基于ansys的铁路钢桁架桥受力分析

山东农业大学毕业设计题目：基于ansys的福厦铁路钢桁架桥静力分析院部水利土木工程学院专业班级届次学生姓名陈雪峰学号指导教师二O一一年六月十八日目录1工程简介1.1工程概况1.2施工方法1.3加载工况2有限元法基本原理及ansys简介2.1有限元法基本原理2.2ansys处理有限元问题的一般方法3福厦铁路桁架桥静力分析3.1有限元模型3.2自重荷载工况下的建模及求解3.3中—活载工况下的建模及求解3.4计算结果分析4总结参考文献致谢词Contents1Projectdescription1.1ProjectOverview1.2Constructionmethods1.3Loadconditions2ThebasicprinciplesoffiniteelementmethodandansysProfile2.1Thebasicprinciplesoffiniteelementmethod2.2Ansysfiniteelementproblemsdealingwiththegeneralapproach3Fuzhou-XiamenRailwaystaticanalysisoftrussbridges3.1Finiteelementmodel3.2Weightloadconditionsmodelingandsolving3.3Theliveloadconditionsofthemodelingandsolution3.4Calculationresults4SummaryReferencesThanksWords基于ANSYS的铁路钢桁架桥静力分析作者：陈雪峰道路桥梁与渡河工程3班指导教师：白润波摘要：本毕业设计为“基于ansys的福厦铁路钢桁架桥静力分析”，包括三个主要过程：收集设计资料，确定桥梁的设计方案，材料特性；用已有的资料采用ansys软件运用命令流方法建模分析结构的受力变形；对得出的结果进行分析，并做出正确合合理解释。首先简要介绍了有限元法的基本理论及使用Ansys软件处理有限元问题的一般步骤，然后根据基本资料用Ansys软件运用命令流对该钢桁架桥进行建模分析，最后通过得出的变形图和轴力图可以知道在两种工况下都是跨中变形最大，且接近跨中的上下弦杆件的轴力为最大，即跨中为最不利荷载位置。因此在设计阶段应充分考虑各种因素的影响，同时为了更好的改善结构受力性能应使用不同的杆件分别布置于上下弦杆，端斜杆，直腹杆和斜腹杆；以节省材料同时充分发挥材料的特性。关键词：钢桁架桥，ansys有限元软件，有限单元分析法，钢桁架桥，命令流BasedonANSYSrailwaystaticanalysisofsteeltrussbridgeAuthor:ChenXue-fengEngineeringroadsandbridgesandcrossing3classesSupervisor：BaiRun-boAbstract:Thegraduationprojectentitled“BasedontheFuzhou-XiamenRailwayansysstaticanalysisofsteeltrussbridges“,Consistsofthreemainprocesses:Collectionofdesigndatatodeterminethebridge'sdesign,materialproperties;withexistingdatausingansyssoftwaremodelingandanalysismethodsusingthecommandstructureoftheflowofforce-deformation;analysisoftheresults,andmaketherighttogetherareasonableexplanation。BrieflyintroducedthebasictheoryoffiniteelementmethodusingAnsyssoftwareandtheproblemofdealingwiththegeneralfiniteelementprocedure,basicinformationandthenusethecommandwiththeAnsyssoftwareflowmodelfortheanalysisofthesteeltrussbridge,andfinallythroughtheresultingdeformationmapandaxisinbothtryingtoknowthedeformationconditionsarethelargestcrossinandneartheupperandlowercross-barchordaxialforcetothemaximum,thatis,forthemostunfavorableloadacrosslocations.Therefore,inthedesignphaseshouldtakeintoaccountallfactors,whilethestructureinordertobetterimprovethemechanicalpropertiesofthebarshoulduseadifferentlayoutoftheupperandlowerchord,respectively,endslash,straightandobliquebellybarbellybar;tosavematerialpropertiesofthematerialsalsogivefullplay.Keywords:Steeltrussbridge,ansysfiniteelementsoftware,Finiteelementanalysis,Steeltrussbridge,Commandstream1.工程简介1.1工程概况本工程为单线铁路钢桁架桥，铁路线穿过山区桁架桥跨越峡谷，设计桥梁为简支栓焊桁架桥。整座桥梁主要由桁架构成的桥跨结构和桥墩、桥台组成，为下承式桥。