《基于ANSYS的桥梁结构自重仿真分析(图文)》.docx

基于ANSYS的桥梁结构自重仿真分析(图文)论文导读：桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用关键词：有限元，ANSYS，箱梁桥，自重 在桥梁结构分析中，桥梁结构本身的自重时常占桥梁结构所受荷载的很大部分，准确模拟桥梁结构自重是常遇问题，桥梁中对等截面连续梁可看成均布荷载，但如果结构形状复杂—例如，变截面连续梁等，若沿桥梁轴线方向按均布荷载处理就不甚合理本文用大型通用软件ANSYS模拟某连续刚构桥箱梁桥自重为例来说明ANSYS软件在这方面的应用1.ANSYS软件及其工作流程ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，对自然界四大场—力场、流场、热场、磁场实现全面分析；ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的分析平台，是一个功能强大的有限元分析程序[1,2,3]ANSYS主要由前置处理(Preprocessing)、解题程序(solution)、后置处理 (Postprocessing)以及时间历程等组成，在前处理方面，ANSYS的实体建模功能比较完善，提供了完整的布尔运算，还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能[1,2,3]。

论文参考在此，采用了ANSYS对该桥的温度效应进行仿真分析ANSYS具有丰富的单元库和材料库，可以对任意结构形式的桥梁进行全桥仿真分析，较为精确的反映出桥梁在各种因素下的综合特征，如桥梁的应力应变分布、变形等等2.工程实例某桥桥梁全长287.54m主桥上部采用35m＋60m＋90m＋60m＋35m预应力混凝土刚构-连续箱梁体系；主桥主墩采用双薄壁式墩，主桥边墩采用板式桥墩桥箱梁横断面为单幅箱梁，全宽12.0m箱梁纵向为变截面，变截面部分箱梁梁高按二次抛物线（y=0.001829x2）变化，其余箱梁梁高为等高度；顶板、腹板厚为分段线性变截面主墩墩顶箱梁梁高5.00m，跨中及边跨支点箱梁梁高2.00m，桥梁纵向线形图、支点和跨中断面结构尺寸详图见图2-1、图2-2和图2-3图2-1 桥梁纵向箱梁结构图图2-2 支点横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）（注：单位cm）图2-3 跨中横断面箱梁结构尺寸图（注：单位cm）3.ANSYS仿真分析3. 1建模ANSYS具有丰富的单元库，常用单元有杆单元（link）、梁单元（beam）、板壳单元（shell）和实体单元（solid）单元类型的合理选取很大程度上影响着能否科学合理的进行研究。

论文参考本例选用如图3-1所示的三维结构实体单元来模拟结构自重图3-1 ANSYS材料库中solid65单元图定义实常数的时候，有三个自由度，包括三个位移自由度X、Y、Z三个方向，由于自重的方向是竖直向下的，因而输入Y为9.8（m/s2）应用ANSYS进行结构分析的时候需要定义材料特性，材料特性反映材料的基本物理力学特性，根据本例需要，现场实测的弹性模量为3.29×1010（Pa），密度取值为2.5×103（kg/m3）论文参考ANSYS建模的时候，可以采用交互式界面输入，对于初学者，对比较简单的结构进行仿真分析的时候可采用这种方法；若结构外形尺寸比较复杂，ANSYS仿真分析的时候，可以采用命令流的方法由于本例是变截面箱梁，故采用了命令流的方法，用ANSYS建立的模型如图3-2： 图3-2 ANSYS建立的模型图用ANSYS进行有限元仿真分析的时候，建立模型后需要划分单元本例中建立了桥梁的总体模型，为方便起见，用总体单元尺寸的命令流作自由式网格划分就能满足要求划分完网格后的有限元计算模型如图3-3： 图3- 3 ANSYS建立的模型单元划分图3. 2加载与求解正确合理的加载是ANSYS仿真分析中的关键步骤，在不同的分析中，荷载亦不尽相同，如:位移、集中力、均布力、温度和电流、电压、水压、速度等。

ANSYS中的荷载分为六类:DOF(自由度)约束力、力(集中荷载)、表面荷载、体荷载、惯性力以及藕合场荷载[1,2,3,4]两刚构墩底部受到基础各个方向的约束，所以进行d,all,all约束，在其他支座和桥台处受到竖直方向的约束，因而进行d,all,uy约束，在有限单元模型上施加约束后的图形如图3-4：图3-4 ANSYS建立的模型施加约束图对以上所有前处理过程进行核对无误后，进入求解程序进行计算求解3.3后置处理ANSYS有着功能强大的后处理器，借助它可以将解题部分所得的位移、应力、应变等解答数据以各种不同的表示方式显示出来进行求解后得到的全桥在自重作用下的变形图如图3-5： 图3-5 ANSYS建立的模型求解后变形图进行求解后得到的全桥在自重作用下沿桥梁纵向的应力图如图3-6： 图3-6 有限元求解后纵桥向应力图从应力图中，可非常清楚地看出应力的分布情况及极值ANSYS还可以以列表的形式表示出各节点的位移或应力，同时给出相应的极值与节点编号，并且分析者可以以记事本的方式对文件命名另存本例跨中节点位移及最大值如图3-7：图3-7有限元求解后节点位移输出图4.结语由以上分析可知：用ANSYS分析软件进行桥梁结构重力的模拟是可行的；利用ANSYS进行桥梁结构自重仿真分析时，在科学合理的建立模型、合理的划分单元、正确施加荷载与约束的情况下，可以有效地对桥梁结构进行分析研究，并且可以获得直观而条理清晰的结果。

参考文献：[1]. 唐兴伦，范群波，张朝晖，李春阳.ANSYS工程应用教程.北京：中国铁道出版社，2003[2]. 陈精一，蔡国忠.电脑辅助工程分析ANSYS使用指南［Ｍ］.北京：中国铁道出版社，2006[3]. 王富耻，张朝晖.ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用［Ｍ］.北京：电子工业出版社，2006[4]. 成全，张文焕.ANSYS软件对于结构自重的模拟. ［J］.山西农业大学学报，2006[5].姚玲森.桥梁工程［Ｍ］.北京：人民交通出版社，1985[6]. 项海帆.高等桥梁结构理论［Ｍ］.北京：人民交通出版社，2002[7]. 张立新，徐长航等.ANSYS7.0基础教程［Ｍ］.北京：机械工业出版社，2006  。