西南交通大學峨眉校區(qū)橋梁設(shè)計ansys

1、 （20152016學年第一學期） 課程名稱：橋梁工程設(shè)計名稱：ANSYS軟件應用(簡支梁橋設(shè)計)專業(yè)班級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 賈宏宇 成 績： 指導教師（簽字）： 西南交通大學峨眉校區(qū)2015 年 12 月 22 日 緒論 橋梁的種類繁多，如梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、懸索橋、斜拉橋等等，不同類型的橋梁可以采用不同的建模方法。橋梁的分析內(nèi)容又包括靜力分析、施工過程模擬、動荷載響應分析等?？梢钥闯鰳蛄旱恼w分析過程比較復雜。ANSYS通用有限元軟件在土木工程應用分析中可發(fā)揮巨大的作用。我們用它來分析橋梁工程結(jié)構(gòu)，可以很好的模擬各種類型橋梁的受力、施工工況、動荷載的耦合等。ANSYS程序有

2、豐富的單元庫和材料庫，幾乎可以仿真模擬出任何形式的橋梁。靜力分析中，可以較精確的反應出結(jié)構(gòu)的變形、應力分布、內(nèi)力情況等；動力分析中，也可精確的表達結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型、荷載耦合、時程響應等特性。利用有限元軟件對橋梁結(jié)構(gòu)進行全橋模擬分析，可以得出較準確的分析結(jié)果。作為一種重要的工程結(jié)構(gòu)，橋梁的精確分析具有較大的工程價值?？傮w上來說，主要的模擬分析過程如下：（1） 根據(jù)計算數(shù)據(jù)，選擇合適的單元和材料，建立準確的橋梁有限元模型。（2） 施加靜力或者動力荷載，選擇適當?shù)倪吔鐥l件。（3） 根據(jù)分析問題的不同，選擇合適的求解器進行求解。（4） 在后處理器中觀察計算結(jié)果。（5） 如有需要，調(diào)整模型或者荷載條

3、件，重新分析計算。 目錄1、橋梁介紹12、有限元模型32、1橋梁單元介紹32、2橋梁簡支模型模擬52、3橋梁橋面模擬8 2、4橋梁橋墩模擬.122、5橋梁上加集中荷載143、 結(jié)論18 1、橋梁介紹 鑒于本人水平有限，僅能模擬設(shè)計跨徑為30米左右的中橋，此是人生的第一座橋，將它取名為：Lu Er bridge。此橋位于鹽城市建湖縣，它位于北緯33°1633°41，東經(jīng)119°33120°05建湖縣地處揚子淮地臺蘇北斷拗帶。以串場河為界，分東西兩部分:東部屬海濱平原，西部屬江淮平原，在地質(zhì)構(gòu)造上兩者是一個整體，同屬蘇北斷拗帶組成部分。東以廖家溝(北段)、黃

4、沙堆、堆塘河與射陽縣分界。南以潭洋河(西段)、南草堰河、皮汊河(西段)、南沿河(西段)與亭湖區(qū)、鹽都區(qū)接鄰。西南面以大凹子塘與揚州市寶應縣分界;西至射陽湖心與寶應、淮安市楚州、阜寧三縣(區(qū))葦蕩毗連。西北以戛糧河，北以馬泥溝及漁深河與阜寧縣分界，素有小橋流水的風味。此次所模擬的橋僅是個基本的簡支結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，便于施工。由于氣候條件比較濕潤并且河流縱橫，因此在設(shè)計時需考慮最高洪水位，不能影響正常通航。此外，河下為粘土，因此在設(shè)計橋墩時要考慮增大橋樁的底面積，或事先用一塊質(zhì)地建議的緩凝土塊沉入河底，將橋樁打在混凝土上。橋墩可使用梯形橋墩，橋面可使用改性瀝青鋪裝維修。由于城市人口不是很多，并且大多

