基于ANSYS鋼桁架橋的靜動力分析

--總結(jié)資料-基于ANSYS鋼桁架橋的靜動力分析黎波含華北科技學(xué)院摘要：本文采用ANSYS分析程序，對下承式鋼桁架橋進(jìn)行了空間有限元建模;對桁架橋進(jìn)行了靜力分析和動力分析（模態(tài)分析），作出了桁架橋在靜載下的結(jié)構(gòu)變形圖、位移云圖、以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)力圖（軸力圖、彎矩圖、剪切力圖），找出了結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)截面，在對桁架橋進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，主要繪制出了桁架橋的八階模態(tài)振型圖，得出一些結(jié)論，這些都為橋梁的設(shè)計(jì)、維護(hù)、檢測提供了一些技術(shù)參數(shù)。關(guān)鍵詞：ANSYS；鋼桁架橋；模態(tài)分析；動力特性引言：隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，橋梁興建的規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，尤其是現(xiàn)代鐵路行業(yè)的快速發(fā)展更加促進(jìn)了鐵路橋梁的建設(shè)，一些新建的高速鐵路橋梁可以達(dá)到四線甚至是六線，由于橋面和橋身的材料不同導(dǎo)致其受力情況變得復(fù)雜，這就需要橋梁需要有足夠的承載力，足夠的豎向側(cè)向和扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)還應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性以及較高的減震降噪性，因此對其進(jìn)行靜動力學(xué)分析了解其受力特性具有重要的意義?；诖宋闹袑δ诚鲁惺戒撹炝簶蜻M(jìn)行了靜動力學(xué)分析，初步得到了該橋的一些靜動力學(xué)結(jié)果該結(jié)果對橋梁的設(shè)計(jì)、維護(hù)、檢測具有一定的指導(dǎo)意義。1工程簡介某一下承式簡支鋼桁架橋橋長72米，每個(gè)節(jié)段12米，橋?qū)?0米，高16米。橋面板為0.3米厚的混凝土板，桁架橋的桿件均使用

的是工字型截面但型號有所不同，鋼橋的形式見圖1，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖2圖1圖2剛桁架橋簡圖所用的桁架桿件有三種規(guī)格，見表1表1鋼桁架桿件規(guī)格桿件截面號形狀規(guī)格端斜桿1工字形400X400X16X16上下弦2工字形400X400X12X12橫向連接梁3工字形400X400X12X12其他腹桿4工字形400X300X12X12所用的材料屬性見表2表2材料屬性參數(shù)鋼材混凝土彈性模量EX3.5X,1產(chǎn)泊松比PRXY0.30.1667密度DENS7850225002模型構(gòu)建將下承式鋼桁梁橋的各部分桿件，包括上弦桿、下弦桿、腹桿、橫梁均采用BEAM188單元，此空間梁單元既可以考慮所模擬桿件的軸向變形，又可以考慮所模桿件在兩個(gè)平面的彎曲及繞桿件自身軸的扭轉(zhuǎn)；鋼橋面板采用SHELL181,該空間板單元可以考慮在荷載作用下橋面板所產(chǎn)生的各種應(yīng)力;定義了兩套材料屬性，橋面為混凝土，各類桿件為鋼材，其對應(yīng)的參數(shù)如表2所示；根據(jù)表1中的桿件規(guī)格定義了三種梁單元截面，根據(jù)表1分別定義在相應(yīng)的梁上；建模時(shí)直接建立節(jié)點(diǎn)和單元，在后續(xù)按照先建節(jié)點(diǎn)在建桿最后建橋面板的次序一次建模。構(gòu)建的桁架橋有限元分析模型如圖3所示。邊界條件為在梁的支座處即節(jié)點(diǎn)24、25施加xyz三個(gè)方向的位移約束；在節(jié)點(diǎn)13、14處施加yz兩個(gè)方向的約束；在梁中間兩點(diǎn)處即1、2節(jié)點(diǎn)處施加集中載荷；最后對全局施加重力。BridgeicAnal■了3BridgeicAnal■了3一AN5YSKij.aMAY31201617:36:0^PLOTDIO.1圖3桁架橋有限分析模型3求解分析（1）靜力分析：從桁架橋總位移云圖圖4中可以看到在集中力作用下橋面位移量中間處最大一次向兩側(cè)減小，可知橋的中央處變形最大，為危險(xiǎn)的地方；從軸力圖圖5中可以看出兩邊靠近支座處四根豎直和四根斜腹桿所受軸力大，其上下弦桿和端斜桿的軸力比較小，所以在靜載狀態(tài)下，可以看出兩邊靠近支座處四根豎直和四根斜腹桿容易產(chǎn)生疲勞破壞，在對該桁架橋進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)此處也是重點(diǎn)校核對象；從彎矩圖圖7中可以看到其上下橫向連接梁具有一定的彎矩值，說明在外力的作用下桁架出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)與其在靜載時(shí)的狀態(tài)有一定的聯(lián)系；從圖6和圖7中可以發(fā)現(xiàn)桁架桿系結(jié)構(gòu)中桿件的剪力和彎矩相對軸力來說都很小，說以在靜載條件下，桁架橋主要受軸力的影響。BDCAL3C3LUTICLTPLOTQ.011241,022432bffiT312015L6:E3:53ANSYSR15.CJ,UU562BDCAL3C3LUTICLTPLOTQ.011241,022432bffiT312015L6:E3:53ANSYSR15.CJ,UU562Tru.&sErldt駁MtaLic：Analyse.033723 ⑸4雙,028102 r039343 .QFEF田4STEFFISUE=1TIHE>1□SUM （月的】PSYS-0DM?：-.050584SMK-.050564圖4桁架橋在集中應(yīng)下的總位移云圖圖5軸力圖圖7彎矩圖(2)動力分析：本文采用ANSYS有限元軟件對下承式鋼桁架橋進(jìn)行圖6剪力圖了模態(tài)分析，即對其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性進(jìn)行了分析，得出了結(jié)構(gòu)的振型見圖8和固有頻率見表3，這些參數(shù)都為結(jié)構(gòu)在承受動載荷作用下的重要參數(shù)?？梢钥闯鲣撹旒軜虻闹饕駝有问接校鸿旒苌喜康臄[動、彎曲，橋面的扭轉(zhuǎn)、波動起伏。①從表3可以知道前七階模態(tài)中均未產(chǎn)生明顯的扭轉(zhuǎn)，說明桁架橋的抗扭強(qiáng)度高；②前三階比較重要的模態(tài)中發(fā)現(xiàn)橋面均未產(chǎn)生明顯的振動，說明主要振動表現(xiàn)為桁架上部分的振動，說明動力特性主要依靠上部分桁架，也說明桁架橋面穩(wěn)定性好，抗振能力強(qiáng)；③隨著階數(shù)的提高，從四階以后橋面發(fā)生了上下起伏、波動、扭轉(zhuǎn)等一系列的振型并且上部結(jié)構(gòu)的振動與橋面的振動基本是同步的，這說明四階以后的桁架橋的振動特性主要由橋面振動主導(dǎo)；④從三階振型圖可以看出橋體發(fā)生了橫向的彎曲，從四階振型圖可以看出橋體發(fā)生豎直方向的彎曲擺動，這說明該桁架橋的橫向剛度不如豎向剛度好。表3桁架橋前八階振動特性計(jì)算結(jié)果階數(shù)自振頻率振型特征10.90249桁架上部水平方向前后擺動21.4386桁架上部水平方向反對稱前后擺動32.0860桁架上部水平對稱彎曲擺動42.6104豎直方向上整體起伏擺動52.8782桁架部分左右擺動橋面波動起伏62.8792桁架部分反對稱左右擺動橋面波動起伏72.9969豎直方向上呈左右對稱式波

