特性和杆件布置不同，可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内，结构平面外刚度较差，一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中，多采用Warren桁架和Pratt桁架形式，Warren桁架一般是最经济的布置，与Pratt
纸质桥梁设计方案
科技创新活动 题目：纸质桥梁模型制作年级专业：2011级水利水电工程班级：一班 学生：* * *（组长） * * * * * * * * * * * * * * * 指导教师：* * * 日期：2013年7月11日
城乡建设与工程管理学院 11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书——之纸质桥梁模型制作 1、桥梁模型要求： （1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。 （2）桥面须是水平的。 （3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。 2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶 3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效。失效标准为：（1）模型无法按照现场条件正确安装就位； （2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸。 （3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。 （4）超出正常允许情形的其它失效情况。 4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。 5、模型加载时间：星期四下午2点开始。 6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评
分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分。． 科技创新活动报告 ——纸质桥梁模型设计 一、模型结构分析 (一)、材料力学性能分析 纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。 乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。 (二)、构件力学性能 经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩。 二、设计方案分析 在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。1.简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。 2.拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由于
ANSYS 有限元分析 四杆桁架结构
《有限元基础教程》作业三 ：四杆桁架结构的有限元分析 班级：机自101202班 姓名：韩晓峰 学号：201012030210 一．问题描述： 如图3-8所示的结构，各杆的弹性模量和横截面积都为4229.510N/mm E =?, 2100mm A =，基于ANSYS 平台，求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。 图3-8 四杆桁架结构 二．求解过程： 1． 基于图形界面的交互式操作(step by step) (1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序→ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname(设置工作文件名):planetruss →Run → OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK (3) 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →Link ：2D spar1→OK (返回到Element Types 窗口) →Close (4) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic → Isotropic: EX:2.95e11 (弹性模量)，PRXY:0(泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口 (5) 定义实常数以确定单元的截面积 ANSYSMain Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→ OK →Real Constant Set No: 1(第1号实常数), AREA: 1e-4 (单元的截面积)→OK →Close (6) 生成单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat →Nodes →In Active CS →Node number 1 →X:0,Y:0,Z:0→Apply →Node number 2 →X:0.4,Y:0,Z:0→Apply →Node number 3 →X:0.4,Y:0.3,Z:0→Apply →Node number 4 →X:0,Y:0.3,Z:0→OK ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes （接受默认值）→User numbered →Thru nodes →OK →选择节点 1，2→Apply →选择节点 2，
结构设计竞赛 桥梁承重模型设计任务书
西南交通大学 第十三届结构设计竞赛 桥梁承重B组设计理论方案 作品名称梦之星 参赛编号B45 组长姓名/ 班级/ 学号/ 队员姓名/ 班级/ 学号/ 队员姓名/ 班级/ 学号/ 组长电话/ 西南交通大学第十三届结构设计竞赛组委会 二〇一三年
摘要 桥梁建筑的设计讲究造型美观、受力合理、节省材料、承载力大、制作精细。作为一个土木学子，我深深震撼于桥梁结构设计的魅力，我将通过亲身的经历来践行桥梁设计的创意与特色，体验一次工程师的波澜壮阔之旅。 本次设计的“堑道”，基于钢架桥的思想，充分利用了材料的抗压和抗拉特性，运用结构力学和ANASYS软件等手段，优化杆件的布设和连接，得到了整体性和韧性都比较强的三跨连续桁架桥。采用正三角形的侧边叠接，斜杆与横杆沿面延伸方向铰接，增加了杆件的受弯刚度；节点的处理采用齿状咬合并用AB胶强力粘附，受压杆耦合嵌入纵向拉杆中，增加了整体的稳定性。削弱桥面，减轻了重量；支座处加大杆件厚度，充分传力。 我们通过计算和软件分析了结构的受力，验证了桥在10-15kg的重量下的稳定性，得到了可靠的结果。并在薄弱的环节进行了锚固与加粗，最后用砂纸将突出的部分打磨光滑，增加了结构的美观。 一次实践，终身受益，小试牛刀，我们倍感信心。 关键词 模型选型荷重比节点处理
目录 一、设计说明书.............................................................. 1 方案构思 (1) 1.1作品名 (1) 1.2造型 (1) 2 结构选型 (1) 2.1设计准则 (1) 2.2整体选型 (2) 3 材料试验 (2) 4 结构设计 (3) 4.1结构整体布置图 (3) 4.2构件尺寸详细设计 (3) 4.3构造（节点）设计图 (4) 4.4 模型三维效果图 (5) 5 特色处理 (5) 6 制作工艺 (5) 二、模型计算书 (6) 7 计算模型 (6) 7.1模型简化 (6) 7.2荷载模拟 (6) 8 内力分析 (6) 9 构件验算 (9) 9.1材料参数 (9) 9 承载力估算 (9) 参考文献 (9)