ANSYS仿真分析作业解析

桥梁结构仿真分析

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一、下承式钢管混凝土拱桥，跨径90m 。主梁截面布置如下图所示，C50混凝土，吊杆为54根直径7mm 钢丝；钢管混凝土拱圈截面如图所示，直径1m 、壁厚14mm 、内填C50混凝土。吊杆下设置壁厚40cm 的混凝土横梁。设计荷载公路I 级，4车道。按照杆系结构计算结构在移动荷载作用下的弯矩和剪力包络图。

立面布置（单位：m ） 拱圈截面布置

主梁截面布置（单位：cm ）

1、计算模型

1）采用单梁模型；

2）拱圈采用共节点分离模型，单拱轴，钢管、拱轴混凝土和吊杆弹性模量取2倍的各自模量，面积不变； 3）吊杆不考虑初应变。

MA TLAB 求解弯矩和剪力包络图（纵桥向最不利加载）。

2、计算结果

102030405060708090

-2

-1.5

-1

-0.5

00.5

1x 10

4

x (m)

M (k N m )

图1-1 主梁弯矩包络图

图1-2 主梁剪力包络图

3、ANSYS 命令流

FINISH /CLEAR

/TITLE,Concrete-Filled Tube Arch Bridge /PREP7

ET,1,82 !辅助单元类型

CYL4,0.5,0.5,0.5,,0.486 !建立一个环面 SMRTSIZE,5 !网格划分 AMESH,ALL

SECWRITE,STEEL_TUBE,SECT,,1 !截面存盘（文件名：STEEL_TUBE ；文件拓展名：SECT ；单元类型属性：1）

SECTYPE,1,BEAM,MESH, !截面类型和ID 定义

SECOFFSET,CENT,,, !截面偏移，CENT 偏移到质心

SECREAD,'STEEL_TUBE','SECT',,MESH !读入截面

ASEL,ALL !选择所有面 ACLEAR,ALL

ADELE,ALL,,,1 !将图形及面、线、点全部删除（只保留截面文件）

CYL4,0.5,0.5,0.486 !建立一个圆面

SMRTSIZE,5

AMESH,ALL

SECWRITE,CONCRETE,SECT,,1 SECTYPE,2,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,,

SECREAD,'CONCRETE','SECT',,MESH ASEL,ALL ACLEAR,ALL ADELE,ALL,,,1 K,1,-9 K,2,-9,-0.2 K,3,-7,-0.5 K,4,-6.5,-1.8 K,5,-5,-1.8 K,6,-4.5,-0.5 K,7,-4,-0.25 K,8,4,-0.25 K,9,4.5,-0.25 K,10,5,-1.8 K,11,6.5,-1.8 K,12,7,-0.5 K,13,9,-0.2 K,14,9

A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 SMRTSIZE,5 AMESH,ALL

SECWRITE,ZL,SECT,,1 SECTYPE,3,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,,

SECREAD,'ZL','SECT',,MESH

ASEL,ALL

ACLEAR,ALL

ADELE,ALL,,,1

ET,1,BEAM44 !钢管材料特性

MP,EX,1,2.1E11*2 !弹性模量，单位：Pa

MP,DENS,1,7800 !密度，单位：kg/立方米

MP,PRXY,1,0.3 !泊松比

ET,2,BEAM44 !拱轴混凝土材料特性

MP,EX,2,3.45E10*2

MP,DENS,2,2600

MP,PRXY,2,0.1667

ET,3,BEAM44 !主梁混凝土材料特性

MP,EX,3,3.45E10

MP,DENS,3,2600

MP,PRXY,3,0.1667

ET,4,LINK10 !吊杆材料特性（平行钢丝束）

MP,EX,4,1.95E11*2

MP,DENS,4,7800

MP,PRXY,4,0.3

KEYOPT,4,3,0 !选择参数设定，只受拉吊杆

!*****建立有限元模型*****

!*****定义拱轴线*****

*DIM,x,ARRAY,179 !将顺桥向距离定义为数组

*DIM,y,ARRAY,179 !将拱轴高度定义为数组

f1=16 !矢高L=90 !跨径*DO,i,1,179,1

x(i)=0.5*i y(i)=64/90*x(i)-64/90/90*x(i)*x(i)

*enddo

!*****建立主拱圈*****

*DIM,GZ_NUM,ARRAY,181 !拱轴节点号数组

GZ_NUM(1)=1001

*DO,i,2,181,1

GZ_NUM(i)=GZ_NUM(i-1)+1

*ENDDO

N,GZ_NUM(1),0,0,0 !建立拱轴节点

N,GZ_NUM(181),90,0,0

*DO,i,2,180,1

N,GZ_NUM(i),x(i-1),y(i-1),0

*ENDDO

N,90000,0,16,0 !拱轴参考节点

TYPE,1 !单元类型编号

MAT,1 !材料类型编号

R,1

SECNUM,1 !截面编号

*DO,i,1,180,1 !生成拱轴单元（钢管）

E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000

*ENDDO

CM,ZG_STEEL,ELEM

ESEL,NONE

TYPE,2

MAT,2

R,2

SECNUM,2

*DO,i,1,180,1 !生成拱轴单元（混凝土）

E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000

*ENDDO

CM,ZG_CONCRETE,ELEM

ESEL,NONE