橋梁軟件應(yīng)用論文.doc

基于ANSYS的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工仿真分析 摘要：介紹了ANSYS軟件的基本功能及其前后處理、求解器和相應(yīng)的二次開發(fā)工具，討論了基于ANSYS軟件的APDL語言程序開發(fā)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工仿真程序中值得注意的一些問題，最后對某特大橋進行了施工仿真分析。關(guān)鍵詞：大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，施工仿真分析，二次開發(fā)，ANSYSA Abstract：The fundamental features and secondary development tools of ANSYS software are presentedBased on the APDL programming technique，a fundamental procedure of developing a long-span bridge structure simulation program is developedSome problems in developing the bridge simulation program based on ANSYS software are discussed and some suggestions are givenFinally，the developed program is applied to analyze static behavior of a bridge Key words：longspan bridge structure，simulation analysis during construction，secondary development，ANSYS ANSYS軟件是國內(nèi)外學(xué)者廣泛采用的一種大型有限元軟件。然而由于該軟件是通用性有限元軟件，因而無法直接將其應(yīng)用到大跨復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)靜力問題的求解，而必須對其進行二次開發(fā)后才能使用。首先，簡要介紹ANSYS軟件的基本功能及其相應(yīng)的二次開發(fā)工具。其次，討論了基于ANSYS軟件開發(fā)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工仿真程序過程中值得注意的一些問題。最后，對某特大橋進行了施工仿真分析。1 基于ANSYS軟件開發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)施工仿真分析程序 1.1單元類型的選取 采用ANSYS軟件進行橋梁結(jié)構(gòu)施工過程分析時，宜按以下原則來選取單元：1)選取的單元必須最大程度地模擬結(jié)構(gòu)的受力性能；2)必須保證計算結(jié)果具有足夠的精度；3)有限元模型建立要盡量簡便，計算工作量要盡量小，進行結(jié)果處理時也要比較方便。因此，在某特大橋施工過程分析中主要采用了以下4種單元類型：空間梁單元Beam44、空間桿單元Link8、殼單元Shell63和彈簧單元Combinl4。 1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的處理 在混凝土橋梁中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用廣泛，預(yù)應(yīng)力鋼筋對保證整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全起著極為重要的作用。能否合理模擬預(yù)應(yīng)力已成為施工模擬程序成功與否的關(guān)鍵。ANSYS中對預(yù)應(yīng)力的模擬方法很多，本文著重介紹整體式方法。將混凝土和力筋劃分為不同的單元一起考慮而模擬預(yù)應(yīng)力又可以分為降溫方法和初應(yīng)變方法。主要缺點是建模不便，尤其是當(dāng)力筋較多且有曲線布筋時(可以采用APDL解決)；其優(yōu)點也是很明顯的：1)力筋的具體位置一定，對結(jié)構(gòu)的影響可以全面考慮；2)力筋對混凝土的作用近似的得到考慮(在節(jié)點處)；3)可以模擬張拉不同的力筋，以優(yōu)化張拉順序；4)不管何種荷載，都是力筋和混凝土共同承擔(dān)。可以得到力筋在任何荷載下的應(yīng)力；5)可以模擬預(yù)應(yīng)力損失的影響?；炷梁土顔卧倪B接可以采用節(jié)點耦合的方法，該方法簡單、實用。綜上所述，對于大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋的模擬宜采用降溫方法或初應(yīng)變方法。 