ansys桥梁工程运用

第5章Ansys桥梁结构工程应用知识点：连续刚构桥仿真桁架桥受力分析悬索结构分析移动载荷桥梁动态响应桥梁地震响应本章导读：桥梁结构是土木行业中最常见的建筑结构工程物之一，对桥梁进行较为精确的受力分析，合理模拟其各种工况下的动态响应，对于桥梁的设计与安全控制有着十分重要的现实意义。本章主要通过介绍几种典型桥梁，如桁架桥、悬索桥、刚构桥的受力分析及动力响应，而阐述在Ansys中如何实现各种桥梁的建模，移动载荷的加载及地震反映谱（请确认）的输入等有限元分析的相关技术。5.1连续刚构桥三维仿真分析5.1.1问题的描述某一刚构桥，主桥长170m，为三跨（48+74+48）预应力变截面双箱双室V型墩刚构桥，如图5-1和5-2所示。V型墩角度为90。，与V型墩固接处的梁高为3m，跨中梁高1.8m，假设只布置纵向预应力钢筋，位置如图5-2。已知条件如下：材料：混凝土，E=3.25e10ν=0.2Density=2600钢筋，E=207e9ν=0.3Density=7800几何尺寸：箱形截面的顶板与底板厚0.25m，腹板厚0.6m，V型板厚1m预应力筋面积0.02，初始预应变-0.005图5-1主桥模型44120.60.25图5-2箱型截面提示：（1）采用shell63壳单元划分箱形梁的顶板、底板、腹板及V型支撑，它有弯曲和薄膜功能，面内和法向荷载都是允许的，本单元有三个平动自由度和三个转动自由度。本单元包括应力刚化和大变形功能，在有限转动的大变形非线性分析中，可以用一致切线刚度矩阵。（2）采用link8号杆单元模拟预应力钢筋。它是一个有广泛工程应用的单元，比如：桁架、缆索、连杆以及弹簧等。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有3个平动自由度。本单元拥有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化以及大变形和大应变等功能。5.1.2建模建模顺序：生成各节点→生成顶板并划分网格→生成底板并划分网格→生成腹板并划分网格→划分预应力钢筋→生成V型支撑并划分网格→合并压缩重复节点与单元。由于模型较为复杂，所以采用APDL命令流方式建模较为方便。建模步骤如下：（1）以交互方式进入Ansys,设置初始工作文件名为rigidbridge.。（2）定义分析类型：指定分析类型为Structural，程序分析方法为h-method。路径：MainMenu/Preferences。（3）定义单元类型：路径：MainMenu/Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete。在弹出的（什么对话框？请给出名称）对话框中选择Add，在新的（什么对话框？请给出名称）对话框中选择shell63号弹性壳单元为1号单元，然后单击“OK”按钮；再单击同“Add”按钮，选择link8为2号单元，单击“OK”按钮，最后单击“Close”按钮关闭对话框。注意：shell63号壳单元用来模拟桥面，箱形梁的各部件，（语意不明）link8单元用来模拟预应力钢筋。（4）定义实常数：路径：MainMenu/Preprocessor/RealConstants/Add/Edit/Delete。在弹出的（什么对话框？请给出名称）对话框中单击“Add”按钮，选择shell63号单元，单击“OK”按钮，在图5-3的（什么对话框？请给出名称）对话框中shellthicknessI处填入0.25；对于shell63号单元需要定义三种实常数，分别对应于箱形梁的顶层与底层（0.25）、腹板（0.6）、V形支撑的厚度（1）。定义完壳单元的实常数后，单击“Add”按钮，选择link8单元，单击“OK”按钮，在新的（什么对话框？请给出名称）对话框中（图5-4）使面积Area＝0.02，ISTRN＝-0.005，（语意不明）然后单击“OK”按钮，再单击“Close”按钮关闭对话框。图5-3shell63号单元实常数定义图5-4link8号单元实常数定义（5）定义材料属性路径1：MainMenu/Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels。路径2：MaterialModelsAvailable/Structural/Linear/Elastic/Isotropic。路径3：MaterialModelsAvailable/Structural/Density执行路径1，在弹出的（什么对话框？请给出名称）对话框中在执行路径2，然后定义1号单元的弹性模量为3.251e10，泊松比为0.2；执行路径3，定义密度为2700。（材料1对应于混凝土材料。）增加一个新的材料模型，同样执行路径2，3定义预应力钢筋的弹性模量为207e9，泊松比为0.3，密度为7800。（6）保存数据路径：AnsysToolbar/SAVE_DB。数据将保存到rigidbridge.db中。（7）建立模型的关键点在命令输入诓中输入以下命令流：/VIEW,1,1,1,1!以正等侧方式观看/PREP7ET,1,63ET,2,8R,1,0.25R,2,0.6R,3,1R,4,0.02,-0.005MP,EX,1,3.25E10MP,PRXY,1,0.3MP,DENS,1,2700MP,EX,2,207E9MP,PRXY,2,0.3MP,DENS,2,7800k,1!建立主桥边界面上的关键点k,2,4k,3,10k,4,16k,5,20k,6,24k,7,30k,8,36k,9,40k,10,4,-1.8k,11,10,-1.8k,12,16,-1.8k,13,24,-1.8k,14,30,-1.8k,15,36,-1.8SAVEkgen,2,1,15,1,,,-16!建立梁高为1.8m处的关键点kgen,2,1,15,1,,,-85kgen,2,1,15,1,,,-154kgen,2,1,15,1,,,-170SAVEk,101,,,-36!