悬索桥的受力分析讲课教案.doc

悬索桥的受力分析

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悬索桥的受力分析
一、 选题
在前面的presentation部分，我与张玉青同学合作完成了上海东海大桥的建模，在此次的实例分析中，我参考了《ANSYS土木工程实例应用》中的悬索桥部分，并在建模的基础上对其进行受力分析和施工过程中跨中挠度变化情况的分析。
二、 实例
1. 问题的描述
l 材料性能
悬索和吊杆：E=2.5e11,μ=0.1,ρɡ=1e4
梁：E=3.0e11,μ=0.1,ρɡ=1e4
l 截面尺寸
悬索：A=1
吊杆：A=0.02
梁：A=0.5，H=1，I=1/24
l 几何参数：桥长400m，双索塔，自桥面算起塔高20m。全桥模型成对称分布。两塔之间跨度为200m，左右塔距岸边各100m。悬索间距为10m。
l 初始条件：悬索和吊杆初应变为ε=1e-5。
l 边界条件：悬索两端铰支，大梁布置成简支结构。
以上都统一采用国际单位制。
2. 悬索桥结构的建模
把悬索体系的主要承重结构模拟为由铰链环组成的在节点上加荷载的悬挂索链。这种模型不但能很好地表现实际节点索链的性质，还能表现由金属丝。股或索组成的缆的性质，由于它不具有抗弯的能力，所以用LINK180单元模拟是非常好的，计算的精度和索长度的选取有很大的关系，同时要考虑索的应力变化问题。
当给索缆装配加劲梁时，由于加劲梁还只是外荷载，不参与结构受力，所以可以将缆索结构当成是受集中荷载的体系。荷载按照实际的情况阶段施加。
当桥建成之后，可以将缆索和加劲梁当做一个整体来分析，在条件允许的情况下可以一次性施加活载在桥上来模拟其受力分析。
三、 建模过程及分析过程
1. 设置单元及材料参数
Ø 定义单元类型
Ø 定义材料属性
Ø 实常数
Ø 定义截面
2. 建模
Ø 生成区段模型
主缆单元类型为1号，材料类型为1，截面实常数R1；悬索单元类型为1号，实常数为 2，桥面主梁单元类型为2号，材料类型为2号，截面实常数为1。
Ø 定义局部坐标
在X=100处生成局部坐标系，新的坐标系代号必须大于10，再将局部坐标系设为当前坐标系，以当前坐标系的YZ面为对称面，镜像生成另一区段模型。再返回到全局笛卡尔坐标（CSYS=0），再将当前所有模型相对YZ面为镜像生成另一半模型。
再设定当前材料及单元为索塔属性，生成索塔。
悬索桥各部分及整体效果图如下图所示

图1 主缆细部

图2 悬索细部

图3 桥面主梁细部

图4 索塔细部

图5 整体模型

图6 全桥建模完成
2. 找形分析
Ø 设定边界条件
Ø 约束两索塔以及模型左右梁端点的UX,UY自由度，并约束模型正中对称点的UX自由度。然后约束模型的UZ自由度。
Ø 施加重力荷载
Ø 杀死单元
Ø 杀死除主缆以外的其他单元，以便为其找形。
在严格执行上述命令之后，由于单元约束出现问题，在经过几天的找错之后仍然没能将约束问题解决清楚。因此，找形失败。
3. 悬索桥施工模拟
桥梁科分为十步施工，为清楚表现施工时梁的应力，截取其手里图的一部分进行展示。

总结：
建模过程比较简单，后期找形分析与桥的受力分析由于不熟悉悬索桥受力特性而出现很多问题，在咨询了很多老师与铜须而后仍然没得出满意结果，在今后的学习中要加强理论知识的学习。
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