桥梁结构仿真分析作业

桥梁结构仿真分析作业

学院：土木工程学院

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20 年月日

一、一根长度为150 m的斜拉索，水平夹角为45°，截面积0.0026 m2，弹性模

量为195000 MPa，分析其索力在600 kN至3600 kN之间变化时（增量为200 kN）索力与第一阶自振频率的关系曲线（边界条件按铰接考虑、不考虑垂度）。

解：（1）计算条件：

选用Beam3单元进行建模。由于索力在600 kN和3600 kN之间变化，并且增量为200 kN，故索力用表达式SUOLI0=400+I*200来描述。建立有限元模型的时候，将索的一端铰接，另一端限制垂直索方向的自由，不考虑垂度效应对索的修正，通过在轴向施加变化的索力，不断计算不同索力下的第一阶自振频率来求得索力与第一阶自振频率的关系。

（2）计算参数：

有限元模型如下图所示：

其中：

索长：150 m

截面积：0.0026 m2

水平夹角：45°

弹性模量：195000 MPa

（3）计算结果：

（4）命令流：

FINISH

/CLEAR

*DIM,FREQL,ARRAY,16 !定义自振频率的数组*DIM,SUOLI,ARRAY,16 !定义索力的数组

/PREP7 !进入前处理模块标识PI=3.141592654 !定义圆周率大小EA=0.0026 !定义截面积

EE=1.95e8 !定义弹性模量

EI=EA*EA/4/PI !定义截面惯性矩FORCE=600 !定义初始索力ISTRAIN=FORCE/EA/EE !定义初应力

ET,1,BEAM3 !定义单元类型

R,1,EA,EI,0.1,0,ISTRAIN,0 !定义单元实常数MP,EX,1,1.95e8 !定义材料常数

MP,PRXY,1,0

MP,DENS,1,8.25

K,1,,,, !定义关键点

K,2,106.066,106.066,0

L,1,2 !连接关键点LATT,1,1,1,,,, !赋予单元特性值LESIZE,1,1,,,,,,,,1 !网格划分尺寸设置

LMESH,ALL !进行划分网格FINISH !前处理结束标识

/SOL !进入求解模块标识

D,1,UX,0,,,,UY !定义边界条件

D,2,UY

FINISH !求解模块结束标识

*DO,I,1,16 !进入循环求解

/PREP7

SUOLI0=400+I*200 !索力增量设置

*AFUN,DEG !转化为角度制NMODIF,2,,,,45 !旋转端点的局部坐标系F,2,FX,SUOLI0 !在节点2施加索力ALLSEL,ALL !选择所有项目ACEL,0,10,0 !定义重力加速度FINISH !前处理结束标识

/SOL

ANTYPE,0 !进行静力分析PSTRES,ON !计入初应力

SOLVE !求解标识

FINISH !求解模块结束标识

/SOL

ANTYPE,2 !进行模态分析MODOPT,SUBSP,1 !计算第一阶自振频率PSTRES,ON !计入初应力

SOLVE !求解标识

FINISH !求解模块结束标识

/POST1 !进入通用后处理器标识SUOLI(I)=400+200*I !将各索力输入索力数组*GET,FREQL(I),MODE,1,FREQL !得到自振频率

*ENDDO !结束循环

*VPLOT,SUOLI(1),FREQL(1) !画出力和频率的曲线FINISH

二、一跨径为6 m等截面简支工字钢梁，采用下表中不同类型的工字钢，理想

弹塑性材料本构关系，屈服强度为345 MPa，加载模式如图所示，计算结构从开始加载一直到破坏的全过程曲线（要求给出荷载-跨中竖向位移曲线）。

3m

F

3m 图1 (a)

图1 (b)

表1 工字钢截面参数表(mm)

型号h b d t r r1 Ix/cm4

14 140 80 5.5 9.1 7.5 3.8 712

16 160 88 6 9.9 8 4 1130

18 180 94 6.5 10.7 8.5 4.3 1660

解：（1）计算条件：

利用beam189单元建立简支梁结构，梁的一段为固定铰支座，另一端为可动铰支座，在跨中施加一集中荷载，简支工字梁材料采用双线性随动强化模型（BKIN）来模拟其理想弹塑本构关系，如下图所示：

（2）计算参数：

①跨中集中荷载取值的确定：

根据梁的屈服条件，从而确定使得跨中截面产生屈服的最大跨中集中力。计算结果如下表所示：

工字梁型号计算屈曲荷载（kN）程序选取荷载（kN）

14号23.39 30

16号38.73 45

18号63.63 70

②有限元模型如下图所示：

其中：

弹性模量：3.45E7 kPa

跨径：6 m

（3）计算结果：

14号工字钢：

（4）命令流：

以14号工字钢为例,16号、18号命令流见TXT文件：

/CLEAR

/PREP7

SPAN=6 !定义截面

B=0.08

H=0.14

T=0.0091

D=0.0055

P=30E3

ET,1,BEAM189

KEYOPT,1,7,1

MP,EX,1,2.06E11 !定义材料属性

MP,PRXY,1,0.3

TB,BKIN,1 !定义钢材破坏准则TBDA TA,1,345E6,0.0

SECTYPE,1,BEAM,I !建立模型SECOFFSET,USER,,H

SECDATA,B,B,H,T,T,D

K,1

K,2,SPAN/2

K,3,SPAN

K,100,SPAN/2,SPAN/2,0

L,1,2$L,2,3

LATT,1,,1,,100,,1

ESIZE,0.1,0

LMESH,ALL

DK,1,UX !施加边界条件与荷载DK,1,UY

DK,1,UZ

DK,1,ROTX

DK,3,UY

DK,3,UZ

/ESHAPE,1

FK,2,FY,-P

FINISH

SA VE

/SOLU

NSUBST,15 !求解

OUTRES,ALL,ALL

SOLVE

FINISH

/POST1

SET,LAST