斜拉桥有限元模拟

1目录一．工程概况............................................................................................................................2二．建模过程............................................................................................................................32.1截面几何特性计算.....................................................................................................32.1.1主梁截面简化及计算.......................................................................................32.1.2主塔截面简化及计算.......................................................................................42.2拉索初始应变计算及弹模修正值计算......................................................................6三．模型建立..........................................................................................................................113.1不考虑垂度效应建模...............................................................................................113.1.1无初始应变建模..............................................................................................113.1.2改变拉索实常数..............................................................................................233.1.3成桥状态模态分析..........................................................................................243.2考虑垂度效应建模...................................................................................................263.2.1无初始应变状态建模.....................................................................................263.2.2更改拉索实常数.............................................................................................58四．总结分析..........................................................................................................................592一．工程概况1.桥型：三塔四跨分离式双主梁斜拉桥2.跨径：两主跨跨径1500m，两边跨分别设置两个过渡墩，跨径408+244=652m3.桥宽：60.5m4.主梁：分离式双主梁，单根主梁宽23.25m4.桥塔：中塔为空间钻石型造型，塔高460m，分叉点距塔顶121m，分叉点距桥面239m，分叉点距塔身连接横梁250m，塔身连接横梁距塔底89m，横梁纵桥向长64m，横桥向长71m，塔底塔柱横桥向间距32m，纵桥向间距40m；边塔为平面钻石型造型，塔高386m，分叉点距塔顶101m，分叉点距桥面204m，分叉点距塔身连接横梁215m，塔身连接横梁距塔底70m，连接横梁横桥向长54.3m，塔底两塔柱横桥向间距40m。7.塔底距桥面距离：此处考虑纵坡影响，假设塔底同一水平线上，中塔处桥面距塔底，边塔处桥面距塔底，第一过渡墩处桥面距塔底，第二过渡墩处桥面距塔底。8.拉索：边跨有两种索距，分别为12m和16m，652m=8×2（两端距离）+12×13（14根间距为12m的拉索）+16×30（30根间距为16m的拉索），一幅边跨共计44根拉索，编号A0-A43；主跨只有16m一种索距，1500m=8×2（两端距离）+16×43（44根间距为16m的拉索，锚于边塔上，编号J0-J43）+12+16×49（50根间距为16m的拉索，锚于主塔上，编号Z0-1，Z0-2，Z1-Z48）。9.梁间横梁：主梁间横梁布置与与拉索布置方式相对应。10.约束条件：左桥端第一及第二过渡墩仅给予主梁竖向及横向的平移自由度约束，右桥端第一及第二过渡墩处仅给予主梁竖向的及横向的平移自由度约束；边塔处刚横梁仅给予主梁横向和竖向约束，中塔处刚横梁给予主梁横向、纵向及竖向约束；索塔底部完全固结，索单元和梁单元给予全铰约束；10.材料：1.主梁：31.0,/7800,111.23mkgEE＝2.刚性鱼刺横梁和主塔连接横梁：0,00,1510EE＝3.