基于 ANSYS 的变截面连续钢构桥梁分析(全文)

基于NSYS 的变截面连续钢构桥梁分析并对其进行力学分析。通过其后处理器及其它操作绘制出墩梁固结处弯矩影响线和跨中弯矩及挠度影响线，以便于

确定最不利布载位置以及为更进一步的分析做基础。

引言

为加快GJ经济的进展亟待兴建高速公路以满足

日益增加的交通需求，当面对需要跨越高山峡谷地带则

需修建桥梁。而对于需要修建高墩才能够满足要求时且

跨径在200m 左右的桥梁，连续钢构桥梁无疑是最佳选

择，而用变截面形式不仅减轻了结构自重增大跨度又节

约了成本。

在兴建之前对桥梁进行分析，就是要找出最不利

位置，然后在最不利位置处加载得出结构的极限承载力，然后在此基础上进行设计。而绘制结构内力影响线是找

出结构最不利位置的方法之一，也是比较容易实现的。

所谓影响线，即单位力在结构上移动时，随着其位置的

改变，结构中的某一量值（如支座反力、杆件截面内力

或结点位移等）也将相应地产生变化规律的函数图形（曲线），称为结构中某量值的影响线。而当实际荷载移动

到某个位置时使得某量值达到最大（或最小）值，此时

的荷载位置即为该量值的最不利荷载位置。

一、建模思想及过程

绘制影响线的方法有静力法和机动法两种。根据

影响方程来绘制影响线的方法叫静力法，用绘制位移图

的方法来得到影响线的方法叫机动法。而基于NSYS

平台绘制影响线主要步骤有：(1) 建立有限元模型，(2) 用循环语句进行加载，(3) 进入后处理器提取数据并加

以分析，绘制出结构某量值的影响线。

现对某高速公路段处（32+188+32m）三跨变截面

连续钢构桥梁进行分析。为简化计算，本模型选取可自

定义截面的BEM189 三维梁单元进行建模。下图Ⅰ和

图Ⅱ分别为桥梁整体有限元模型和箱梁局部有限元模型。其建模关键命令流如下：图1. 桥梁整体有限元模型图4.跨中挠度影响线

图2. 箱梁局部有限元模型

二、变截面连续刚构桥梁分析

进入NSYS 后处理器，通过PLVR 命令可以绘

制图形，亦可通过PRVR 命令提取数据后通过三方绘

图软件（ORIGIN）绘制量值影响线。图Ⅲ和图Ⅳ为各

量值弯矩影响线。

由图3 和图4 可知，墩梁固结1 处弯矩、墩梁固

结2 处弯矩、跨中弯矩、跨中挠度影响值最大（或最小）分别为6.07573、4.40873、-9.30678、-9.68E-09。并且能够从图中清楚地看出此时荷载所在的位置，即最不利

荷载位置。荷载布置时只需根据已有量值的影响线使得

操纵截面所计算值达到最大即可。

三、结束语

本文利用NSYS 平台的二次开发功能，运用PDL 编写并绘制了变截面连续钢构桥梁的各量值的影

响线，并在此基础上得出荷载最不利布载方式。基于本

方法讨论变截面连续钢构桥梁简单直观，对类似工程的

研究有一定借鉴意义，并且此种方法亦可用于大跨径桥

梁上，如斜拉桥的最不利荷载位置。