斜拉桥拉索初应变讲解.docx

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斜拉桥拉索初应变讲解

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称一力学软件应丿题目考虑初始预

应变的无背索斜

拉桥自重状态下的变形及应力分析

院系土木工程

班级工力门1

学生姓名

指导教师

日期2021年09月1

河南科技大学课程设计说明书

第一章选题背景1

无背索斜拉桥介绍及意义1

1・2课程设计内容和要求1

1・3建模目的及意义4

第二章建模与求解5

21建模步骤5

2.2划分网格10

23设置约束10

24加载并求解11

第三章结果分析13

3.1自重下该桥梁变形13

3.2自重下该桥梁应变14

第四章结论与总结15

第一章选题背景

1・1无背索斜拉桥介绍及意义

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由

承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。

其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了

结构重量，节省了材料。

斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。

中国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200米。

20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验根底上，1991年建成了上海南浦大桥

〔主跨为423米的结合梁斜拉桥〕，开创了中国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。

我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。

1・2课程设计内容和要求

设计内容：

利用ANSYS有限元分析软件对给定无背索斜拉桥进行应力和变形分析o

技术条件：

无背索斜拉桥尺寸及计算参数见附件。

要求：

建立有限元模型，简述建模过程主要方法，列出矢键数据列表；计算在给定的约束条

件下各数据点对应的位移和应力图，并对计算结果做出分析说明。

问题介绍如下：

无背索斜拉桥的尺寸及计算参数

如下图无背索斜拉桥梁模型，利用这一模型完成指定结构分析。

桥面

70m

30m

59m

26m

30m

图2正视图

16x6m

斜塔梁n

斜塔

桥面

桥墩

30m

图3侧视图

59

m

26

m

2x4

8m

图4桥面梁分布

30m

某无背索斜拉桥，斜塔与桥面成60度角，桥面两侧各有8根拉索，拉索连接桥面纵向主梁和斜塔，如图2所示，从左至右第一根拉索连接点分别为距离左侧桥墩12m处，斜塔〔十等分〕从上至下第一个等分点，依次类推，拉索在桥面间隔6m，在斜塔间隔十等分长度。

桥墩底部固支。

各结构部件尺寸及材料参数如下表所示:

结构部件

B（m）

H（m）

E（Mpa）

（kg/m3）

拉索

0.1

0.1

2.05X105

7800

0.3

桥墩

4.5

4.5

3.55X104

2680

0.25

斜塔

5

3.6

3.51X104

2670

0.25

斜塔梁

3

1.5

3.63X104

2710

0.25

桥面横梁

2.6

1

3.51X104

2670

0.25

纵向主梁

4

6

3.95X104

2800

0.25

z

H

•

I»

图5梁截面示意图

试分析考虑初始预应变时，自重影响下这一结构的变形和应力情况

1.3建模目的及意义

a）•稳固和加深对应用软件根底课程根本知识的理解和掌握；

b）•从计算机软件・工程应用几个方面进一步理解有限元方法的实质；

c）•掌握有限元分析的工具，并具备初步处理工程问题的能力；

d）•提供一个自主建模分析的优良环境，以培养综合素质和创新能力。

第二章建模与求解

/units,si

/VIEW,0,-1,1,1

/prep7

2.定义单元类型

ET,1,BEAM4

ET,2丄INK10

KEYOPT,2,3,0

R,1,20.25,34.17,34.17,4.5,4.5,$RMORE„57.69,

2.1建模步骤

1•设置分析作业名和标题

FINISH!

/clear,nostart!

no

start

/FILNAME,xielaqiao

3.定义实常数〔设置单元厚度〕

结束前面的命令

新的ansys不重新读入给

文件命名

设置为国际单位制

设定视角

进入前处理

主塔、横梁、主梁采用beam4单元

拉索采用linkIO单元

拉索只受拉，且松弛的索沿纵、垂向

都具有一定的刚度

桥墩斜塔斜

R,2,18.00,37.50,19.44,3.6,5,$RMORE,,43.53,,,,塔梁

R,3,4.50,3.38,0.84,1.5,3,$RMORE,,2.32,,,,主梁横梁主梁

R,4,2.60,1.46,0.22,1,2.6,$RMORE,,0.66,,,,纵梁

R,5,24.00,32.00,72.00,6,4,$RMORE5,75.20,,,,表

斜拉索拉力〔KN

拉索面积〔m〕

弹性模量〔MPa

拉索初应变

700

0.01

2.05E+5

r0.000341463:

650

0.01

2.05E+5

0.000317073

600

0.01

2.05E+5

0.000292683

550

0.01

2.05E+5

「0.000268293「

500

0.01

2.05E+5

0.000243902

450

0.01

2.05E+5

0.000219512

400

0.01

2.05E+5

0.000195122

350

0.01

2.05E+5

0.000170732

拉索初面积与应变

拉索初面积与应变

由于没有拉索索力确实切数值，因此参考类似跨径斜拉桥虚拟一组拉索索力，从而计算出不同拉索的初应变，并施加到桥梁上

R,101,0.01,0.000341463!

