钢桁架桥梁结构的ANSYS分析

钢桁架桥梁结构的ANSYS分析摘要本文中采用有限元分析法，在大型有限元分析软件ANSYS平台上分析桥梁工程结构，很好地模拟桥梁的受力、应力情况等。在静力分析中，通过加载各种载荷，得出结构变形图，找出桥梁的危险区域。1、问题描述下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1-1。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2和P3，其中P1=P3=5000N,P2=10000N，见图1。1图1桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)表1-1桥梁结构中各种构件的几何性能参数构件惯性矩m4横截面积m2顶梁及侧梁(Beam1)643.8310m322.1910m桥身弦梁(Beam2)61.871031.18510底梁(Beam3)68.471033.031102、模型建立在桥梁结构模拟分析中，最常用的是梁单元和壳单元，鉴于桥梁的模型简化，采用普通梁单元beam3。实体模型的建立过程为先生成关键点，再形成线，从而得到桁架桥梁的简化模型。3、有限元模型3.1单元属性整个桥梁分成三部分，分别为顶梁及侧梁、弦杆梁、底梁，三者所使用的单元都为beam3单元，因其横截面积和惯性矩不同，所以设置3个实常数。此外，他们材料都为型钢，材料属性视为相同，取为弹性模量EX为2.1e11，泊松比prxy为0.3，材料密度dens为7800。3.2网格划分线单元尺寸大小为2，即每条线段的1/2。4、计算4.1约束根据问题描述的要求，该桁架桥梁在x=0处的边界条件为全约束，x=32处的边界条件为y方向位移为0（即UY=0）。如下图所示。4.2载荷卡车对桥梁的压力视为3个集中载荷，因为模型只取桥梁的一般，所以3个集中载荷的力之和为20000N，分别为p1=5000N,p2=10000N,p3=5000N。并将载荷施加在底梁的关键点4,5,6上。如下图所示。5、静力分析的计算结果5.1查看结构变形图显示y方向位移显示x方向位移5.2结论从加载后的结构变形图中可以看出，在载荷作用下，桁架桥的中间位置向下发生弯曲变形最为明显而两侧的侧梁变形最小，载荷引起的位移最大处在桥中间位置，随跨中间向两侧递减。6、命令流/filname,bridge/title,thisisaanalysisofbridge/prep7!=====设置单元和材料et,1,beam3r,1,2.19e-3,3.83e-6r,2,1.185e-3,1.87e-6r,3,3.031e-3,8.47e-6mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3mp,dens,1,,7800!-----定义几何关键点k,1,0,0,,$k,2,4,0,,$k,3,8,0,,$k,4,12,0,,$k,5,16,0,,$k,6,20,0,,$k,7,24,0,,$k,8,28,0,,$k,9,32,0,,$k,10,4,5.5,,$k,11,8,5.5,,$k,12,12,5.5,,$k,13,16,5.5,,$k,14,20,5.5,,$k,15,24,5.5,,$k,16,28,5.5,,!-----通过几何点生成桥底梁的线l,1,2$l,2,3$l,3,4$l,4,5$l,5,6$l,6,7$l,7,8$l,8,9!------生成桥顶梁和侧梁的线l,9,16$l,15,16$l,14,15$l,13,14$l,12,13$l,11,12$l,10,11$l,1,10!------生成桥身弦杆的线l,2,10$l,3,10$l,3,11$l,4,11$l,4,12$l,4,13$l,5,13$l,6,13$l,6,14$l,6,15$l,7,15$l,7,16$l,8,16!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性lsel,s,,,9,16,1,latt,1,1,1,,,,!-----选择桥身弦杆指定单元属性lsel,s,,,17,29,1,latt,1,2,1,,,,!-----选择桥底梁指定单元属性lsel,s,,,1,8,1,latt,1,3,1,,,,!------划分网格allsel,alllesize,all,,,1,,,,,1lmesh,all!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解/solunsel,s,loc,x,0d,all,,,,,,all,,,,,allsel,allnsel,s,loc,x,32d,all,,,,,,,uy,,,,allsel,all!------基于几何关键点施加载荷fk,4,fy,-5000$fk,6,fy,-5000$fk,5,fy,-10000/replotallsel,allsolve!=====进入一般的后处理模块/post1plnsol,u,y,0,1.0plnsol,u,x,0,1.0finish