有限元软件作业

波形钢腹板箱梁桥的有限元空间分析班级:建工硕士3班学号:S201304189姓名:王浩1、作业名称：波形钢腹板箱梁桥的有限元空间分析2、问题描述：波形钢腹板箱梁桥是20世纪80年代出现的一种新型桥梁结构，由于该结构的理论研究成果尚不能满足工程设计的需要，而且已经有研究表明波形钢腹板箱梁桥不满足平截面假定，因此一般的平面杆系分析软件进行结构分析会使结构偏于不安全，这时我们需要用空间有限元软件进行分析。与普通混凝土箱梁相比，波形钢腹板箱梁桥具有以下优势：1）提高预应力效率，改善结构性能。波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，因而在导入预应力时不受抵抗，纵向预应力束可以集中加载于顶、底板，有效地提高预应力效率。2）提高了材料的使用效率。在波形钢腹板PC箱梁桥中，混凝土用来抗弯、抗压，而波形钢腹板用来抗剪，发挥波形钢腹板抗剪能力强和混凝土抗压强度高的优点，有利于这两种材料发挥各自优势作用。3）自重降低，减少工作量。波形钢腹板预应力混凝土箱型梁桥的腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般预应力混凝土箱梁桥相比降低，减小了结构重力产生的下绕度，能够减少下部工程量。4）减少现场作业，加快施工进程。波形钢腹板P箱梁桥在施工过程中，可减少大量的模板和混凝土浇筑工程，而且波形钢腹板可以工厂化生产，现场拼装施工，从而加快了施工进程。5）体外预应力筋可以更换，便于桥梁的维修和补强。波形钢腹板PC箱梁桥采用体外预应力承受活载，因而在长期运营后可以对体外预应力索进行更换，以恢复承载力和进行结构加固。3、已知条件：单室箱梁全长18.5m，高2.0m，腹板高1.4m，顶板宽9.5m，底板宽5.8m，梁端部为0.25m宽的实体，跨中为0.20m的横隔板，底板预应力筋的布置为10×0.5m。腹板厚0.016m，构造如下图所示：混凝土弹性模量34.5MPa，泊松比0.167；钢板采用Q345号钢，弹性模量200MPa，泊松比0.3；预应力钢筋的弹性模量195MPa，泊松比0.3，预应力钢筋全长18m；本文中只考虑底板的预应力钢筋，没有考虑顶板的钢筋；桥梁所受荷载包括自重荷载和城A荷载以及预应力荷载。4、求解目标：由于并没有对顶板和腹板钢筋建模,模型的应变只是作为参考,因此本分析只是为了考察钢腹板的应力情况。5、求解过程：5.1建模顶板和底板采用三维实体建模，腹板采用板壳单元模拟，预应力筋采用三维杆单元进行模拟,建模的单位为cm.--------------------------------------------------------------*Heading**Jobname:Job-1Modelname:Model-1**Generatedby:Abaqus/CAE6.10-1*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO****PARTS**钢腹板截面图*Part,name=Beam-Plate**第一个部件,没有腹板的箱梁(见附图1)*Node1,2355.57007,1423.38513,915.………*Element,type=C3D8R**定义单元类型,因为模型没有涉及到应力集中,为了获得较高的计算效率,选用8节点六面体二次减缩积分单元1,12,91,1087,93,1,2,89,90………*Nset,nset=_PickedSet5,internal,generate1,5144,1*Elset,elset=_PickedSet5,internal,generate1,2823,1**Section:Section-1**定义截面属性,并将截面属性赋予部件*SolidSection,elset=_PickedSet5,material=C50*EndPart**对预应力钢筋建模,单元选择2节点桁架单元,并赋予其截面属性*Part,name=PrestressedSteel*Element,type=T3D2**Section:Section-3*SolidSection,elset=_PickedSet5,material=PrestressedSteel1.,*EndPart**对波形钢腹板建模,选用的单元是二次减缩积分的壳单元S4R(附图2)*Part,name=Web-1*Element,type=S4R**Section:Section-2*ShellSection,elset=_PickedSet2,material=Q3451.6,5*EndPart***Part,name=Web-2*Element,type=S4R**Section:Section-2*ShellSection,elset=_PickedSet2,material=Q3451.6,5*EndPart------------------------------------------------------------------------**定义材料属性**MATERIALS***Material,name=C50**弹性参数*Elastic3450.,0.167*Material,name=PrestressedSteel*Elastic19500.,0.3*Material,name=Q345*Elastic20000.,0.3------------------------------------------------------------------**组装部件**ASSEMBLY***Assembly,name=Assembly***Instance,name=Beam-Plate-1,part=Beam-Plate*EndInstance***Instance,name=Web-1-1,part=Web-1948.3633451419,1313.385132,-1118.91268556937………*EndInstance***Instance,name=Web-2-1,part=Web-2………*EndInstance****为预应力钢筋组定义一个”Truss-1”的单元集合，为了以后施加预应力*Elset,elset=Truss-1,instance=PrestressedSteel-1,generate**定义了两个面集,为后面施加”Tie”约束*Surface,type=ELEMENT,name=Surf-PlateUp*Surface,type=ELEMENT,name=Surf-PlateDown**定义约束,钢腹板与箱梁采用”Tie”约束.