ANSYS仿真分析作业解析.docx
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ANSYS仿真分析作业解析.docx
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ANSYS仿真分析作业解析
桥梁结构仿真分析
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学号:
指导教师:
一、下承式钢管混凝土拱桥,跨径90m。
主梁截面布置如下图所示,C50混凝土,吊杆为54根直径7mm钢丝;钢管混凝土拱圈截面如图所示,直径1m、壁厚14mm、内填C50混凝土。
吊杆下设置壁厚40cm的混凝土横梁。
设计荷载公路I级,4车道。
按照杆系结构计算结构在移动荷载作用下的弯矩和剪力包络图。
立面布置(单位:
m)拱圈截面布置
主梁截面布置(单位:
cm)
1、计算模型
1)采用单梁模型;
2)拱圈采用共节点分离模型,单拱轴,钢管、拱轴混凝土和吊杆弹性模量取2倍的各自模量,面积不变;
3)吊杆不考虑初应变。
输出荷载影响矩阵,然后使用MATLAB求解弯矩和剪力包络图(纵桥向最不利加载)。
2、计算结果
图1-1主梁弯矩包络图
图1-2主梁剪力包络图
3、ANSYS命令流
FINISH
/CLEAR
/TITLE,Concrete-FilledTubeArchBridge
/PREP7
ET,1,82!
辅助单元类型
CYL4,0.5,0.5,0.5,,0.486!
建立一个环面
SMRTSIZE,5!
网格划分
AMESH,ALL
SECWRITE,STEEL_TUBE,SECT,,1!
截面存盘(文件名:
STEEL_TUBE;文件拓展名:
SECT;单元类型属性:
1)
SECTYPE,1,BEAM,MESH,!
截面类型和ID定义
SECOFFSET,CENT,,,!
截面偏移,CENT偏移到质心
SECREAD,'STEEL_TUBE','SECT',,MESH!
读入截面
ASEL,ALL!
选择所有面
ACLEAR,ALL
ADELE,ALL,,,1!
将图形及面、线、点全部删除(只保留截面文件)
CYL4,0.5,0.5,0.486!
建立一个圆面
SMRTSIZE,5
AMESH,ALL
SECWRITE,CONCRETE,SECT,,1
SECTYPE,2,BEAM,MESH,
SECOFFSET,CENT,,,
SECREAD,'CONCRETE','SECT',,MESH
ASEL,ALL
ACLEAR,ALL
ADELE,ALL,,,1
K,1,-9
K,2,-9,-0.2
K,3,-7,-0.5
K,4,-6.5,-1.8
K,5,-5,-1.8
K,6,-4.5,-0.5
K,7,-4,-0.25
K,8,4,-0.25
K,9,4.5,-0.25
K,10,5,-1.8
K,11,6.5,-1.8
K,12,7,-0.5
K,13,9,-0.2
K,14,9
A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14
SMRTSIZE,5
AMESH,ALL
SECWRITE,ZL,SECT,,1
SECTYPE,3,BEAM,MESH,
SECOFFSET,CENT,,,
SECREAD,'ZL','SECT',,MESH
ASEL,ALL
ACLEAR,ALL
ADELE,ALL,,,1
ET,1,BEAM44!
钢管材料特性
MP,EX,1,2.1E11*2!
弹性模量,单位:
Pa
MP,DENS,1,7800!
密度,单位:
kg/立方米
MP,PRXY,1,0.3!
泊松比
ET,2,BEAM44!
拱轴混凝土材料特性
MP,EX,2,3.45E10*2
MP,DENS,2,2600
MP,PRXY,2,0.1667
ET,3,BEAM44!
主梁混凝土材料特性
MP,EX,3,3.45E10
MP,DENS,3,2600
MP,PRXY,3,0.1667
ET,4,LINK10!
吊杆材料特性(平行钢丝束)
MP,EX,4,1.95E11*2
MP,DENS,4,7800
MP,PRXY,4,0.3
KEYOPT,4,3,0!
选择参数设定,只受拉吊杆
!
*****建立有限元模型*****
!
*****定义拱轴线*****
*DIM,x,ARRAY,179!
将顺桥向距离定义为数组
*DIM,y,ARRAY,179!
将拱轴高度定义为数组
f1=16!
矢高
L=90!
跨径
*DO,i,1,179,1
x(i)=0.5*i
y(i)=64/90*x(i)-64/90/90*x(i)*x(i)
*enddo
!
*****建立主拱圈*****
*DIM,GZ_NUM,ARRAY,181!
拱轴节点号数组
GZ_NUM
(1)=1001
*DO,i,2,181,1
GZ_NUM(i)=GZ_NUM(i-1)+1
*ENDDO
N,GZ_NUM
(1),0,0,0!
建立拱轴节点
N,GZ_NUM(181),90,0,0
*DO,i,2,180,1
N,GZ_NUM(i),x(i-1),y(i-1),0
*ENDDO
N,90000,0,16,0!
拱轴参考节点
TYPE,1!
单元类型编号
MAT,1!
材料类型编号
R,1
SECNUM,1!
截面编号
*DO,i,1,180,1!
生成拱轴单元(钢管)
E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000
*ENDDO
CM,ZG_STEEL,ELEM
ESEL,NONE
TYPE,2
MAT,2
R,2
SECNUM,2
*DO,i,1,180,1!
生成拱轴单元(混凝土)
E,GZ_NUM(i),GZ_NUM(i+1),90000
*ENDDO
CM,ZG_CONCRETE,ELEM
ESEL,NONE
!
