基于ANSYS钢桁架桥的静动力分析

1、-总结资料-基于ANSYS钢桁架桥的静动力分析黎波含华北科技学院摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了空间有限元建模;对桁架桥进行了静力分析和动力分析（模态分析），作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面，在对桁架桥进行模态分析时，主要绘制出了桁架桥的八阶模态振型图，得出一些结论，这些都为桥梁的设计、维护、检测提供了一些技术参数。关键词：ANSYS；钢桁架桥；模态分析；动力特性引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建

2、的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其进行静动力学分析了解其受力特性具有重要的意义。基于此文中对某下承式钢桁梁桥进行了静动力学分析，初步得到了该桥的一些静动力学结果该结果对桥梁的设计、维护、检测具有一定的指导意义。工程简介某一下承式简支钢桁架桥桥长72米，每个节段12米，桥宽10米，高16米。桥面板为0.3米厚的混凝土板，桁架桥的杆件均使用的是工字型截面但型号有所不同，钢桥的形式见图1，其结构简图见图2图1图2刚桁架桥简图所用的桁架杆件

3、有三种规格，见表1表1钢桁架杆件规格杆件截面号形状规格端斜杆1工字形400X400X16X16上下弦2工字形400X400X12X12横向连接梁3工字形400X400X12X12其他腹杆4工字形400X300X12X12所用的材料属性见表2表2材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX35X10鳥泊松比PRXY0.30.1667密度DENS785022500模型构建将下承式钢桁梁桥的各部分杆件，包括上弦杆、下弦杆、腹杆、横梁均采用BEAM188单元，此空间梁单元既可以考虑所模拟杆件的轴向变形，又可以考虑所模杆件在两个平面的弯曲及绕杆件自身轴的扭转；钢桥面板采用SHELL181，该空间板单元可以考虑在荷

4、载作用下桥面板所产生的各种应力;定义了两套材料属性，桥面为混凝土，各类杆件为钢材，其对应的参数如表2所示；根据表1中的杆件规格定义了三种梁单元截面，根据表1分别定义在相应的梁上；建模时直接建立节点和单元，在后续按照先建节点在建杆最后建桥面板的次序一次建模。构建的桁架桥有限元分析模型如图3所示。边界条件为在梁的支座处即节点24、25施加xyz三个方向的位移约束；在节点13、14处施加yz两个方向的约束；在梁中间两点处即1、2节点处施加集中载荷；最后对全局施加重力。.5I：.：?：:.TiussBridgestatic;盃迫丄ysmP.1.：）:1:ANSYSRis.a图3桁架桥有限分析模型求解分

5、析ANSYS-Z；I2-jGU-:：.：53I-./?.1（1）静力分析：从桁架桥总位移云图图4中可以看到在集中力作用下桥面位移量中间处最大一次向两侧减小，可知桥的中央处变形最大，为危险的地方；从轴力图图5中可以看出两边靠近支座处四根竖直和四根斜腹杆所受轴力大，其上下弦杆和端斜杆的轴力比较小，所以在静载状态下，可以看出两边靠近支座处四根竖直和四根斜腹杆容易产生疲劳破坏，在对该桁架桥进行强度校核时此处也是重点校核对象；从弯矩图图7中可以看到其上下横向连接梁具有一定的弯矩值，说明在外力的作用下桁架出现扭转与其在静载时的状态有一定的联系；从图6和图7中可以发现桁架杆系结构中杆件的剪力和弯矩相对轴力来

6、说都很小，说以在静载条件下，桁架桥主要受轴力的影响。:IAlI:：II1SUE=1ir：-1-Ii-（-：）:）-iSMK-.0505B45一V.1021.2“II：SIIi:-Iit：:-.-.se图4桁架桥在集中应下的总位移云图ANSYSRLj.UI”：一-:h.：3:：.(：I.1STEFFI?=:：.ZHOUI.:JMIN.L71E4-U7；.：J:；二：“I-I.：,-.-.L-：.-n.-a图5轴力图-r-1-ANSYSR15.0MAY312Q16-I1r=LT-IJ-I.12?.：.?：MRK=357549:“:I.门川I.：.：2U:.打:-i：.tatic-图6剪力图ANSY