**Constraint:Constraint-1*Tie,name=Constraint-1,adjust=yes_PickedSet73_CNS_,Surf-PlateUp**Constraint:Constraint-2*Tie,name=Constraint-2,adjust=yes_PickedSet74_CNS_,Surf-PlateDown**Constraint:Constraint-3**预应力钢筋嵌入*EmbeddedElement_PickedSet75**Constraint:Constraint-4**桥梁上一参考点与桥梁板横向中线建立耦合约束,施加集中荷载,防止局部应力过大.*Coupling,constraintname=Constraint-4,refnode=_PickedSet77,surface=_PickedSet85_CNS_*Distributing,weightingmethod=UNIFORM*EndAssembly**BOUNDARYCONDITIONS**定义边界条件,两端固结**Name:BC-1Type:Displacement/Rotation*Boundary_PickedSet81,1,1_PickedSet81,2,2_PickedSet81,3,3_PickedSet81,4,4_PickedSet81,5,5_PickedSet81,6,6**Name:BC-2Type:Displacement/Rotation*Boundary_PickedSet82,1,1_PickedSet82,2,2_PickedSet82,3,3_PickedSet82,4,4_PickedSet82,5,5_PickedSet82,6,6**5.2加载桥梁自重采用容重施加，γ=0.023716N/cm3城市A荷载根据下图换算成面荷载施加，q=0.105N/cm2,P=300KN(均布于梁横向的中线)---------------------------------------------------**定义分析步(由于考虑所有荷载一次性施加可能会使计算不收敛,因此建立了三个分析步,每个分析步对应施加一个荷载,但是后来验证这种考虑是多余的.)**STEP:Step-1作用于桥面的城A荷载城A荷载***Step,name=Step-1*Static1.,1.,1e-05,1.****LOADS**定义自重,采用体荷载**Name:BodyForceType:Bodyforce*Dload_PickedSet78,BY,-0.023176****OUTPUTREQUESTS***Restart,write,frequency=0****FIELDOUTPUT:F-Output-1***Output,field,variable=PRESELECT****HISTORYOUTPUT:H-Output-1***Output,history,variable=PRESELECT*EndStep**----------------------------------------------------------------****STEP:Step-2***Step,name=Step-2*Static1.,1.,1e-05,1.****LOADS**定义集中荷载**Name:ConcentrateforceType:Concentratedforce*Cload_PickedSet80,2,-300000.****OUTPUTREQUESTS**………*EndStep**----------------------------------------------------------------****STEP:Step-3***Step,name=Step-3*Static1.,1.,1e-05,1.****LOADS**定义均布荷载**Name:PressureType:Pressure*Dsload_PickedSurf86,P,0.105****OUTPUTREQUESTS**………*EndStep这里要单独考虑预应力钢筋的预应力的施加,本分析中采用的方法是通过”*initialconditions,type=stress”来施加的。前面已经建立了一个名字为“Truss-1”的预应力筋的单元集合（Elset）。*Initialconditions,type=stressTruss-1,160006、结果分析：分别提取了钢腹板下沿中间和两边的三个点的综合应力值（附图4）：--------------------------------------------------------PartInstanceNodeIDElementsS,Mises(Avg:75)-----------------------------------------------------------------WEB-2-14Elem-15.69942E+03WEB-2-142Elem-2361.01WEB-2-182Elem-15.7022E+03----------------------------------------------------------------单位是N/cm2，最大