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SAP、ANSYS在土木工程中的应用姓名：学号： 专业： 结构工程指导老师： 某钢桁架桥静力受力分析摘 要：在既有桥梁的工作状态和使用安全评估中，需要建立能够精确模拟结构目前工作 状态的有限元模型文章以一座钢桁架桥为例，在参数灵敏度分析的基础上，在1/6、1/3、 1/2节点处施加相同大小集中力，借助 ANSYS 的优化设计模块对该桥的有限元模型进行了 基于静力数据的有限元模型模拟分析，探讨其受力状态和变形情况，从而确定出最不利位 置及杆件，优化结构模型关键词：钢桁架桥；有限元；静力分析 0引言ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、 流体、电力、电磁场及碰撞等问题因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工 业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等运用有限元模型对工程结构进行力学分析是土木工程领域一种普遍的研究方法但是 有限元模型一般都是根据设计图纸建立的，且在模型建立过程中，引入了一些理想的简化 和假定，这些简化和假定势必造成有限元模型与实际结构的误差，在进行分析时，影响分 析结果的合理性另一方面，目前国内大量桥梁经过了几十年甚至上百年的服役，承载力 及安全性都出现了一系列问题，亟待评定与加固。

对既有桥梁的工作状态进行评估，需要 建立精确的有限元模型来提供科学依据1基于静力数据的有限元模型基于静力数据的有限元模型是指对结构进行静载试验，测得静力数据，包括位移、应 力及应变等，并与有限元模型的计算数据进行对比，以试验数据为基准，通过最优化理论 修正结构的物理参数，直到计算数据与试验数据误差最小本文通过在跨中两端施加集中力来讨论钢桁架桥各个杆件的应力应变及个节点的位 移变形，从而确定这一状态下达到优化杆件尺寸和对不利杆件加固的目的2有限元模型的建立以一座钢桁架桥为例，下承式简支钢桁桥桥长 72 米，每个节段为 12 米，桥宽 10 米， 高 16 米设桥面板为 0.3 米厚的混凝土板具体结构形式见图1i-nm 13 zn1120:21:45Truas Brldae Sta-clc Analva 13图1 结构示意图2.1初始有限元模型的建立为了尽可能准确地建立其有限元模型，对该桥进行了大量的资料搜集整理工作，主要 包括该桥原始设计图纸等，同时进行了实地勘测对照，并以此为依据确定该桥构件尺寸， 利用有限元分析软件ANSYS1O.O,建立该桥的有限元模型，如图2所示图2不同加载位置的有限元模型示意图2.2参数的选择本文针对钢桁架桥这种特殊的结构，分析其静力性能，发现影响比较大的是上下弦杆 以及腹杆的刚度，因此初步选择各杆件的弹性模量E作为修正参数。

各杆件弹性模量的初 始值均设定为2.1X10nPa，混凝土的为3.5XlOioPa2.3静力试验静力测试是在交通全封闭的情况下进行的，采用多辆载重车加载假设为集中荷载作 用于跨中两端各100000N,重力加速度为1ON/Kg3 结论Prriw 屉tLmr图3云图显示位移由图3可知，在三点不同位置集中力作用下，混凝土桥板与桁架杆件位移最大位置都处于跨中部位，随向两侧距离增大位逐渐变小，最大位移值相差不大且位移变化状态相似图4结构变形图由图4可知，三种受力状态下的结构变形整体趋于一致，差别很小IIK器辈噩監图5轴力图由图5可知，此钢桁架桥在三种状态下各个杆件的受力状态相似，上部横杆受压力且 压力值最大；下部横杆受拉力且拉力值较小；对于中间竖杆与斜撑，除靠中间四根斜杆受 压力且值较小其余受压力且值有中间向两侧递增lEahJ SlBfi.1 HI i-LMUPrrioi图6剪力图g AN■ua.ige AN黑:： =蹴TT«-Ian 1 巴」e ANT1■■: at I 也」Hi i-dJUL 乂-31131 -FK-H1.M -IMaiF :U-«rrfiruLgs nai&r gpr»ji-ivn -mi- ETK3-3UZI- -1-U1L -am IMIIr>i ub kan&r Jam pi M-1BIXI- -LTFHI -rt«l-MU» -34IT! -IMHL 3C4.H3 U-MIl*>!u■ Bi uLgs ■bwlgpa^n图7弯矩图图8节点位移矢量图由图6、图7、图9可知，三种状态下的弯力、剪力图和节点位移矢量的分布状况及 数值大小仍具有相似性。

通过对此钢桁架桥六个不同位置的节点施加集中力荷载，来探讨此桥的受力以及变形 情况，发现在三种受力状态下，此桥的整体变形及节点位移矢量基本相似相差不大并且钢 桁架各个杆件的轴力、弯力、剪力、也具有很大的相似性，可以得出结论：一方面，当对 此类型钢桁架桥在1/6、1/3、1/2节点处施加相同大小，其受力状态和变形情况具有相似性; 另一方面，由于受力和变形的杆件及部位具有很强的相似性，所以在后期加工维修的时候 可以有针对性的对主要受力杆件及部位着重维修加固4 结语桥梁结构具有很多种类型，钢桁架只是其中一种，但此类型的钢桁架下承式桥梁有很 强的实用性，因此对其进行静力分析有一定的实际意义本文通过静力模拟能够获得较真 实的结构数据，通过数据分析、归纳和总结，为后期进一步开展相关研究和客观、科学地 分析桥梁受力及变形状态提供了可靠的数据。