工程软件应用课程设计上承式拱桥的静力与模态分析

1、土木与建筑学院课程设计课程名称：工程软件课程设计设计题目：上承式拱桥的静力与模态分析专业班级：工程力学0901班学 号：200915020121姓 名：孙学文设计时间：指导教师：陈得良目录一、 分析对象及问题描述1二、 建立模型的过程展示1三、 分析结果展示3四、 模态分析结果展示9五、 结论13六、 命令流13七、 学习心得与体会15一、分析对象及问题描述本次课题设计主题是上承式拱桥静力和模态分析设计对象：如图几何模型问题描述：设计如图所示上承式拱桥,主要参数如下1、主桥拱脚间的跨度为：一班（50+学号AB）米，桥宽20m。（21+50=71m）2、立柱1：间距自定义，多少立柱数自定义，矩形

2、截面，尺寸自定，材料混凝土（50号）；3、主拱圈：采用矩形混凝土界面，尺寸自定义，材料混凝土（50号）；主拱高自定义4、主梁：矩型界面，尺寸自定义，材料混凝土（50号）；5、桥面梁：厚度自定义，材料混凝土（40号）二、建立模型的过程展示1、模型几何参数说明(1)、主桥拱脚间的净跨度为：50+21=71m；桥宽：20m；矢跨比1/5；拱轴系数m=2.240(2)、立柱：间距5m等，一个主拱圈上为15根，共75根，矩形截面：1.2*1.0m；(3)、主拱圈：抛物线型，净矢高14.2m，矩型截面：1.4*2.0m；(4)、主梁：矩型截面：1.2*1.0m；(5)、横向联系：矩型截面：0.8*0.5m

3、；(6)、桥面梁：厚度0.4m；2、材料参数选取说明(1)、桥面板采用C40混凝土，泊松比0.28，弹性模量32.5Gpa，密度2450kg/m3(2)、主拱圈、主梁、拱肋横向联系采用C50混凝土，泊松比0.29，弹性模量34.5Gpa，密度2500kg/m33、单元选择说明(1)、主拱圈采用Beam188号单元，bh=1.4m2m，截面编号为1号；(2)、纵梁采用Beam188号单元，bh=1.2m1.0m，截面编号为2号；(3)、桥面板采用Shell181号单元，厚度d=0.4m；(4)、横梁采用Beam188号单元，bh=0.8m0.5m，截面编号为3号；(5)、横向联系采用Beam18

4、8号单元，bh=0.8m0.4m，截面编号为4号；(6)、立柱采用Beam188号单元，bh=1.2m1.0m，截面编号为5号；4、建立模型，采用命令流建模、加载、计算有限元模型三、分析结果展示1模型位移（1）Y轴位移Y轴方向为桥面板法向方向，重力加速度g方向的反向。从图中可以看出Y方向的最大位移为1.4713cm23，第一主应力1 为拉应力，分析结果为正，所以模型的拉应力为4.49Mpa，根据桥规规定，混凝土的拉应力不得超过1Mpa，显然1远大于1Mpa，但这并不等于错误。我们知道，桥梁中承受绝大部分拉力的部分不是混凝土，而是钢筋。在模型中，结构自重较大，在素混凝土结构中存在较大的拉应力是必

5、然现象，如果加上活载（如汽车荷载、人群荷载、冲击等），拉应力会更大，可能成倍增加，所以不加钢筋是不现实的。总之，只需在结构中经过合理计算布置钢筋是可以将混凝土承受的拉应力缩小在1Mpa的。2，二阶主应力图：3，三阶主应力图：第三主应力3为压应力，结果为负，最大压应力为5.39Mpa，乘以安全系数之后亦远小于混凝土的抗压强度=40Mpa，故混凝土压应力符合要求，比较安全。,4，Von Mises应力图：由材料力学的第四强度理论的验算结果，可以看出，材料的实际受压应力远小于其抗压强度，材料抗压强度足够。但受拉强度不足，解决办法如前所述。 立柱受力分析1、轴力2、剪力3、弯矩立柱的最大压应力为1.6

6、7MP,远小于材料抗拉强度，且选择Beam188号单元对计算重力产生的影响而言，没有产生压应力，符合立柱的实际受力情况。（4） 小结 桥面主梁混凝土受拉，一般需要布置钢筋。四、模态分析结果展示本课程设计只分析前5阶模态第一阶模态：第二阶模态：第三阶模态：第四阶模态：第五阶模态：五、结论从静力分析来看，无论是C40混凝土还是C50混凝土材料，其抗压强度都远大于实际受力情况，也就是说结构的抗压部分是合格的。但对于抗拉的部分而言，其强度远远不够。但在实际工程中，不可能应用素混凝土结构，而是要合理配筋，让混凝土和钢筋一起受压和受拉。众所周知，钢筋的抗拉强度和抗压强度较大，一般在200Mpa以上，所以合

7、理配置钢筋能够解决结构的抗拉能力不足的情况，也可以达到质量轻、受力能力强的效果。 从模态分析来看，结合不同的模型和同一模型不同条件参数的情况看，能得到不同的模态形状，包括各阶模态的不同，顺序的不同等等，可见，模态跟结构的刚度及其它参数有关。通过Ansys模拟该中承式拱桥结构，可以得到该结构的振动特性，结构承受动态载荷结构设计中的重要参数，即结构的固有频率和振型。六、命令流Fini/cle /prep7*do,i,0,142k,i+1,(i-72)/2,-2.4-14.55728239*(cosh(0.036417741*(36-i/2)-1)*enddospline,all*do,i,0,14

