基于有限元分析软件的桥梁结构应变对比分析

1、中国科技论文在线- PAGE 5 - FORMTEXT 基于有限元分析软件的桥梁结构应变对比分析 FORMTEXT 王永高作者简介：王永高（1988-）男，硕士研究生，结构工程. E-mail: SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkCompanyEN Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070 * MERGEFORMATScool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan Uni

2、versity of Technology,Wuhan 430070SET bkCompanyCHN 武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉，430070 * MERGEFORMAT武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉，430070SET bkPostcode 430070 * MERGEFORMAT430070SET bkMobile* MERGEFORMAET bkTelphone* MERGEFORMAET bkAddress 武汉理工大学马房山校区西院土建院东配楼三楼 * MERGEF

3、ORMAT武汉理工大学马房山校区西院土建院东配楼三楼SET bkEmail * MERGEFORMATSET bkIntroduction 王永高（1988-）男，硕士研究生，结构工程 * MERGEFORMAT王永高（1988-）男，硕士研究生，结构工程SET bkAuthorCHN 王永高 * MERGEFORMAT王永高SET bkAuthorEN WANG Yonggao * MERGEFORMATWANG YonggaoSET bkContact 王永高 * MERGEFORMAT王永高SET bkFund * MERGEFORMAT SET version 1.5 * MERGEF

4、ORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkReferencesInfo 1*|*专著*|*李黎明 ANSYS有限元分析实用教程M.北京：清华大学出版社.2005. 2*|*期刊*|*Hendrik Schlune,Analytic

5、al model for the bond-slip behaviour of corroded ribbed reinforcementJ.Engineering Structure,2009,31(7):1477-1485 * MERGEFORMAT1*|*专著*|*李黎明 ANSYS有限元分析实用教程M.北京：清华大学出版社.2005. 2*|*期刊*|*Hendrik Schlune,Analytical model for the bond-slip behaviour of corroded ribbed reinforcementJ.Engineering Structure,2

6、009,31(7):1477-1485 SET bkAuthorsInfo *|1|王永高|WANG Yonggao|武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉，430070|Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070|王永高（1988-）男，硕士研究生，结构工程|武汉理工大学马房山校区西院土建院东配楼三楼|43007013628682893 * MERGEFORMAT*|1|王永高|WANG Yonggao|武汉理工大学土木工程与建筑学院，武

7、汉，430070|Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070|王永高（1988-）男，硕士研究生，结构工程|武汉理工大学马房山校区西院土建院东配楼三楼|43007013628682893SET bkTitleInfo 基于有限元分析软件的桥梁结构应变对比分析|Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software| * MERGEF

8、ORMAT基于有限元分析软件的桥梁结构应变对比分析|Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software|（武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉，430070）SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT 摘要： FORMTEXT 在本文中针对现有连续梁桥实体结构，建立静力荷载的试验模型，并通过基于有限元理论的MIDAS软件进行受力和应变分析，计算结果和实测值吻合的很好。关键词： FORMTEXT 静载；MI

9、DAS软件；应变分析 中图分类号： FORMTEXT U443.35SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT FORMTEXT Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software FORMTEXT WANG Yonggao(Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070)Abs

10、tract: FORMTEXT In this paper continuous beam bridge on existing physical structure,establishing an experimental model of static loading. Calculated and measured values agree very well,through the theory of finite element-based software MIDAS analysis of the force and strain.Key words: FORMTEXT Stat

11、ic loading；MIDAS software；Strain analysis引言随着我国交通行业迅猛发展，桥梁作为交通建设中的关键部分具有重要的作用和地位。桥梁的形式很多，根据桥梁的受力形式上可以大致分为：梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥。其中梁桥又分为简支梁桥、连续梁桥和连续刚构桥等桥型。本文针对最为常见的连续梁桥桥型建立荷载分析模型，并用MADIS分析软件通过有限单元法进行结构静载应变分析。为今后的桥梁结构内力计算提供一定程度上的参考和借鉴。1有限元理论原理概述有限元理论的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题，再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互联子域组成，对每一单元假定一个合

12、适的近似解，然后推导求解出这个域的满足条件，从而得到这个问题的解。这个解不是准确解而是近似解，因为实际问题被简单的问题代替。有限元就是那些集合在一起能够表示实际连域的离散单元。有限元的概念思想在在很久以前就已经产生并得到具体的应用，比如用等多边形近似来求圆的周长，但作为作为一种理论方法提出时间还不长。学界最初称有限元法为矩阵近似法，应用于航空器等军事领域结构强度的计算上，由于其方便、实用和有效的性能而引起力学研究领域的兴趣和重视。经过近期的发展并随着计算机的快速更新和普及，有限元方法迅速扩展到许多工程领域，在桥梁内力计算时也经常用到有限元的分析理论，把结构分成细小子域进行内力近似分析。逐步称为