5、數(shù)車輛都走省道走，所以經(jīng)過此橋的車輛不是很多，因此對橋梁承載要求不是很高，因此不需要預應力混凝土制作?，F(xiàn)如今，人們追求美觀，可以著重考慮這點施工即可。2、有限元模型 2.1橋梁單元介紹 BEAM4 is a uniaxial element with tension, compression, torsion, and bending capabilities. The element has six degrees of freedom at each node: translations in the nodal x, y, and z directions and rotations a

6、bout the nodal x, y, and z axes. Stress stiffening and large deflection capabilities are included. A consistent tangent stiffness matrix option is available for use in large deflection (finite rotation) analyses. A tapered unsymmetrical elastic beam is described in BEAM44 and a 3-D plastic beam in B

7、EAM24.Beam4是一種可用于承受拉、壓、彎、扭的單軸受力單元。這種單元在每個節(jié)點上有六個自由度：x、y、z三個方向的線位移和繞x,y,z三個軸的角位移?？捎糜谟嬎銘τ不按笞冃蔚膯栴}。通過一個相容切線剛度矩陣的選項用來考慮大變形（有限旋轉(zhuǎn)）的分析。關(guān)于本單元更詳細的介紹請參閱ansys理論手冊,關(guān)于漸變的非對稱彈性梁的問題應按beam44單元考慮，三維塑性梁應按beam24單元考慮。LINK8 is a spar which may be used in a variety of engineering applications. This element can be used to

8、 model trusses, sagging cables, links, springs, etc. The 3-D spar element is a uniaxial tension-compression element with three degrees of freedom at each node: translations in the nodal x, y, and z directions. As in a pin-jointed structure, no bending of the element is considered. Plasticity, creep,

9、 swelling, stress stiffening, and large deflection capabilities are included. See LINK8 in the ANSYS, Inc. Theory Reference for more details about this element. See LINK10 for a tension-only/compression-only element. LINK8是一種能應用于多種工程實際的桿單元。單元能被應用于桁架，垂纜，桿件，彈簧等。 這個三維的桿單元只能承受單軸的拉壓，單元每個節(jié)點上有三個自由度：x,y,和z方

10、向的位移。 在銷釘式結(jié)構(gòu)中單元不允許有彎曲。塑性，蠕變，膨脹，應力剛化，大變形都是允許的。在 ANSYS Theory Reference 的14.8中有關(guān)于此單元更詳細的介紹。 關(guān)于只能承受拉與壓的描述可以參考單元LINK10 。BEAM44 是一種具有承受拉、壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲能力的單軸梁。單元每個節(jié)點有6個自由度：x、y、z方向的平移和x、y、z軸向的轉(zhuǎn)動。這個單元允許具有不對稱的端面結(jié)構(gòu)，并且允許端面節(jié)點偏離截面形心位置。如果你并不需要這些特性那么可以選用均質(zhì)對稱的BEAM4單元。同時也可以選用同類型2D單元（BEAM54）。對于非線性材料，使用BEAM188和BEAM189來代

11、替BEAM44。  2.2橋梁簡支模型模擬命令流如下：/PREP7 ET,1,Beam4 R,1,12,12,12 RMORE,12MP,EX,1,3.1E5MP,PRXY,1,0.25MP,DENS,1,2500 MP,ALPX,1,1.2e-5N,1N,2,6N,3,12N,4,18N,5,6,0-3 N,6,12,0-3N,7,6,0-5 N,8,12,0-5TYPE,1MAT,1 REAL,1E,1,2E,2,3 E,3,4E,5,7E,6,8FINISH/SOLUTIONCP,1,UX,2,5CP,2,UY,2,5CP,3,UZ,2,5 CP,4,ROTX,2,5

