悬索桥有限元分析.docx
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悬索桥有限元分析
州大学
有限单元法及其应用
:
曾令昕
学号:
201412212596
年级:
2014级
专业:
结构工程
授课老师:
闫富有
导师:
军
桥梁建模信息
1.1桥梁模型基本数据
桥梁等级:
1级
桥梁长度:
420m
桥面宽度:
15.6m
设计车道:
两车道
1.1.1材料特性值(用户定义)
在建立斜拉桥模型之前,先输入材料信息。
(见下表)
拱桥材料信息
编号
项目
弹性模量
(tonf/m2)
泊松比
比重
(tonf/m2)
1
吊杆
2.1X10
0.3
7.85
2
主梁
2.1X10
0.3
7.85
3
拱肋
2.0X10
0.17
2.5
4
加胫梁
2.0X10
0.3
7.85
5
支撑
2.0X10
0.3
7.85
1.1.2截面特性值(用户定义)
见下表。
拱桥截面属性
编号
项目
Area(m2)
lxx(m4)
Iyy(m4)
Izz(m4)
1
吊杆
0.0021
0
0
0
2
主梁
0.3902
0.0070
0.1577
4.7620
3
拱肋
0.1691
0.1540
0.1450
0.1143
4
支撑
0.5395
0.4399
0.1316
3.2667
5
加胫梁
0.5395
0.4399
0.1316
3.2667
1.1.3单元类型和材料属性
建立单元类型
Dtunmy
主梁
橫系梁
拱肋
吊杆
斜支撑和耦向支擇
水干斜支擡
1.1.4边界条件
采用两种边界条件。
支座采用弹性连接,桥面上采用刚性连接。
连接处边界条件
节宜I单云边肆舉件话量I
剛性连檢
边界组宕称
「主节点主节点号:
|—厂从厕性连擄中堀蝶肌屈苛点
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厂皿rRYFRZ
1
—
-
I亠
1.2荷载作用
1.2.1永久作用
自重系数取1。
二期恒载包括桥面上路缘石、防撞护栏、栏杆、灯柱、泄水管、桥面铺装等
人行道荷载设为恒载。
其中二期恒载为18.6KN/M,人行道荷载为6.2KN/M。
1.2.2可变作用
梁模型设为双车道,采用中国城市桥梁荷载(CJJ77-98),车轮间距1.8m,采用公路—I级车道荷载,取值按照JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规》规定选取。
静力荷戦
直静力荷载工況1[•直荷载■J
1压梁羊兀荷载f単元X20
回静力荷戟工珂仝I:
人行50荷载:
「梓卒竿云荷载£羊元.20楼动]荷载分折
色幣云丈I荷载颊羽[CKina3
车進11
车進£J
C-ATi(1EO>i标淮匚一AL:
标淮]
添加荷载分组情况
1.3模型建立
1.3.1单跨拱桥三维模型
在迈达斯软件建模中,输入桥梁基本数据。
可以得出简单的三维单跨拱桥模
型。
如下图所示
单跨拱桥三维模型
消隐后的单跨拱桥3D模型如下:
单跨拱桥消隐模型
1.4静力荷载工况与荷载组合
1.4.1荷载工况
静力荷载工况见下图。
静力荷载工况
1.4.2荷载组合
荷载组合见下图
荷载组合
1.5施加荷载
因桥梁荷载包括结构自重、作用于主梁的二期恒载。
所以对这些荷载。
进行显示分析。
1.5.1单跨拱桥模型荷载
单跨拱桥人行道荷载见下图
单跨拱桥人行道荷载(KN/M)单跨拱桥二期恒载见下图。
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单跨拱桥二期恒载(KN/M)
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O-Q.
1.6边界条件
1.6.1单跨拱桥的边界条件
单跨拱桥支座采用一般连接
单跨拱桥支座米用弹簧连接单跨拱桥桥面采用刚性连接。
单跨拱桥桥面采用刚性连接
在这里悬索桥的建立过程直接参照斜拉桥的建模过程,分为以下几个步骤
-
屛EN
2.1.1查看单跨拱桥的反力
2.2.1单跨拱桥的位移变形
2.1查看单跨拱桥支座反力
2.2由静力荷载工况LCB1产生的位移变形
单跨拱桥位移变形
从图上看去,变行很大,是软件为了显示变形效果采用的夸显示,实际上的
二对单跨拱桥、斜拉桥和悬索桥模型进行数值分析
单跨拱桥反力
旧殆上££师|T2
变形多符合规要求,约70mm
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MidasCivil软件的后期处理中包含力和应力分析功能,力分析分别为桁架单元力,梁单元力和梁单元力图,应力分析分别为桁架单元应力、梁单元应力和梁单元力图。
MidasCivil都以力图或应力图形式表示出来,并提供动画和等值线演示等功能,便于了解各种力的在桥梁部的作用。
力就是桥梁在受到外界因素作用下,如外力,温度改变,使桥梁部各部分或质点的初始状态发生了变化,桥梁部各相邻部分或质点就产生了相互作用力,这个力就是力。
应力是当材料在外力作用下不能产生位移时,它的几何形状和尺寸将发生变化,这种形变就称为应变(Strain)。
材料发生形变时部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力。
把分布力在一点的集度称为应力(Stress),应力与
微面积的乘积即微力。
或桥梁由于外因(受力、湿度变化等)而变形时,在桥梁各部分之间产生相互作用的力,以抵抗这种外因的作用,并力图使桥梁从变形后的位置回复到变形前的位置。
2.3.1单跨拱桥的力和应力分析
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单跨拱桥的梁单元力
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单跨拱桥的梁单元力图
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单跨拱桥梁单元应力图
2.4分析结论
从MidasCivil后期对三座桥梁模型的分析计算可知:
本文所建的单跨拱桥为正型拱桥,外形曲线柔和,吊杆强劲,给人良好的视觉效果。
从力图上可以分析出,拱桥通常为外部静定,部超静定的结构[15],桥面荷载通过桥面横系梁传至主梁,主梁将部分荷载传递至吊杆,再由吊杆传递给拱肋,最后又拱肋将何在传递至拱脚支座。
同时,由于吊杆的作用,拱桥的横系梁轴力呈均匀分布,但会出现节节变大的现象,因此不适合大跨径的桥梁。
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