13、了现今桥梁工程较为实用高效的数值分析方法1。2基于有限元原理的计算软件基于有限元理论的计算软件有很多，最为常见的为ANYSYS、SAP2000、MIDAS等。但其工作原理都遵循有限元求解的基本步骤。MIDAS/Civil是桥梁结构结算中应用较为方便且常见的软件。它能够与多数的CAD软件接口，实现数据的共享和交换，能够进行更快捷的结构内力和变形分析。3 MIDAS/Civil建模及分析MIDAS/Civil软件属于MIDAS系列软件中的一款，是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MIDAS/Civil结合国内

14、的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。本文应用其功能主要分为两个部分：模型建立和结果查看。MIDAS/Civil为模型建立提供便捷实体建模和网格划分工具，可以方便地建立模型，在系统中有现有的参数加以修改就可以利用。主要步骤包括设定操作环境、确定结构类型、定义材料和截面以及输入节点、单元和荷载，可以直接运行软件进行桥梁结构内力计算。结果的查看包括查看反力、查看变形和位移、查看内力和结构单元细部分析2。本文是针对梁体结构的应变对比分析，所以在查看结构计算结果的时候只需查看变形计算结果可以了。4工程实例数据分析对比根据实际工程

15、：广州番禺区海怡大桥，全长1051.8米，桥梁结构为（525）m小箱梁+（525）m小箱梁+（625）m小箱梁+（108+166+95）m连续箱梁+（33.5+33.5）m连续箱梁+（39.783+243）m连续箱梁+（330）m连续箱梁，桥面宽度33m，单幅宽15.5m。 依据桥梁施工图文件和公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）,利用有限元软件MIDAS/Civil建立主桥结构模型，对其进行静载试验理论分析； 图1 主桥结构计算模型 Fig.1 Calculation model ofthe main bridge采用对结构计算模型一次性加载完成，测点位置如图2、表1所示，在第四

16、联M截面的运算结果数据如表2所示。 图2 主桥主跨跨中M截面测点布置示意图（单位:cm） Fig.2 the schematic diagram of measuring pointsin M Section with the main bridge（units:cm）表 1 主桥测点布置尺寸表（单位：cm）Tab.1 the table of main bridgemeasuring pointssize（units:cm）截面abcdefghM329.5164.882.491.0182.0298.5364.5395.5表2 主桥跨中M截面静载模型试验应变值Tab.2 the static

17、Loadingmodel test of M section ofthe main bridgespan测点编号123456789模拟应变值（）-32326395971021056321注：拉应变为正，压应变为负(以下同)。针对桥梁实际情况，采用静载汽车荷载进行实际试验，对软件模拟值进行对比分析。静载试验的加载试验的程序为：1）将加载汽车过地磅称重后，错开停放在不影响试验桥梁的位置。2）正式加载前，三辆加载车辆并排缓慢地来回二次对全桥进行预压，各试验量测仪表读数调零，进行第一次空载读数（应变和挠度），同时记录该时刻的温度。3）正式实施试验加载，每个试验载位采用偏置进行加载。试验加载汽车按试验方

18、案分级加载。每个载位满载后，记录该时刻的气温。每级汽车荷载驶入指定的区域就为后，稳定15分钟记录加载后开始试验观测第一次数据，间隔10分钟再记录加载的第二次读数，两次读数查均小于前次读数增量的10%时，认为结构变形已趋于稳定。此时记录的数据为试验实测数据。4）该桥试验的载位满载完成后进行一次卸载，稳定20分钟后观测应变数据，待应变数据稳定后，量测挠度。测量完成后，记录该时刻的气温。实测数据和软件模拟数据（表2）对比结果如下表3所示：表3主桥跨中M截面实测数据结构对比Tab.3the measured datacomparison of the main bridgespanstructurei

19、n theMsection测点编号123456789一级（）-471824252831165二级（）-121836465259654015三级（）-232759727888884820卸载（）-336347262弹性应变（）-202453697481864218相对残余0.1300.1120.1020.0420.0510.0800.0230.1250.100校验系数0.6250.7440.8410.7240.7610.7920.8170.6670.857在最大级别荷载作用下将M截面靠偏截面侧沿高度布置的应变测点实测弹性应变沿截面高度进行线性回归，如图2给出了最大级试验荷载和模型分析结果（理论值）作用下应变沿截面高度分布图。图3 主桥跨中M截面最大级