R,102,0.01,0.000317073

R,103,0.01,0.000292683

R,104,0.01,0.000268293

R,105,0.01,0.000243902

R,106,0.01,0.000219512

R,107,0.01,0.000195122

R,108,0.01,0.000170732

4.定义材料力学参数

UIMP,1,EX,DENS,PRXY,2.05E+11,7800,0.3

UIMP,2,EX,DENS,PRXY,3.55E+10,2680,0.25

UIMP,3,EX,DENS,PRXY,3.51E+10,2670,0.25

UIMP,4,EX,DENS,PRXY,3.63E+10,2710,0.25

UIMP,5,EX,DENS,PRXY,3.51E+10,2670,0.25

UIMP,6,EX,DENS,PRXY,3.95E+10,2800,0.25

5.创立几何模型和单元模型

（1）创立尖键点

K,1,0,0,0!

K,17,96,0,0

kfill,1,17!

K,18,100,0,0

K,19,104,0,0

K,20,110,0,0

K,21,116,0,0

K,22,122,0,0

拉索面积和初应变

拉索

桥墩

斜塔

斜塔梁桥面横梁纵向主梁

主梁纵梁

在尖键点之间插入新的点

K,23,130,0,0

K,24,105,8.6600,0

K,25,108,13.856,0

K,32,129,50.228,0kfill,25,32

K,33,132,55.424,0

K,34,30,-26,0

K,35,100,-26,0kgen,2,1,35,1,„30

键点复制2次，沿Z方向移动30

（2）创立几何模型

*DO,I,1,22

L,1,1+1

*ENDDO

*DO,1,36,57

L,l,l+1

*ENDDO

*DO,I,1,23

L,l,l+35

*ENDDO

L,34,6

L,35,18

L,69,41

L,70,53

L,18,24

*DO,I,24,32

L,l,l+1

*ENDDO

斜塔梁

在尖键点之间插入新的点

桥墩底部尖键点

尖键点复制，1到35号尖

纵向主梁

桥面横梁

桥墩

L,53,59

★DO」,59,67

L.I.I+1

*ENDDO

斜塔梁

拉索

L,32,67

90,1,8,15

L,l,・l+40

*ENDDO

★DO,1,43,50

L,1,-1+110

*DO,1,1,44,1

主梁纵梁

lsel,s„j

LATT,6,5,1lesize,all,,,2*ENDDOlsel,all

*D0,1,45,6乙1

lsel,s„j

LATT,5,4,1lesize,all,,,10*ENDDOlsel,all

*DOJ568,71,1

lsel,s,,,i

LATT,2,1,1lesize,all,,,5*ENDDOlsel,all

*DOJ,72,91,1!

斜塔桥墩

lsel,s,,,i

LATT,3,2,1

lesize,all,,,2

*ENDDO

主梁横梁

lsel,all

LSEL,S,„92

LATT,4,3,1

lesize,all,,,10

lsel,all

90,1,93,100,1

lsel,s,,,i

LATT,15i+8,2

斜塔梁

拉索

*ENDDO

*DOJ,101,108,2

LSEL,S,,,I

LATT,1,i,1

*ENDDO

ALLSEL

合并节点

NUMMRG,KP

2.2划分网格

ALLSEL

指定线网格尺寸

对线划分网格

LESIZE,ALL,„1

LMESH,ALL

2.3设置约束

（1）桥墩底部固结

D,298,ALL,ALL

D,303,ALL,ALL

D,308,ALL,ALL

D,313,ALL,ALL

（2）对主梁施加约束

90,1,91,99,1

D,i,UX

D,i,UY

*ENDDO

D,1,UX

D,1,UY

D,46,UX

D,46,UY

自重

保存

对斜拉桥主梁一侧竖向和纵向进行约束。

*DOJ,289,297,1

D,i,UY

*ENDDO

D,44,UY

D,89,UY

ALLSEL

ACEL„9.81

SAVE

图2-2单元模型边界条件

24加载并求解

ANSYS软件提供了结构静态分析的方法：

在已有模型的根底上设定静力分析的控制选项，从而得到模型的静力分析结果。

/solu

antype,0

指定荷载步中所需要的子步数

考虑预应力效应

忽略大变形效应

NSUBST,10,20,10

PSTRES,1

NLGEOM,off

NROPT,AUTO„

EQSLV,Front,1e-004,0,

波前法求解器P214

KBC,0

solve

save

finish

指定NEWTON-RAPHS选项

指定方程求解器，此处为直接

梧定荷载为涕增

第三章结果分析

3.1自重下该桥梁变形

该斜拉桥在考虑自重及初应变的情况下的变形情况如图3・1所示:

图3・1自重作用下变形图

图3・1自重作用下变形云图

3.2自重下该桥梁应变

3-1所示:

ANSYS

R15,0

STKP-1

PCTH=10

■EI&£E=1

SXfcT【JIVGj

rwc・T135IS找临=,154E*QE

第四章结论与总结

本次课程设计对考虑初始预应变的无背索斜拉桥自重状态下的变形及应力进行了研究，利用ANSY歎件建立了考虑初始预应变的无背索斜拉桥有限元模型，得到在自重和初始预应变作用下无背索斜拉桥变形及应力。

通过此次Ansys课程设计理解了有限元方法分析的实质，进一步熟悉并掌握了建模过程，网格划分，边界条件约束，静力分析等操作。

具备了处理根本工程问题的能力，自主思考和动手操作能力得到了大幅度提升。

主要参考文献

1•?

有限元法根底及ANSYS应用?

，黄国权，机械工业出版社

2ANSYS.12.0-结构分析工程应用实例解析?

，张朝晖，机械工业出版社

3.ANSYS13.C机械与结构有限元分析从入门到精通?

，胡仁喜，机械工业出版社