基于ANSYS的预应力混凝土桁架桥设计_论文

发布于:2021-06-11 10:33:53

总 第 2 3期  5 21 0 2年 第 4 期  交 通 科 技  Tr n p rainS in e & Teh oo y a s o tt   ce c o c n lg   Se i 1N o. 53 ra  2   No 4 Au .   g.2 2 01   基 于 ANS YS的预应 力 混凝 土桁 架桥 设 计  文 昌福  刘 东 旭  ( 国 公 路 工程 咨询 集 团有 限 公 司  武 汉 中 406) 3 0 3  摘  要 结 合 某 预 应 力 混 凝 土 桁 架 桥 的 概 念 设 计 , 于 单 元 刚 度 矩 阵 集 成 和 ANS S有 限 元 数 直  基 Y 模 型 为计 算 方 法 , 析 研 究 该 桥 在 静力 荷载 作 用 下 的响 应 。通 过 分 析 腹 杆 及 弦 杆 的 挠 度 和 应 力 分  分 布 。 究 该 桥 的 受 力 特 点 , 提 出桁 架 桥 的优 化 设 计 建议 。 研 并   关 键 词  桥 梁 工 程 桁 架 桥  A Y NS S 优 化 设 计  桁 架桥 是一 种 常见 的桥 型 , 所 以能 长期 存  之 在, 主要是其 具 有 一定 的经 济 技 术优 越性 [ 。从  1 ] 解 该方 程组 即可 求 取结 点 的位 移 , 后 求 得  最 结点 位移列 阵 :   A= L F A J A   R  经济 上来讲 , 桁架桥 比实腹桥 节省 材料 , 通过施 加  预应 力筋 可 使 材 料 节 省 1  以上 ; 技 术 上 来  0, 9 6 从 讲 , 架桥 受力 明确 , 桁 易于分 析计 算 , 刚度较 大 , 简  支桁 架为外 部静 定 , 内部有较 低超 静定 , 杆件受 力  分布 合 理 ; 施 工 上来 讲 , 架 桥施 工 工期 短 , 从 桁 装  配简 易 。另外 , 架桥 对地基 的要 求较 低 。可见 , 桁   桁架 桥具 有较 强 的实 用性 。本 文 以一桁 架桥 为计  算实例, 研究 桁 架 桥 静力 分 析 在 ANS YS中的实  现 方法 , 并对 结果进行 分 析 , 而提 出该桥 优化设  进 计 方法 。   1 结 构 分 析 原 理  从结构 的结点位 移 向量取 出各 单元 的杆 端位  移分 量 , 后求 得局 部坐标 系下单 元力 : 最   F‘ 一    ) F‘ 一   。 K  2 基 于 A S S的 结 构 数 值 建 模  NY 2 1 建 模基本 假设  . ( )假 设 桥 面 板 和 纵 梁 的形 心 在 同 一 水 *  1 面上 。   ( )假 设 结 点 为 理 想 铰 结 点 。 2   ( )假 定结 构不 发生预 应力损 失 。 3   ( )坐 标 定 义 为 : 桥 向为 X 轴 , 向 为 y 4 顺 横   轴 , 向为 Z轴 。 竖   2 2 建立 数值 模型  . 就空 间桁 架结 构 的 静力 分 析而 言 , 多 种 简  有 在空 间桁 架 中 , 各杆 方 向不尽 相 同[ 。在 结  2 伽 构整 体分析 时 , 有杆 件都应 采用 整体坐 标 系统 , 所   以 对 结 构 进 行 整 体 分 析 , 而 形 成 整 体 刚 度 方  从 程嘲 。因此需 要建立 局部 坐标 系统 和整体 坐标 系  统 的位移转换 矩 阵 :   e )一  ‘   ’和   ‘ 一    F‘    ) 化模 型 , 文采 用 B P P B 本 —— — P模 型 ( 别 于 常规 的  有 全杆 单元模 型 ) 即将 上下 弦和横 梁作为 空 间梁单  , 元(E B AM4 , 他 为 空 间杆 单元 ( I )其 L NK8 , 面  )桥 式 中 : 为坐标 变换矩 阵 。     板采 用壳 单元 ( HE L 3 , S L 6 ) 以这 些单 元 的组 合形  成桁 架结 构  。具体 单元属 性见 表 1  ] 。 表 1 桁 架桥 单 元 属 性 定 义 表  将 以上 2 代入局 部 坐标 系下单 元刚 度方程  式 可得 :   F  [ ]   “ 一    “ ’   令  。   ] 一[   度方 程 。   , 为整体 坐标 系下 的单元 刚  引 入支承 条件 , 得整个 结构 的 刚度方 程 , 自 即   由结点 位移 与结点力 之 间的关 系 :   K  b AF — PF   本 桁 架 桥 中 , 义 了 4种 材 料 , 性 能 见 表  定 其 收 稿 日期 :0 20—5 2 1—41  2 。其对 应 的实 常数见 表 3  。 21 0 2年 第 4期  文 昌福 刘 东 旭 :基 于 ANS YS的 预应 力 混 凝 土 桁 架 桥 设 计  4  3 表 2 桁 架 桥 单 元 材 料 属 性 定 义 表  表 3 桁 架 桥 梁 单 元 实 常 数 属 性 定 义 表  图 3 桁 架 桥 变 形 图  3 1 桁 架 受力 分析  . 桁 架 中下 弦梁 主 要 是 承受 拉 力 , 大 轴 力 在  最 5 9号单元 , 0 1 6 0 为 . 0 ×1 N, 小 轴 力 在 4号 单  最 元 , 0 2 3 0 N; 杆单 元 承受 压力 , 大 出  为 . 2 ×1 。 竖 最 现在 2 O号单 元 , 0 4 7 0 为 . 3 ×1 N, 小 出现在 2  最 l 号单元 , 0 1 6 0 为 . 9 ×1 。N; 腹 杆 中 间两 对 是受  斜 压 的 , 两 边 的 杆 件 是 受 拉 的 , 件 压力 最 大 为  而 杆 5 80 4N, 1 9  5  在 6号单 元 ; 大 拉力 出现 在 l 最 7号  单元 , 0

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