7、SRB.CI-餌血.严販订_加匚3：r八仪一T,一上上二：丄H:.z1:;:I:?:-1_L:.：:!：11-L201bL8：-J：-.：?:-1图7弯矩图(2)动力分析：本文采用ANSYS有限元软件对下承式钢桁架桥进行了模态分析，即对其结构系统的振动特性进行了分析，得出了结构的振型见图8和固有频率见表3，这些参数都为结构在承受动载荷作用下的重要参数。可以看出钢桁架桥的主要振动形式有：桁架上部的摆动、弯曲，桥面的扭转、波动起伏。从表3可以知道前七阶模态中均未产生明显的扭转，说明桁架桥的抗扭强度高；前三阶比较重要的模态中发现桥面均未产生明显的振动，说明主要振动表现为桁架上部分的振动，说明动力特性

8、主要依靠上部分桁架，也说明桁架桥面稳定性好，抗振能力强；随着阶数的提高，从四阶以后桥面发生了上下起伏、波动、扭转等一系列的振型并且上部结构的振动与桥面的振动基本是同步的，这说明四阶以后的桁架桥的振动特性主要由桥面振动主导；从三阶振型图可以看出桥体发生了横向的弯曲，从四阶振型图可以看出桥体发生竖直方向的弯曲摆动，这说明该桁架桥的横向刚度不如竖向刚度好。表3桁架桥前八阶振动特性计算结果阶数自振频率振型特征10.90249桁架上部水平方向刖后摆动21.4386桁架上部水平方向反对称前后摆动32.0860桁架上部水平对称弯曲摆动42.6104竖直方向上整体起伏摆动52.8782桁架部分左右摆动桥面波动

9、起伏62.8792桁架部分反对称左右摆动桥面波动起伏72.9969竖直方向上呈左右对称式波动起伏2.9973桁架反对称式左右摆动加扭转桥面产生扭转001354004063CH：QQCi口日5SMX一005095hffiY31ZO：1L7：51：13PLOTMO,1ANSYSH15.0”677E-03TjzohjsEiri匚wSt：E匕iu社.ULU.,.1.f：r.n-：.CTCOPlL.SCWTia-TSTET*-!SOB-1FTLEQ=-902431UUM(貝冋FSYS-0第一阶二丄江.:二1二亠Iir?_SUB=2：!-.：.-：.iI-.(A.-：7,T;MK-.001872-=.：C

10、rANSYSHlj.J：IJ61!:)7:-9r：/?-丁.沙tL5皿/勺.：卫小亠亠心.007872TrussBridgeStaticlalvse第二阶ANSYSR150-l-.LeIE:.6:20-:】/：.1:rr.-.T.-Tn7i.z3EREQ-2.03602s1-:m1:i-l：-.WTI:=.rF.、並-厂!：J.641z.L：c.：.J：-.rS.JCJ1第三阶ANSY5R15,01-1-EjiLKm1:1：1MK-.001839SMX-.0018391一：一Bricbe5taticArialyseLz：-：.第四阶ANSYSR150-I.J$D:昶r.：.150LIODPIS

11、OLUTICNf.z:EREQ-2.8782211-：,?：；.-：-04:=.-IANSYSHij.a:-I.i.fj18:05:16丄:仝、1.-.1-.Jf：.1.r.：.1(.I-.：6：V.，hI二Tlr1一：一上i.i上一:一r一ic二:目二第五阶.JUL、:一丄二I1-1i.z；FT1K?916HX=.336E-D4:D=.血D-l.1丄一丄-:儿止-.；./:L-.二-匸._3k-.:_-.：.l-TIii會匚.-i-ir2.9969411-：WMX-.4?8E-D4ANSYSR150-I.J$D：-：55r.：.1-：=.：I7.-IANSYSR15.0-I2：)618:04

12、:271(?NC.120.、“卜I,-：.“*：卜4、.5.I.J5.上：T.rr.I-.-.：J”lr1一：一BriJge5taticArialyse第七阶j：L?d_.一二1二二Ii：.-1SfjF-.FRE42.99727iI.(A.：.=：.I.=.?:.0-1SMX=-：.：:/.-I第八阶图8前八阶模态振型云图4结语采用有限元分析方法，利用ANSYS有限元软件进行了下沉式钢桁架梁进行了静力分析和动力分析得出了静载下总体位移情况，受力特点及其振型和自振频率，根据静力分析得到的结果为桥梁的设计、维护、检测提供技术参数，根据动力特性分析的结果可以比较好的了解桥梁的振动特性，以便更好的利用