斜拉桥动力特性报告

《弹塑性力学与有限元》课程作业主跨1500m斜拉桥设计

2015年1月

目录

1.有限元模型建立 ................................................................................................................. - 3 -

1.1单元介绍.................................................................................................................... - 3 -

1,2边界条件设定........................................................................................................... - 4 - 1,3有限元模型图........................................................................................................... - 4 - 2、成桥状态恒载分析结果 ................................................................................................ - 5 -

2.1荷载作用下全桥位移云图分析........................................................................... - 5 -

2.2恒载作用下结构支反力......................................................................................... - 8 -

3、桥梁动力特性计算 ....................................................................................................... - 17 -

3.1成桥状态10阶模态及频率计算....................................................................... - 17 -

3.2成桥状态等效质量计算....................................................................................... - 18 -

3.3振型图 ...................................................................................................................... - 19 -

1.有限元模型建立

1.1单元介绍

采用ANSYS14.5结构分析软件对该斜拉桥进行结构动力特性分析

采用双主梁模型进行有限元建模。结构各部分的单元设定如下：

（1）主梁单元：钢主梁采用BEAM4单元建模，主梁受力宽度为23.25米，以横梁间距划分单元，采用双主梁模式，在钢箱梁形心处建模。

（2）斜拉索单元：采用LINK10单元模拟，每根索一个单元，采用Ernst公式修正弹性模量的方法来考虑拉索垂度效应，通过初应变施加索力。

（3）弹性横梁单元：弹性横梁采用BEAM4模拟，长度14m，截面尺寸3.2×5m 和1×5m，横梁与主梁之间采用刚臂连接。

（4）桥塔单元：采用BEAM4单元模拟，桥塔为C40混凝土，弹性模量为

3.25E+4MPa。

（5）刚臂单元：刚臂采用BEAM4单元建模，用刚臂连接弹性横梁与主梁形心，以及主梁形心与斜拉索锚固点的连接，刚臂单元密度为0，刚度取极大值。（6）桥墩：采用BEAM4来模拟，桥墩为C40钢筋混凝土，弹性模量为3.25E+4MPa。（7）所有截面特性均通过ANSYS14.5计算得到，通过实常数赋值。

（8）桥面铺装等二期恒载通过MASS21单元模拟。

（9）过渡墩和辅助墩采用双柱式桥墩，通过在主梁截面位移耦合来模拟位移和主梁扭转。

全桥通过ANSYS命令流建模

采用半漂浮结构，按照以下边界条件进行建模。边界条件设定见表1.1

1,2边界条件设定

表1.1 有限元模型边界条件设定

1,3有限元模型图

成桥状态的动力特性分析有限元模型见图1.1

图1.1成桥状态有限元模型

2、成桥状态恒载分析结果

2.1荷载作用下全桥位移云图分析

2.1.1恒载作用下全桥Y方向位移云图

图2.1恒载作用下全桥Y方向位移云图2.1.2恒载作用下全桥X方向位移云图

图2.2恒载作用下全桥X方向位移云图

2.1.3恒载作用下中塔总位移图

图2.3恒载作用下中塔总位移图由图可知，中塔最大位移值0.143m

2.1.4恒载作用下边塔总位移图

图2.3恒载作用下边塔总位移图由图可知，边塔最大位移值1.23m，变形偏大

2.2恒载作用下结构支反力

恒载作用下结构支反力见表2.1

表2.1恒载作用下桥梁支反力

2.3恒载作用下主梁内力图

2.3.1恒载作用下主梁弯矩图

图2.3恒载作用下主梁弯矩图

由图可知，主梁最大弯矩值为97300KN*m,最小弯矩值-111000KN*m 2.3.2恒载作用下主梁轴力图