12、CP,5,ROTY,2,5CP,6,ROTZ,2,5CP,7,UX,3,6CP,8,UY,3,6CP,9,UZ,3,6CP,10,ROTX,3,6 CP,11,ROTY,3,6CP,12,ROTZ,3,6/SOLUTIOND,7,ALLD,8,ALLD,1,UXD,1,UZD,4,UXD,4,UZFINISH/SOLUTIONANTYPE,STATICACEL,9.52.3橋梁橋面模擬命令流如下：/PREP7 ET,1,beam4ET,2,link8R,1,0.35 R,2,0.5R,3,1 R,4,0.03,-0.006 MP,EX,1,3.5E10 MP,PRXY,1,0.28 MP,DE

13、NS,1,2500 MP,EX,2,200E9 MP,PRXY,2,0.28 MP,DENS,2,7500 k,1 k,2,4 k,3,10 k,4,16 k,5,20 k,6,24 k,7,30 k,8,36 k,9,40 k,10,4,-2k,11,10,-2k,12,16,-2 k,13,24,-2k,14,30,-2 k,15,36,-2SAVE kgen,2,1,15,1,-16 kgen,2,1,15,1,-85 kgen,2,1,15,1,-154 kgen,2,1,15,1,-170 SAVE k,101,-36 k,102,4,-36 k,103,10,-36 k,104,1

14、6,-36 k,105,20,-36 k,106,24,-36 k,107,30,-36 k,108,36,-36 k,109,40,-36 kgen,2,102,104,1,-3,8 kgen,2,106,108,1,-3,7 SAVE kgen,2,101,115,1,-12,15 kgen,2,116,130,1,-12,15 kgen,2,131,145,1,-50,15 kgen,3,146,160,1,-12,15 SAVE *do,i,1,8,1 a,i,i+15,i+16,i+1 *enddo *do,i,16,23,1 a,i,i+85,i+86,i+1 *enddo *do

15、,i,101,108,1 a,i,i+15,i+16,i+1 *enddo *do,i,116,123,1 a,i,i+15,i+16,i+1 *enddo *do,i,31,38,1 a,i,i+100,i+101,i+1 *enddo *do,i,31,38,1 a,i,i+115,i+116,i+1 *enddo *do,i,146,153,1 a,i,i+15,i+16,i+1 *enddo *do,i,161,168,1 a,i,i+15,i+16,i+1 *enddo *do,i,46,53,1 a,i,i+130,i+131,i+1 *enddo *do,i,46,53,1 a,

16、i,i+15,i+16,i+1 *enddo Save2.4橋梁橋墩模擬命令流如下：/PREP7 ET,1,BEAM44mp,ex,1,3.1e10mp,prxy,1,0.25mp,dens,1,2500N,4,16,0-0.5,0N,5,16,0-8.5,0 nn=2 A1=6Izz1=500Iyy1=1000It1=500B1=3L1=2An=2Izzn=800Iyyn=3000Itn=800Bn=2Ln=1/input,varsectbeam,mactype,1mat,1rlistREAL,1E,4,5/eshape,1gplot2.5橋梁上加集中荷載影響線命令流：/prep7et,1,

17、beam4 mp,ex,1,2.8e7 mp,dens,1,2.4 r,1,1,1,1,1 n,1 n,3,0.1ngen,300,1,1,3,1,0.1,0,0 *do,k,1,300,1 e,k,k+1*enddod,1,uy,uz,ux d,99,uy,uzd,100,uy,uzd,200,uy,uzd,201,uy,uzd,300,uy,uz,ux/solu ANTYPE,transtim=0delt=1timin1,on*do,i,1,300,2.000tim=tim+1time,timfdele,all,allallselnsel,s,loc,n,i+54f,i+54,fy,-60allselnsel,s,loc,n,i+14 f,i+14,fy,-120 allselnsel,s,loc,n,i f,i,fy,-120allselnsubst,1outres,all,allsolve*enddofinishsave/post26/axlab,y,uynsol,2,30,u,y,bx30 nsol,3,60,u,y,bx60nsol,4,90,u,y,bx90nsol,5,120,u,y,bx120nsol,6,150,u,y,bx150nsol,7,180,u,y,bx180nsol,8,210,u,