*****建立主梁*****
*DIM,ZL_NUM,ARRAY,179!
主梁节点号数组
ZL_NUM
(1)=2002
*DO,i,2,179,1
ZL_NUM(i)=ZL_NUM(i-1)+1
*ENDDO
*DO,i,1,179,1
N,ZL_NUM(i),x(i),0,0
*ENDDO
TYPE,3
MAT,3
R,3!
定义实常数特性
REAL,3!
赋予实常数特性
SECNUM,3
E,1001,2002,90000!
生成主梁单元
*DO,i,1,178,1
E,ZL_NUM(i),ZL_NUM(i+1),90000!
注意一定要添加这个截面方位参考点,要不然截面方向不对
*ENDDO
E,2180,1181,90000
CM,ZL,ELEM
ESEL,NONE
!
*****定义吊杆参数*****(每根吊杆采用54根7mm钢丝)
DG_AREA=54*3.1415926*0.25*0.007*0.007!
吊杆面积
TYPE,4
mat,4
R,4,DG_AREA!
定义吊杆实常数
REAL,4
*DO,i,1,17,1
E,1000+i*10+1,2000+i*10+1
*ENDDO
CM,DG,ELEM
ESEL,NONE
ALLSEL
!
*****施加约束*****
D,1001,UX
D,1001,UY
D,1001,UZ
D,1001,ROTX
D,1181,UY
D,1181,UZ
/ESHAPE,1$EPLOT!
显示几何模型
!
运行以上程序,有:
!
主梁单元编号:
361-540
!
钢管:
1-180
!
混凝土:
181-360
!
吊杆单元编号:
541-557
!
对桥梁桥面各节点逐点加载
!
在181个节点进行单位荷载加载,共181个荷载步
/SOLU
ANTYPE,0!
定义分析类型:
静力分析
ACEL,0,0,0
TIME,1
FDELE,ALL,ALL
F,1001,FY,-1000
SOLVE
K=2
*DO,I,2,180,1
TIME,K
FDELE,ALL,ALL
F,2000+I,FY,-1000
SOLVE
K=K+1
*ENDDO
TIME,181
FDELE,ALL,ALL
F,1181,FY,-1000
SOLVE
*DIM,ZL_MZ,ARRAY,181,181!
180个单元;181个荷载步
*DIM,GZS_MZ,ARRAY,181,181
*DIM,GZC_MZ,ARRAY,181,181
*DIM,GZ_MZ,ARRAY,181,181
*DIM,ZL_QYI,ARRAY,180,181
*DIM,ZL_QYJ,ARRAY,180,181
*DIM,GZS_QYI,ARRAY,180,181
*DIM,GZS_QYJ,ARRAY,180,181
*DIM,GZC_QYI,ARRAY,180,181
*DIM,GZC_QYJ,ARRAY,180,181
*DIM,GZ_QYI,ARRAY,180,181
*DIM,GZ_QYJ,ARRAY,180,181
*DIM,ZLMZ_MAX,ARRAY,181!
内力存储矩阵
*DIM,ZLMZ_MIN,ARRAY,181
*DIM,GZMZ_MAX,ARRAY,181
*DIM,GZMZ_MIN,ARRAY,181
*DIM,ZLQYI_MAX,ARRAY,180
*DIM,ZLQYI_MIN,ARRAY,180
*DIM,GZQYI_MAX,ARRAY,180
*DIM,GZQYI_MIN,ARRAY,180
*DIM,ZLQYJ_MAX,ARRAY,180
*DIM,ZLQYJ_MIN,ARRAY,180
*DIM,GZQYJ_MAX,ARRAY,180
*DIM,GZQYJ_MIN,ARRAY,180
!
*****获取弯矩、剪力影响矩阵*****
*DO,I,1,181,1
/POST1
SET,I!
读取第I荷载步的数据
*DO,J,1,180,1
*GET,ZL_MZ(J,I),ELEM,360+J,SMISC,5!
荷载值按I,J端分别存储
*GET,GZS_MZ(J,I),ELEM,J,SMISC,5
*GET,GZC_MZ(J,I),ELEM,180+J,SMISC,5
*GET,ZL_QYI(J,I),ELEM,360+J,SMISC,3
*GET,ZL_QYJ(J,I),ELEM,360+J,SMISC,9
*GET,GZS_QYI(J,I),ELEM,J,SMISC,3
*GET,GZS_QYJ(J,I),ELEM,J,SMISC,9
*GET,GZC_QYI(J,I),ELEM,180+J,SMISC,3
*GET,GZC_QYJ(J,I),ELEM,180+J,SMISC,9
GZ_MZ(J,I)=GZS_MZ(J,I)+GZC_MZ(J,I)
GZ_QYI(J,I)=GZS_QYI(J,I)+GZC_QYI(J,I)
GZ_QYJ(J,I)=GZS_QYJ(J,I)+GZC_QYJ(J,I)
*ENDDO
*GET,ZL_MZ(181,I),ELEM,540,SMISC,11
*GET,GZS_MZ(181,I),ELEM,180,SMISC,11
*GET,GZC_MZ(181,I),ELEM,360,SMISC,11
GZ_MZ(181,I)=GZS_MZ(181,I)+GZC_MZ(181,I)
*ENDDO
!
*公路I级汽车活载影响线加载效应计算
!
*车道布置:
横向四车道,横向折减系数为0.67;跨径小于150m,不需要考虑纵向折减*
!
*荷载标准值:
PK=360kN,qK=10.5kN/m
!
*不考虑冲击系数
NN=4
PK=360
QK=10.5
!
*****弯
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