基于ANSYS鋼桁架橋的靜動(dòng)力分析.doc

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1、基于ANSYS鋼桁架橋的靜動(dòng)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(duì)下承式鋼桁架橋進(jìn)行了空間有限元建模;對(duì)桁架橋進(jìn)行了靜力分析和動(dòng)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)內(nèi)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(duì)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(cè)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(dòng)力特性引言：隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，

2、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(duì)其進(jìn)行靜動(dòng)力學(xué)分析了解其受力特性具有重要的意義。基于此文中對(duì)某下承式鋼桁梁橋進(jìn)行了靜動(dòng)力學(xué)分析，初步得到了該橋的一些靜動(dòng)力學(xué)結(jié)果該結(jié)果對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)、維護(hù)、檢測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。1工程簡(jiǎn)介某一下承式簡(jiǎn)支鋼桁架橋橋長(zhǎng)

3、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(hào)有所不同，鋼橋的形式見(jiàn)圖1，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2圖1圖2剛桁架橋簡(jiǎn)圖所用的桁架桿件有三種規(guī)格，見(jiàn)表1表1鋼桁架桿件規(guī)格桿件截面號(hào)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(jiàn)表2表2材料屬性參數(shù)鋼材混凝土彈性模量EX2.1×10113.5×10泊

4、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?jiǎn)卧瓤梢钥紤]所模擬桿件的軸向變形，又可以考慮所模桿件在兩個(gè)平面內(nèi)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內(nèi)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(duì)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?jiǎn)卧孛?，根?jù)表1分別定義在相應(yīng)的梁上；建模時(shí)直

5、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(duì)全局施加重力。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

6、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(duì)該桁架橋進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)此處也是重點(diǎn)校核對(duì)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(shuō)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(duì)軸力來(lái)說(shuō)都很小，說(shuō)以在靜載條件下，桁架橋主要受軸力的影響。圖4桁架橋在集中應(yīng)下的總位移云圖圖5軸力圖圖6剪力圖圖7彎矩圖（1）動(dòng)力分析：本文采用ANSY

7、S有限元軟件對(duì)下承式鋼桁架橋進(jìn)行了模態(tài)分析，即對(duì)其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了分析，得出了結(jié)構(gòu)的振型見(jiàn)圖8和固有頻率見(jiàn)表3，這些參數(shù)都為結(jié)構(gòu)在承受動(dòng)載荷作用下的重要參數(shù)?？梢钥闯鲣撹旒軜虻闹饕駝?dòng)形式有：桁架上部的擺動(dòng)、彎曲，橋面的扭轉(zhuǎn)、波動(dòng)起伏。①?gòu)谋?可以知道前七階模態(tài)中均未產(chǎn)生明顯的扭轉(zhuǎn)，說(shuō)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(dòng)，說(shuō)明主要振動(dòng)表現(xiàn)為桁架上部分的振動(dòng)，說(shuō)明動(dòng)力特性主要依靠上部分桁架，也說(shuō)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

8、橋面發(fā)生了上下起伏、波動(dòng)、扭轉(zhuǎn)等一系列的振型并且上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與橋面的振動(dòng)基本是同步的，這說(shuō)明四階以后的桁架橋的振動(dòng)特性主要由橋面振動(dòng)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(dòng)，這說(shuō)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(dòng)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(dòng)21.4386桁架上部水平方向反對(duì)稱前后擺動(dòng)32.0860桁架上部水平對(duì)稱彎曲擺動(dòng)42.6104豎直方向上整體起伏擺動(dòng)52.8782桁架