1.3施工過程的模擬分析方法 大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的施工工序復(fù)雜，全橋剛度是分階段逐步形成的，橋梁結(jié)構(gòu)的最終形成，必須經(jīng)歷一個漫長而又復(fù)雜的施工過程以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化過程，結(jié)構(gòu)體系和荷載隨施工而不斷變化，結(jié)構(gòu)分析的單元與節(jié)點數(shù)目也比較多，為此，本文將“單元生死技術(shù)”引入到大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的模擬分析中，只需進行一次分析模型的建立，即在分析前一次性將成橋狀態(tài)的全橋分析模型建立好，然后根據(jù)各個階段的施工狀況通過激活或殺死單元以及設(shè)置相應(yīng)的荷載步來模擬橋梁施工全過程。通過引入“單元生死”技術(shù)，使得該橋的施工仿真分析過程大大簡化，處理結(jié)果也比較方便。本文基于ANSYS單元生死功能和參數(shù)設(shè)計語言(APDL)編制程序功能,將上述思想應(yīng)用到該特大橋的施丁過程結(jié)構(gòu)分析中。 1.4結(jié)構(gòu)的非線性問題 結(jié)構(gòu)非線性問題，通常分為兩大類，即材料非線性問題和幾何非線性問題。在該大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中，結(jié)構(gòu)的材料一般都處于彈性范圍之內(nèi)，施工仿真分析時，該橋的非線性影響主要由幾何非線性引起，材料非線性的影響一般可以不考慮。因此本文也僅考慮幾何非線性對結(jié)構(gòu)的影響。2工程實例分析 2.1工程概況 某特大橋全長約1341m,其中主橋長度640m,為120m+400m+120m的斜拉鋼管混凝土拱橋，該橋主橋由塔、斜拉索、鋼管混凝土拱、吊桿、系桿、鋼一混結(jié)構(gòu)橋面系、預(yù)應(yīng)力混凝土邊跨箱梁等組成多體系組合結(jié)構(gòu)。橋面全寬27m，設(shè)雙向2橫坡,主跨橋面系采用懸吊體系，由鋼橫梁、鋼縱梁和混凝土橋面板組成?；炷了魉榛ㄆ啃危槝蛳驗楠氈?，橫橋向為雙柱花瓶形，塔上設(shè)三道橫梁。主拱采用中承式雙肋無鉸月牙式平行拱,計算跨徑388m,拱軸線在豎直面上的投影為七次拋物線。邊拱為雙肋上承式鋼筋混凝士箱形半拱,形成“飛燕”構(gòu)圖，計算跨62.0m。斜拉索采用審15.7鍍鋅涂油外包PE鋼絞線，HDPE外套,兩端采用FREYSSINET HD2000FPB錨具,斜拉索的布置采用空間扇形,每塔10對斜拉索。主橋共設(shè)16根49束15.7鋼絞線系桿，每個拱肋8根，按兩排4根布置。圖1為成橋有限元模型 2.2空間有限元模型 結(jié)構(gòu)混凝土主梁、主拱等離散為Beam44單元,斜拉索、系桿、吊桿離散為Link8單元，主拱間綴板離散為Shdl63殼，采用Combinl4單元模擬樁和土效應(yīng)，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立了該橋有限元模型。空間有限元模型單元數(shù)為14653，節(jié)點數(shù)為8301。 2.3仿真計算與分析 2.3.1全橋施工階段劃分整個仿真計算根據(jù)設(shè)計圖紙共分為36個計算階段，列舉幾個典型的施上階段有限元圖形如圖2圖5所示。圖2安裝7號主拱節(jié)段的有限元模型232使用階段計算及其結(jié)果分析根據(jù)橋梁規(guī)范，結(jié)合本工程實例，確定荷載組合為結(jié)構(gòu)自重+二恒荷載+預(yù)應(yīng)力+汽車荷載+人群荷載。汽車活載為公路I級荷載，按6車道考慮，車道折減系數(shù)0.55,縱向折減系數(shù)O.97,人行道荷載集度4kN/。另外近似考慮了結(jié)構(gòu)整體升溫降溫、混凝土收縮徐變等荷載作用，進行了偏載工況、更換斜拉索和結(jié)構(gòu)敏感性等多種工況分析。3 結(jié)語 通過介紹和工程實例顯示可以看出，利用ANSYS提供的二次開發(fā)工具(APDL語言)進行大跨橋梁結(jié)構(gòu)靜力問題的求解是完全可行的，也是有效的。掌握和運用好這一工具對我們進行橋梁結(jié)構(gòu)計算分析就顯得方便快捷，尤其是對大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的施工過程仿真分析就更為實用。參考文獻：1美國ANSYS公司ANSYSAPDL Programmers Guide,19942美國ANSYS公司.Theory Release5.7,19983 博嘉科技有限元分析軟件ANSYS融會與貫通M.北京：中國水利水電出版社,20024龔曙光,謝桂蘭.ANSYS操作命令與參數(shù)化編程M.北京:機械工業(yè)出社,20045張亞歐,谷志飛,宋勇ANSYS7.0有限元分析實用教程M.北京:清華大學(xué)出版社,20046祝效華,余志詳.ANSYS高級工程有限元分析范例精選M.北京:電子工業(yè)出版社,