鋼管混凝土系桿拱橋施工仿真的探討

1、鋼管混凝土系桿拱橋施工仿真的探討摘要：以鋼管混凝土系桿拱橋?yàn)榉治鰧?duì)象，探討有限元軟件對(duì)其施工過(guò)程的仿真。針對(duì)不同軟件的特點(diǎn)，討論各仿真方法的重點(diǎn)及難點(diǎn)。為更好的利用有限元對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工開拓思路。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土系桿拱橋有限元施工仿真設(shè)計(jì)和施工abstract:withsteeltubeconcretearcbridgeisanalyzedforsubjects,thispaperdiscussesthefiniteelementsoftwareontheconstructionprocessofthesimulation.accordingtothecharacteristicsofd

2、ifferentsoftware,discussesthekeypointsanddifficultiesofthesimulationmethod.forbetteruseoffiniteelementanalysisofbridgeforthedesignandconstructiondevelopmenttrainofthought.keywords:steeltubeconcretearcbridgeconstructionfiniteelementsimulationdesignandconstruction中圖分類號(hào)：tu74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1.概述鋼管混凝土系桿拱橋是橋梁

3、發(fā)展的較新技術(shù)，具有跨越能力大，通航能力高，造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)發(fā)展迅速。此類橋施工工序多，結(jié)構(gòu)體系隨施工不斷變化，它的施工問(wèn)題也日益受到重視。同時(shí)隨著橋梁建設(shè)數(shù)量增加、新形式、更大跨徑等新問(wèn)題對(duì)橋梁施工控制也提出了更高的要求。施工仿真計(jì)算是施工控制的基礎(chǔ)，能在橋梁建設(shè)之前提供的各施工階段的控制的目標(biāo)，為橋梁實(shí)際施工中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控提供服務(wù)。橋梁施工控制是對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變及穩(wěn)定性提供的監(jiān)控，為結(jié)構(gòu)在各階段的施工中處于最優(yōu)狀態(tài)，保證施工過(guò)程安全和成橋狀態(tài)的內(nèi)力和線形符合規(guī)范，滿足設(shè)計(jì)要求提供保障。2.有限元仿真應(yīng)用當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的橋梁仿真軟件有ansys、midascivil和橋梁博士

4、等。軟件研發(fā)時(shí)都是針對(duì)不同的使用環(huán)境，如何利用軟件特點(diǎn)做好仿真，是仿真技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。各施工階段考慮的主要因素決定仿真模型的精確程度，對(duì)同一個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)不同，分析方法和采用的模型也往往不相同。所以在保證計(jì)算精度的前提下，結(jié)合具體工況將復(fù)雜模型合理簡(jiǎn)化，即要保證結(jié)構(gòu)計(jì)算的速度，又要滿足工程的需要。下面就各有限元軟件特點(diǎn)，采用正裝法分析法對(duì)施工仿真進(jìn)行介紹。2.1有限元軟件ansys的應(yīng)用ansys最早由dr.johnswanson研發(fā)其后不斷改進(jìn)，憑借其強(qiáng)大的功能，得到迅速發(fā)展，稱為世界工程設(shè)計(jì)廣為關(guān)注的大型通用有限元軟件。ansys提供強(qiáng)大的建模功能適應(yīng)各種復(fù)雜的幾何模型。ansys擁有

5、非常強(qiáng)大分析功能，其分析類型包括了靜力分析、特征屈曲分析、模態(tài)分析、顯式動(dòng)力分析等。在橋梁仿真計(jì)算中被用來(lái)模擬精細(xì)部件的力學(xué)特性分析，其精度也被廣泛認(rèn)可。仿真建模時(shí)，主要考慮到對(duì)系桿拱橋整體分析。選用beam188單元,采用“雙單元法”建立拱肋模型。選用link10單元，采用“降溫法”或設(shè)置初應(yīng)變的方法模擬預(yù)應(yīng)力的張拉。選用link8單元，采用降溫法以施加外力的方式模擬吊桿張力調(diào)整。選用combin14單元，應(yīng)用設(shè)置keyopt的方法模擬施工過(guò)程中的支架。選用shell63單元，應(yīng)用設(shè)置厚度的方法模擬橋面板部分。建模時(shí)對(duì)重點(diǎn)部位的細(xì)致模擬，是該軟件的一大特點(diǎn)。仿真施工過(guò)程時(shí)，主要應(yīng)用到ansy

6、s特有的“單元生死”功能來(lái)完成。在施工前將單元全部“殺死”，然后依照施工順序?qū)⑾鄳?yīng)階段的單元“激活”。在將單元“殺死”時(shí)，默認(rèn)的將其結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)矩陣乘子定義為1e-6，該部分結(jié)構(gòu)對(duì)單元?jiǎng)偠染仃嚨呢暙I(xiàn)忽略不計(jì)。應(yīng)用該方法時(shí)，需對(duì)結(jié)果處理器中的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如：需要打開結(jié)構(gòu)的幾何非線性開關(guān)，需選用牛頓-拉夫森求解器。如果不能滿足收斂要求，則需要對(duì)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)，非線性搜索等進(jìn)行設(shè)置，這里就不一一贅述。仿真施工后處理時(shí)，主要應(yīng)用通用后處理器post1。選擇關(guān)心的時(shí)間步驟，結(jié)合定義單元結(jié)果功能，觀察該階段的應(yīng)力應(yīng)變或穩(wěn)定性。后處理時(shí)既可以選擇形象的云圖，也可以選擇精確的列表輸出，圖表并茂使得觀察直觀明了。2.2有限元軟件midascvil的