8、2k,i+144,(i-72)/2,0*enddo*do,i,144,285lstr,i,i+1*enddo*do,i,0,14lstr,10*i+2,10*i+145*enddolgen,5,all,5*do,j,0,3*do,i,0,14lstr,10*i+2+286*j,10*i+2+286*(j+1)lstr,10*i+145+286*j,10*i+145+286*(j+1)*enddo*enddo/view,1,1,1/replot*do,j,0,3*do,i,0,13a,10*i+145+286*j,10*(i+1)+145+286*j,10*(i+1)+145+286*(j+1)

9、,10*i+145+286*(j+1)*enddo*enddo*do,i,0,3a,286*i+144,286*i+145,286*(i+1)+145,286*(i+1)+144a,286*i+285,286*i+286,286*(i+1)+286,286*(i+1)+285*enddoet,1,shell63et,2,beam188r,1,0.4mp,ex,1,3.45e10mp,dens,1,2500mp,nuxy,1,0.29mp,ex,2,3.25e10mp,dens,2,2450mp,nuxy,2,0.28sectype,1,beam,rect,gonglesecdata,1.4,2

10、sectype,2,beam,rect,zongliangsecdata,1.2,1secoffset,user,0.6,0sectype,3,beam,rect,hengliangsecdata,0.8,0.5secoffset,user,0.4,0sectype,4,beam,rect,hengxiliangsecdata,0.8,0.4sectype,5,beam,rect,lizhusecdata,1.2,1/eshape,1lesize,all,0.5 aesize,all,1aatt,1,1,1amesh,alllatt,1,2,1lmesh,1,142lmesh,300,441l

11、mesh,599,740lmesh,898,1039lmesh,1197,1338latt,1,2,2lmesh,143,284lmesh,442,583lmesh,741,882lmesh,1040,1181lmesh,1339,1480latt,1,2,3*do,i,0,3lmesh,1497+30*i,1525+30*i,2*enddolatt,1,2,4*do,i,0,3lmesh,1496+30*i,1524+30*i,2*enddolatt,2,2,5lmesh,1481,1495lmesh,1182,1196lmesh,883,897lmesh,584,598lmesh,285,

12、299/replot/soludk,2,alldk,288,alldk,574,alldk,860,alldk,1146,alldk,142,alldk,428,alldk,714,alldk,1000,alldk,1286,alldl,1497,uy,uz,rotx,rotydl,1527,uy,uz,rotx,rotydl,1557,uy,uz,rotx,rotydl,1587,uy,uz,rotx,rotydl,1525,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1555,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1585,ux,uy,uz,rotx,rotydl,1615,ux,uy,

13、uz,rotx,rotyacel,0,9.8,0solve/post1pldisp,2/wait,3plnsol,u,y/wait,3etable,zhou_i,smisc,1etable,zhou_j,smisc,14etable,jian_i,smisc,5etable,jian_j,smisc,18etable,wan_i,smisc,3etable,wan_j,smisc,16pretab,zhou_i,zhou_j,jian_i,jian_j,wan_iwan_jplls,zhou_i,zhou_j,1,0plls,jian_i,jian_j,1,0plls,wan_i,wan_j,

14、1,0七、心得体会经过这两周的工程软件ansys的应用课程设计实习，我对Ansys这个软件有了一定的了解，但还是远远不够的，ansys作为力学研究领域应用最广泛的软件，还是相当难以熟练掌握应用的。虽说进行了两周的上机实习操作，但还是仅学会了一点皮毛而已。要想像老师一样熟练的应用ansys，我们还是需要很长时间的学习锻炼的。作为一个初学者，在刚刚接触ansys软件时，我不得不感叹ansys的强大功能，它集结构、热力学、流体力学、电磁、和声学于一体，但又有些畏惧他操作的复杂性。还好老师给了一些实例给我们练习操作。在练习和操作的过程中，经老师和同学的解疑答惑和自己的翻阅查询，我还是学到了一些相关操作

15、知识的，这对我的课程设计相当有用。作为力学研究的专业软件Ansys，它需要操作者有相当的力学专业知识。虽说我们作为专门学习研究力学的，但是以往的力学学习，仅仅停留在课本和理论中，没有很多机会把所学的理论结合实践，融会贯通。由此，造成了在课程实习开始时不能灵活的应用所学的理论知识，不得门路，无头苍蝇。还好慢慢地通过一些实例的操作和查阅相关资料，浏览网页论坛，慢慢的知晓了它的一些力学原理。对于Ansys，现阶段对我们来说最难的就是软件的操作。ansys的操作和以往我们用过的任何一款软件都不同。而且是英文界面，对于我们这些英语水平一般的人来说的是有点难的。如果对操作熟练了，相信学习起来还是很快的。但是学精还是需要时日的。在课程设计中，建模还是要好好构思的，这一部很关键，任何工程的验算，必须要有一个十分精确的模型，才能保证验算的正确性精准性。才接触建模时，我还是很难全面把握的，总是出现一些小状况、大问题的，修修改改的。还好ansys能够用命令流操作，不然出一点小问题就要花很多精力去修改去操作验证。但是有很多命令流都不会，而且没见过