斜拉索：25.0,/7800,119.13mkgEE＝3.索塔：17.0,/2500,105.33mkgEE＝11.目标任务：利用大型有限元软件ANSYS建立斜拉桥全桥模型，分析重力作用下的结构响应并对结构进行动力特性分析，比较是否考虑几何非线性（P-△效应及大位移）对结果的影响。建模过程中，主梁及主塔使用BEAM4单元模拟，拉索使用LINK180单元模拟。12.斜拉桥非线性的主要影响因素13.利用ANSYS进行斜拉桥建模步骤斜拉桥设计，施工过程中，结构分析一般需考虑几何非线性，如：斜拉桥垂度效应，大位移效应以及梁塔的组合效应，3二．建模过程2.1截面几何特性计算2.1.1主梁截面简化及计算主梁采用空间鱼刺双梁模型，使用BEAM4单元建模，所有截面几何特性以及质量集中于两根纵梁上，纵梁取标准断面，建模时节点建于截面形心处；横梁取真实横梁截面，鱼骨梁相对为刚性构件，无质量，只起传递力流的作用，截面可随意指定。图2.1主梁标准断面简化图（顶板30mm，底板24mm）图2.2横梁标准断面图（顶底板及腹板14mm，加劲肋10mm）表2.1纵梁及横梁截面几何特性表格（m）面积IxIyCx(+)Cx(-)Cy(+)Cy(-)J主梁1.676.1876.1112.1311.131.603.439.18横梁0.270.990.511.611.612.512.510.87鱼骨梁1/31/31/31/31/31/31/31/342.1.2主塔截面简化及计算（1）中塔截面简化图2.3中塔锚索段标准断面图（顶底板及腹板14mm，加劲肋10mm）上述四个截面分别记做ZMSD-1，ZMSD-2，ZMSD-3，ZMSD-4。图2.4中塔上塔柱图2.5中塔下塔柱（钢混组合截面）图2.6中塔横梁截面上述三个截面分别记做ZSTZ，ZXTZ，ZHL5（2）边塔截面简化图2.7边塔锚索段标准断面图（顶底板及腹板14mm，加劲肋10mm）上述四个截面分别记做BMSD-1，BMSD-2，BMSD-3，BMSD-4。图2.8边塔上塔柱图2.9边塔下塔柱（钢混组合截面）图2.10边塔横梁截面上述三个截面分别记做BSTZ，BXTZ，BHL62.2拉索初始应变计算及弹模修正值计算不考虑几何非线性进行静力分析时，可不考虑垂度效应，即拉索弹模不需进行修正；考虑非线性进行静力分析时，需考虑垂度效应，此时斜拉桥的拉索模拟采用等效弹性模量法。等效弹性模量方法用直弦杆代替实际的曲线索，直弦杆的弹性模量为考虑垂度变化影响的有效弹性模量。等效弹性模量计算如下：ETAwlEEeff3212)(1式中：Eeff——拉索等效弹模；E——拉索材料有效模量；T——拉索初张力；l——拉索水平投影长度；w——拉索单位长度重量；A——拉索横截面面积；考虑垂度效应的拉索弹模修正计算见下表。表2.3拉索成桥状态拉索应变及弹模修正计算编号索力T（N）规格(PES7-)面积A(mm2)应力(MPa)应变索长投影(m)单位长度拉索重量(kg/m)弹性模量(MPa)修正弹性模量（MPa）A43790900028310885.67270.003864484.91.90E+05172721A42780000028310885.67170.003863284.91.90E+05172658A41845900028310885.67770.004162084.91.90E+05176615A40909420030111578.07850.004160890.31.90E+05177475A39895860030111578.07740.004159690.31.90E+05177414A38955695031312039.57940.004258493.91.90E+05178725A37940680030111578.08120.004357290.31.90E+05179850A36925535030111578.07990.004256090.31.90E+05179789A35945202530111578.08160.004354890.31.90E+05180770A34929137530111578.08030.004253690.31.90E+05180707A33912870028310885.68390.004452484.91.90E+05182154A32929600028310885.68540.004551284.91.90E+05182878A31938460028310885.68620.004550084.91.90E+05183381A30920580028310885.68460.004548884.91.90E+05183322A29827310026510193.28120.004347279.51.90E+05182947A2873690002419270.17950.004245672.31.90E+05182992A2760130001997654.57860.004144059.71.90E+05183230A2658845001997654.57690.004042459.71.90E+05183290A2557545001997654.57520.004040859.71.90E+051833547编号索力T（N）规格(PES7-)面积A(mm2)应力(MPa)应变索长投影(m)单位长度拉索重量(kg/m)弹性模量(MPa)修正弹性模量（MPa）A2456240001997654.57350.003939259.71.90E+05183425A2365904002238577.77680.004037666.91.90E+05184674A2269680002419270.17520.004036072.31.90E+05184783A2167951002419270.17330.003934472.31.90E+05184