動起伏2.9973 桁架反對稱式左右擺動加扭轉(zhuǎn)橋面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)第一階BODPlLSCWTICblSTE^lSCIB=2FREQ=1,4及百□SUM檔次］RSYST□MX-.0(X7872SMX=.0(T7S72ANSYSKlj.UMAY312016LS:D7:59PLOTNO.10 .001749 .00349U .005248 .0069%,375E-03 ,002624 ,00-3375 .006123 .007872TrussBridgeStati.cAnalyse第二階PICDKL順口T3STEE^lSUB=3EREQ-2.03602□SUM 僅VGjRSYS-?！鮉X-.0067^)1SMK=.006791ANSY5R150MftY512Qie18:06:20PLOTNO,L.001509.755E-0BTrussBridffestaticAnalyse.002264h00301& +0Q4527 .006037.003773 .0Q5282 .006791第三階tWALSQLCJTICNSTEFFISrjp=4FREQ=2.eiO41□SUM gVG)RSYS=0□MX-.001839SMX-.001839ANSY5R15.0MAY31201^18:05:57PLOTNO,11409E-03 H&L7E-03.2C^E-03 .613E-03 .Oul022.00122^ hOu1635.00143 .001B39TrussBridgestaticArialyse第四階ANSY5R150MAY512016ANSY5R150MAY512016L8:Q5:3ePLOTNO,1go0 .767E-0S- .1S-3E-04 .S30E-04 .307E-04.3e4E-05 .115E-D4 .192E-04 .269E-Q4 .345E-041ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=5EREQ-2.87822□SUM 但VG)RSYS-?！鮉X-.M5E-D4SMa=.3^5E-04trjss61:1(1步staticAnalyse第五階ANSYSKlh.OANSYSKlh.OMAY312016L8：Q5：iePLOTNO.1STEFFISUE=6ET1EO2.87916MAY312016L8：Q5：iePLOTNO.1RSYS=0□(-K=.336E-D4SMa=.336E-D4.746E-05 .149E-04 .224E-04 .293E-04.373E-05 .11ZE-04 .1&7E-04 .261E-04 .336E-04Tru55Bri.dgeStati.cAnalyseTru55Bri.dgeStati.cAnalyse第六階

ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=7EREQ-2.99G94□SUM 但VG)RSYS-ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=7EREQ-2.99G94□SUM 但VG)RSYS-?！鮉X-.478E-D4SMa=.^7SE-04ANSY5R150MAY512016L8:Q4:55PLOTNO,1.5B1E-U5 .159E-C4 .265E-04 .372E-C4 .^SE-OaTrussBricbestaticAnalyse第七階LWftLSCILTTKIJSTEFFISfJF=3ERECT.99f727□SJUMPSYS-0□Ma=.488E-D4AN5YSR15.0HRY31AN5YSR15.0HRY31SOUlS:04:27FLCTHO,1第八階

圖8前八階模態(tài)振型云圖4結(jié)語采用有限元分析方法，利用ANSYS有限元軟件進(jìn)行了下沉式鋼桁架梁進(jìn)行了靜力分析和動力分析得出了靜載下總體位移情況，受力特點(diǎn)及其振型和自振頻率，根據(jù)靜力分析得到的結(jié)果為橋梁的設(shè)計(jì)、維護(hù)、檢測提供技術(shù)參數(shù)，根據(jù)動力特性分析的結(jié)果可以比較好的了解橋梁的振動特性，以便更好的