建立梁高为3m处的关键点k,102,4,,-36k,103,10,,-36k,104,16,,-36k,105,20,,-36k,106,24,,-36k,107,30,,-36k,108,36,,-36k,109,40,,-36kgen,2,102,104,1,,-3,,8kgen,2,106,108,1,,-3,,7SAVEkgen,2,101,115,1,,,-12,15kgen,2,116,130,1,,,-12,15kgen,2,131,145,1,,,-50,15kgen,3,146,160,1,,,-12,15SAVE（8）建立箱形梁的顶层并划分网格在命令输入窗口输入以下命令流：*do,i,1,8,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,16,23,1a,i,i+85,i+86,i+1*enddo*do,i,101,108,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,116,123,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,31,38,1a,i,i+100,i+101,i+1*enddo*do,i,31,38,1a,i,i+115,i+116,i+1*enddo*do,i,146,153,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,161,168,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,46,53,1a,i,i+130,i+131,i+1*enddo*do,i,46,53,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddosavelesize,all,4!设置单元长度为4aatt,1,1,1!顶层单元属性amesh,all!划分顶层面单元建模后的几何形状及网格划分后的模型如图5-5、5-6所示。（9）建立箱形梁的底层并划分网格在建立底层前，先排除顶层面，即使顶层面为非有效面。路径：UtilityMenu/Select/Entity..执行路径，在弹出的（什么对话框？请给出名称）对话框的第一个下拉菜单中选择Area，第二个下拉菜单选择ByNum/Pick，单击Unselect，然后单击Apply/PickAll。通过以下命令流建立底层：*do,i,10,11,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,13,14,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,25,26,1a,i,i+85,i+86,i+1*enddo*do,i,28,29,1a,i,i+85,i+86,i+1*enddo*do,i,110,111,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,113,114,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,125,126,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,128,129,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddosave*do,i,40,41,1a,i,i+100,i+101,i+1*enddo*do,i,43,44,1a,i,i+100,i+101,i+1*enddo*do,i,40,41,1a,i,i+115,i+116,i+1*enddo*do,i,43,44,1a,i,i+115,i+116,i+1*enddo*do,i,155,156,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,158,159,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,170,171,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,173,174,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,55,56,1a,i,i+130,i+131,i+1*enddo*do,i,58,59,1a,i,i+130,i+131,i+1*enddo*do,i,55,56,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddo*do,i,58,59,1a,i,i+15,i+16,i+1*enddosavelesize,all,4!设置网格长度为4aatt,1,1,1!单元属性同顶层amesh,all（10）建立腹板并划分网格在建立腹板前，采用与第九步相同的路径，使底层面积为非有效面。然后通过以下命令流建立腹板几何模型：*do,i,2,4,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,6,8,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddo*do,i,17,19,1a,i,i+8,i+93,i+85*enddo*do,i,21,23,1a,i,i+7,i+92,i+85*enddo*do,i,102,104,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,106,108,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddo*do,i,117,119,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,121,123,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddo*do,i,32,34,1a,i,i+8,i+108,i+100*enddo*do,i,36,38,1a,i,i+7,i+107,i+100*enddo*do,i,32,34,1a,i,i+8,i+123,i+115*enddo*do,i,36,38,1a,i,i+7,i+122,i+115*enddo*do,i,147,149,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,151,153,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddo*do,i,162,164,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,166,168,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddo*do,i,47,49,1a,i,i+8,i+138,i+130*enddo*do,i,51,53,1a,i,i+7,i+137,i+130*enddo*do,i,47,49,1a,i,i+8,i+23,i+15*enddo*do,i,51,53,1a,i,i+7,i+22,i+15*enddosave网格划分设置：路径1：MainMenu/Preproc