该桥的跨度为64m，两侧桥台为重力式，其桥跨的的布置及各种杆件的尺寸如图1-1所示：图1-1桥跨的布置以及各种杆件的基本尺寸注：桥跨的单位为m，各种杆件的截面尺寸单位为mm。所有杆件皆为H型截面，所用钢材为16Mnq;图中1为上下弦杆，2为端斜杆，3为直腹杆，4为斜腹杆。钢材的弹性模量为2e11Mpa，泊松比为0.3。上下弦分别为8根和6根8m长的H型钢，桁架高位11m。上下弦杆截面的面积为0.01424㎡，端斜杆截面积为0.01704㎡，直腹杆截面积为0.00748㎡，斜腹杆截面积为0.00964㎡。桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；本设计中上下弦杆，端斜杆，直腹杆杆，斜腹杆分别采用不同截面的H型钢，采用高强螺栓连接和焊接。由于杆件本身长细比较大，虽然杆件之间的连接可能是“固接”，但是实际杆端弯矩一般都很小，因此，设计分析时可以简化为“铰接”。简化计算时，杆件都是“二力杆”，只承受压力或者拉力，而不产生弯矩和剪力。由于桥梁跨度较大，而单榀的桁架“平面外”的刚度较弱，因此，“平面外”需要设置支撑，设计桥梁时，“平面外”一般也是设计成桁架形式，这样，桥梁就形成双向都有很好刚度的整体。有些桥梁桥面设置在上弦，因此力主要通过上弦传递；也有的桥面设置在下弦，由于平面外刚度的要求，上弦之间仍需要连接以减少上弦平面外计算长度。桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小；而腹杆的受力主要在支座附件最大，在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。桁架梁桥一般是由两片主桁架和纵向联结系及横向联结系组成空间结构。钢桁梁桥的杆件由型钢和钢板组成，截面一般有槽形、工字形和箱形，常用铆接或焊接成型。铆接杆件早期多使用缀板和缀条，现在以型钢和整板为主。焊接杆件绝大部分用钢板。小跨度桁架梁中有的部分采用型钢(扁钢、角钢)做杆件。桁架杆件的交会点称为节点。把交会的杆件以节点板连接而成桁架。其连接方式又有铆接、螺栓或高强度螺栓栓接、焊接等方式（见钢结构连接），早期还有枢接，现已不采用。本设计采用高强螺栓连接和钢板焊接。理论上，全焊桁梁桥是最经济的，但较大跨度的桁架，不可能在工厂全部焊成整体，而工地条件难于保证焊接质量,故多在工厂焊接杆件和其他部件,在工地用高强度螺栓连接，建成栓焊梁桥。本设计采用高强螺栓连接和钢板焊接。按主要承重桁架形式分类：①单柱式桁梁桥。主桁架是最简单的桁架，仅有两个三角形，因腹杆只有中间一根竖杆，故也称帝柱式桁架。②双柱式桁梁桥。主桁架腹杆有两根竖杆，又称后柱式桁架。因中间部分为几何可变形的长方形，其上弦应是刚性梁。③三角形桁梁桥。主桁架为1846年英国人J.沃伦所提出，是典型的较简单的桁架。如腹杆和弦杆成60°角，便是由等边三角形组成的桁架；因其杆件传力路线简捷，杆件的材料用量较省，至今仍大量采用。在基本三角形桁架中，若节间长度较长，可派生出各种再分节间的三角形桁架。④斜压腹杆桁梁桥。当满跨受载时，主桁架竖杆受拉，斜杆受压，在早期铁、木组合结构中，竖杆用铁，斜杆、弦杆用木。近代预应力混凝土结构中，仅竖杆预加应力，锚头布置比较简单。⑤斜拉腹杆桁梁桥。主桁架竖杆受压，斜杆受拉，这样，压杆长度比拉杆小；用于钢桁梁时，可因压杆长度较短而节省钢材。⑥交叉腹杆桁梁桥。主桁架腹杆交叉布置,将它们设计成受压杆件者，称豪氏桁架。也可设计成交叉腹杆受拉，让竖杆受压。⑦菱形桁梁桥。主桁架由两组三角形桁架腹杆错开重叠布置而得。此桁架中虽有几何可变的菱形图形,其整体仍是几何不变形的结构。此桁架每节间的斜杆成双，每一斜杆承受一半的剪力，截面尺寸较小。⑧多腹杆桁梁桥。主桁架有多组错开重叠的三角形腹杆，故其腹杆截面尺寸小。早期腹杆用木板，后来用钢板加竖向加劲，也有用型钢的。⑨K形桁梁桥。其斜杆折成K形，当桁架较高，节间较小时,可使斜杆与竖杆间的夹角不致过小。⑩空腹桁梁桥。主桁架不用斜杆，节点均为刚性，所有杆件同时受轴向力和弯矩，曲弦较平行弦的弯距为小。本设计采用三角形桁架桥，受力简单，结构稳定轻便，造价低，施工方便。按桁梁的结构体系分类：①简支桁梁桥。桥的桁架以孔为单元,各有两个支点，是最简单的静定桁梁桥,最早为平行弦。18世纪70年代,美国C.H.帕克采用曲弦,使弦杆布置和弯矩图形较为相近，杆件截面比较均匀，用料较为经济。1829年法国工程师设计了上下弦均为曲弦的桁架，也称鱼腹式桁架。②悬臂桁梁桥。以锚孔、悬臂和简支挂孔(或称悬孔)所组成的桁梁桥。早期的悬臂桁梁桥的桁梁外形,有时也尽可能随弯矩图形变化，近代的悬臂梁桥外形比较和顺。③连续桁梁桥。多孔连续桁梁桥比简支的经济,比悬臂的刚度大，在采用悬臂架设及防止因破坏落梁方面有其优点，但对基础不均匀沉陷反应敏感，故在地基比较差的连续梁桥需要设置调整支座高低的设施。④威氏桁梁桥。1930年美国E.M.威克特所创始。在连续桁梁的中间墩上抽去竖杆，形成菱形四铰结构，虽多孔连续，仍为稳定结构。此种桥式兼有连续和悬臂桁梁桥的优点，但铰的构造较为复杂。本设计采用简支桁架梁桥，用料较省，结构简单，施工快速。1.2施工方法本设计采用拖拉法架设简支栓焊桁架桥，其施工步骤为：1.在桥头路基上布置滑道，其滑道的数量要进行计算确定；2.在滑道上拼装钢梁；3.按照牵引设备进行技术检查，合格后开始拖拉钢梁只预定的桥孔位置；4.钢梁降落就位。技术检查内容包括:钢梁的拼装质量、钢梁的拱度是否满足设计要求；加固杆件的数量、位置和质量是否满足要求；钢梁的中心位置和标高、滑道的设置、牵引动力的配置情况、落梁的设备、信号和照明、施工流程及人身设备安全。1.3加载工况加载工况按自重荷载和中—活载两种工况下的加载求解。“自重荷载”即桥梁结构自重引起的荷载组合；“中—活载”即列车竖向静活载采用中华人民共和国铁路标准活载。具体加载如图1-2所示：图1-2自重荷载和中—活载示意图2.有限元法基本原理及ANSYS简介2.1有限元法基本原理随着