斜拉桥_拉索初应变

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称力学软件应用

题目考虑初始预应变的无背索斜

拉桥自重状态下的变形及应力

分析

院系土木工程

班级工力111

学生姓名

指导教师

日期2017年09月18日

目录

第一章选题背景 (1)

1.1无背索斜拉桥介绍及意义 (1)

1.2 课程设计内容和要求 (1)

1.3 建模目的及意义 (4)

第二章建模与求解 (5)

2.1 建模步骤 (5)

2.2 划分网格 (10)

2.3 设置约束 (10)

2.4 加载并求解 (11)

第三章结果分析 (13)

3.1自重下该桥梁变形 (13)

3.2 自重下该桥梁应变 (14)

第四章结论与总结 (15)

第一章选题背景

1.1无背索斜拉桥介绍及意义

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。中国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200米。20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础上，1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米的结合梁斜拉桥），开创了中国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。

1.2 课程设计内容和要求

设计内容：利用ANSYS有限元分析软件对给定无背索斜拉桥进行应力和变形分析。

技术条件：无背索斜拉桥尺寸及计算参数见附件。

要求：建立有限元模型，简述建模过程主要方法，列出关键数据列表；计算在给定的约束条件下各数据点对应的位移和应力图，并对计算结果做出分析说明。

问题介绍如下：

无背索斜拉桥的尺寸及计算参数

如图所示无背索斜拉桥梁模型，利用这一模型完成指定结构分析。

图1 斜拉桥梁模型

图2 正视图

图3 侧视图

图4 桥面梁分布

某无背索斜拉桥，斜塔与桥面成60度角，桥面两侧各有8根拉索，拉索连接桥面纵向主梁和斜塔，如图2所示，从左至右第一根拉索连接点分别为距离左侧桥墩12m处，斜塔（十等分）从上至下第一个等分点，依次类推，拉索在桥

面间隔6m，在斜塔间隔十等分长度。桥墩底部固支。

各结构部件尺寸及材料参数如下表所示：

结构部件 B (m) H (m) E (Mpa) ρ(kg/m3) ν

拉索0.1 0.1 2.05×1057800 0.3

桥墩 4.5 4.5 3.55×1042680 0.25

斜塔 5 3.6 3.51×1042670 0.25

斜塔梁 3 1.5 3.63×1042710 0.25

桥面横梁 2.6 1 3.51×1042670 0.25

纵向主梁 4 6 3.95×1042800 0.25

图5 梁截面示意图

试分析考虑初始预应变时，自重影响下这一结构的变形和应力情况。

1.3 建模目的及意义

a)．巩固和加深对应用软件基础课程基本知识的理解和掌握；

b)．从计算机软件、工程应用几个方面进一步理解有限元方法的实质；

c)．掌握有限元分析的工具，并具备初步处理工程问题的能力；

d)．提供一个自主建模分析的优良环境，以培养综合素质和创新能力。

第二章建模与求解

2.1 建模步骤

1.设置分析作业名和标题

FINISH !结束前面的命令

/clear,nostart !nostart新的ansys不重新读入/FILNAME,xielaqiao !给文件命名

/units,si !设置为国际单位制

/VIEW,0,-1,1,1 !设定视角

/prep7 !进入前处理

2.定义单元类型

ET,1,BEAM4 !主塔、横梁、主梁采用beam4单元ET,2,LINK10 !拉索采用link10单元KEYOPT,2,3,0 !拉索只受拉,且松弛的索沿纵、垂

向都具有一定的刚度

3.定义实常数（设置单元厚度）

R,1,20.25,34.17,34.17,4.5,4.5,$RMORE,,57.69,,,, !桥墩

R,2,18.00,37.50,19.44,3.6,5,$RMORE,,43.53,,,, !斜塔

R,3,4.50,3.38,0.84,1.5,3,$RMORE,,2.32,,,, !斜塔梁R,4,2.60,1.46,0.22,1,2.6,$RMORE,,0.66,,,, !主梁横梁R,5,24.00,32.00,72.00,6,4,$RMORE,,75.20,,,, !主梁纵梁

拉索初面积与应变表2-1

斜拉索拉力（KN）拉索面积（m2）弹性模量（MPa）拉索初应变700 0.01 2.05E+5 0.000341463

650 0.01 2.05E+5 0.000317073

600 0.01 2.05E+5 0.000292683

550 0.01 2.05E+5 0.000268293

500 0.01 2.05E+5 0.000243902

450 0.01 2.05E+5 0.000219512

400 0.01 2.05E+5 0.000195122

350 0.01 2.05E+5 0.000170732