基于ANSYS鋼桁架橋分析.pdf

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1、CMYK工程試驗(yàn)與研究基于ANSYS鋼桁架橋分析哈森雷有坤（廣州大學(xué)）【摘要】處在地震區(qū)的土木工程，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析和安全可靠性十分重要，特別是大跨度結(jié)構(gòu)（如橋梁，穹頂、網(wǎng)殼等）。本文以某一鋼桁架橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析，得到自振周期和振型圖。為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析提供了參數(shù)和依據(jù)。【關(guān)鍵詞】鋼桁架橋；ANSYS；模態(tài)分析1引言隨著我國煉鋼量和煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)得到了上平縱聯(lián)快速發(fā)展。由于鋼材質(zhì)輕，強(qiáng)度大，可回收再利用等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在橋梁工程。本文針對(duì)某鋼桁架橋進(jìn)主桁架行模態(tài)分析，得到其固有頻

2、率和前六階振型。模態(tài)分析的目的是為了識(shí)別出模態(tài)參數(shù)，為整個(gè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)、振動(dòng)破壞診斷和預(yù)報(bào)、為結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性下平縱聯(lián)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供前提條件和依據(jù)。模態(tài)分析可以定義圖1為：將線性時(shí)不變系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變鋼桁架橋的主桁架的上、下弦梁及橫縱梁都采用換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組耦成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)BEAM4單元，BEAM4是一種可用于承受拉、壓、彎、扭的單參數(shù)描述的獨(dú)立方程，坐標(biāo)變換的變換矩陣為振型矩軸受力單元。這種單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有六個(gè)自由度：x、陣，每列即為各階振型。目前很多有限元軟件可以對(duì)結(jié)y、z三個(gè)方向

3、的線位移和繞x、y、z三個(gè)軸的角位移。構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，Ansys的模態(tài)分析是一線性分析，任BEAM4單元適合于分析從細(xì)長的梁構(gòu)件；橋面板采用何非線性特性都將忽略。可以進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、shell63單元。將每個(gè)桿件劃分為一個(gè)單元，共28個(gè)節(jié)大變形靜力分析后有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的點(diǎn)、94個(gè)單元。模態(tài)分析、有預(yù)應(yīng)力的循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、有阻該鋼桁架橋鋼材均選用Q345鋼，彈性模量為尼和無阻尼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。本文采用ANSYS大型通用3210000MPa，泊松比取0.3，密度為7850kg/m。桿件采用有

4、限元軟件對(duì)鋼桁架橋進(jìn)行分析。工字形截面，如表1所示：2建模表1某鋼桁架桿件規(guī)格桿件型狀截面尺寸2.1工程概況端部桿件工字形400×400×16×16×16某工程鋼桁架橋跨度48m，主桁中心距為8m，主桁上下弦梁工字形400×400×12×12×12腹桿工字形400×300×12×12×12高為8m，主桁節(jié)間數(shù)n=6，節(jié)間距離為8m；具體尺寸見橫梁工字形400×400×12×12×12圖1。2.2建?；炯僭O(shè)2.4施加邊緣條件和約束⑴所有桿件均屬于彈性范圍分析，符合虎克定律；根據(jù)實(shí)際工程情況，鋼桁架橋的左邊采取固定鉸⑵

5、所有鉸接屬于理想鉸接；支，右邊滑動(dòng)鉸支。建立有限元模型。有限元模型如圖⑶所有桿件都是均質(zhì)的；2。2.3單元選取2.5模態(tài)分析CMYK工程試驗(yàn)與研究迭代法，表2是得到的自振頻率，圖3為前六階振型圖。3結(jié)語從模態(tài)分析得到的前六階振型圖中可以看出，第一階振型屬于豎向?qū)ΨQ彎曲，出現(xiàn)的最早，說明在鋼桁架橋的地震響應(yīng)中占的比例大。到第六階振型圖時(shí)，結(jié)構(gòu)開始扭轉(zhuǎn)變形，說明該桁架橋抗扭剛度相對(duì)較好。由此可以看出該鋼桁架橋?qū)τ谪Q向作用力較為敏感，所以如圖2某鋼桁架橋有限元模型果作用豎向地震力，容易發(fā)生失穩(wěn)。Ansys的模態(tài)的提取方法：

6、分塊蘭索斯法、子空間通過Ansys的模態(tài)分析的得到了該鋼桁架橋的自迭代法、縮減法、非對(duì)稱法、阻尼法、QR阻尼法、變換求振頻率與振興，獲取了其可能發(fā)生的破壞形式，為動(dòng)力解法。分塊蘭索斯法是一種功能強(qiáng)大的方法，當(dāng)提取中分析提供了依據(jù)?！裥偷酱笮湍Ｐ停?0,000～100,000個(gè)自由度）的大量振型時(shí)，這種方法很有效，需要較高的內(nèi)存；子空間迭代法【參考文獻(xiàn)】適用于提取中型或大型的較少的振型，相對(duì)需要內(nèi)存較[1]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京:人民交通出版少。其他幾種各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本文這里采用子空間社,2

7、012.[2]吳欣.大跨度鋼桁架橋的地震響應(yīng)分析[D].河北工程大學(xué),表2某鋼桁架橋振型頻率2014.振型振型頻率HZ12.1707[3]劉月雨,李自林.鋼桁架橋梁的地震響應(yīng)分析[J].天津城市23.3210建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,(03):168-170+193.34.9357[4]姜麗梅,江阿蘭.基于ANSYS對(duì)鋼桁梁橋的靜動(dòng)力分析[J].45.0109低溫建筑技術(shù),2013,(01):40-42.56.8668[5]譚燕秋,吳欣,宮玉俠.大跨度鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析67.4509[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu),20

8、13,(24):1+16.第一階第二階第三階第四階第五階第六階圖3前六階振型圖