单梁、慧加(WISEPLUS)梁格与实体对比

1、单梁、慧加（WISEPLUS）梁格与实体（ANSYS）计算结果对比第一部分：单箱单室箱梁桥对比1.1结构形式某跨径为30米的简支梁，截面釆用单箱单室宽箱梁（如图1.1所示）。6400图1.1箱梁截面示意图（单位：mm；对不同模型进行两种工况的分析：1）工况1，自重作用下；2）工况2,两束无弯起预应力筋作用下，预应力大小为10MN分别作用在腹板中心线距梁顶1.625米处，不计入预应力损失，预应力线型为直线。模型中预应力采用在梁端腹板上加集中荷载的方式模拟。对两种工况下的各项计算结果进行分析对比。约束均设置在腹板中心线处。1.2分析模型共建立三种分析模型：1）单梁模型：取整个截面为有限元单元截面。

2、2）折面梁格模型：将截面在横向划分为儿个部分（如图1.2，建立折面梁格模型（悬臂带刚臂），如图1.3所示；3）实体模型：釆用ANSYS中实体单元solid45建立模型，如图1.4所示。 /241750280028001750 #/24 #/24图1.2折面梁格及平面梁格模型截面划分示意图 #/24 #/24图1.3折面梁格模型示意图图1.4ANSYS实体模型示意图 /241.3计算结果分析对比1.3.1支座反力对比1）工况一：自重作用下表1.1自重作用下结构支反力对比表（kN）单梁折面梁格平面梁格实体单元支座12652132613261326支座22652132613261326支座31326

3、13261326支座4132613261326结论：通过支反力对比表1.1可以看出，各种模型的支反力分布基本一致。横向两个支座的反力可以认为是单梁中一个支座的反力平均分配后得到。2）工况二：预应力作用下简支梁在水平向预应力作用下不产生支座反力，不进行对比。1.3.2纵向正应力对比由于结构的对称性，选取箱梁截面的一半进行上、下缘沿桥跨纵向正应力的对比（如图1.6所示区域），对比结果见图1.7图1.12。应力图中，上缘是指顶板中间面层，下缘是指底板中间面层。纵坐标为正应力值，单位为kPa,注：梁格模型自动得到各个单元上、下缘的应力值；实体模型中选取实体单元的节点应力（翼板上、中、下层应力的选取）。

4、梁格模型无法反应顶、底板的局部效应，而ANSY实体中分析结果包括了整体效应及局部效应，故在数据分析时主要对顶底板的中间层（截面中心线）所在位置的应力进行对比。一区28004二区00三区5（1004002800r!r1750一J0CO片W0.-17501J6400图16正应力对比区域示意图1）工况一：自重作用下（单位：kPa）亠单梁折面梁格+实体图1.7区翼缘板自重正应力对比+单梁顶板单梁底板折面梁格顶板-折面梁格底板实体顶板实体底板 #/24 #/24图18二区腹板自重正应力对比 /24 /24图1.9三区二字型”自重正应力对比结论：由上述对比可以看出，在自重作用下：折面梁格与实体单元应力结果

5、差距不大，单梁在横截面方向未能体现出剪力滞效应。2）工况二：预应力作用下（轴力代替预应力，单位：kPa）图1.10一区翼缘板预应力作用下正应力对比图1.11二区腹板预应力作用下正应力对比亠单梁顶板亠单梁底板折而梁格顶板一折而梁格底板+实体顶板实体底板图1.12三区“二字型截面”预应力作用下正应力对比结论：由上述对比可以看出，在预应力作用下：预应力效应沿跨长逐渐变化的趋势：即通过一个传递区域（接近一个梁高范围）后沿截面均匀分布；在横截面方向，预应力作用位置处（锚固区域）效应明显，依次向横向传递，效应逐渐沿截面均匀分布。单梁模型未能体现出纵横向的变化趋势，其它模型很好的反应了这些变化趋势。折面梁格

6、的分析结果更接近于实体模型。另：图1.11中实体分析结果的拉应力跳跃点主要是由于局部效应引起，此处不做对比。1.3.3截面内力分布对比梁格划分后横截面上各分块的内力之和是否与单梁的内力值一致，包括轴力、弯矩、剪力的对比。这里主要列出单梁与折面梁格的数据对比。1）工况一：自重作用下剪力对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格中各纵梁剪力叠加在一起所得结果与单梁剪力对比，结果如下表1.2：表1.2自重作用下梁格模型剪力对比表截面X坐标值单梁模型折面梁格折面梁格/单梁误差0-2652-2652.60.02%1-2475-2475.170.01%2-2298-2298.390.02%3-2122-2121

7、.63-0.02%4-1945-1944.89-0.01%5-1768-1768.050.00%6-1591-1591.180.01%7-1414-1414.370.03%8-1238-1237.49-0.04%9-1061-1060.63-0.03%10-884-883.876-0.01%11-707.2-707.2120.00%12-530.4-530.4410.01%13-353.6-353.6240.01%14-176.8-176.8030.00%15-3.73E-090误差可忽略16176.8176.8030.00%17353.6353.6240.01%18530.4530.4410

8、.01% /24 /2419707.2707.2120.00%20884883.876-0.01%2110611060.634-0.03%2212381237.493-0.04%2314141414.3670.03%2415911591.1780.01%2517681768.050.00%2619451944.886-0.01%2721222121.626-0.02%2822982298.390.02%2924752475.1720.01%3026522652.5980.02%轴力对比自重作用下结构不产生轴力，不进行对比。弯矩对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格中各纵梁弯矩以及各纵梁轴力对单梁

9、截面重心所产生的偏心距所产生的弯矩进行叠加求和所得结果与单梁弯矩对比，结果如下表13：表13自重作用下梁格模型弯矩对比表截面x坐标值单梁模型折面梁格折面梁格/单梁误差01.71E-10-0.0189#1-2564-2563.66-0.01%2-4950-4950.860.02%3-7160-7160.590.01%4-9194-9193.45-0.01%5-11050-11049.2-0.01%6-12730-12729.80.00%7-14230-142320.01%8-15560-15558.4-0.01%9-16710-16708.2-0.01%10-17680-17679.50.00%

10、11-18480-18476.9-0.02%12-19090-19093.50.02%13-19540-19536.3-0.02%14-19800-19801.40.01%15-19890-19890.10.00%16-19800-19801.40.01%17-19540-19536.3-0.02%18-19090-19093.50.02%19-18480-18476.9-0.02%20-17680-17679.50.00%21-16710-16708.2-0.01%22-15560-15558.4-0.01%23-14230-142320.01%24-12730-12729.80.00%25

11、-11050-11049.2-0.01%26-9194-9193.45-0.01%27-7160-7160.590.01%28-4950-4950.860.02%29-2564-2563.66-0.01%305.43E-11-0.0189#2）工况二：预应力作用下剪力对比在水平向预应力作用下结构不产生剪力，不进行对比。轴力对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格中各纵梁轴力叠加在一起所得结果与单梁轴力对比，结果如下表1.4：表1.4预应力作用下梁格模型轴力对比表X坐标单梁折面折面梁格模型梁格/单梁误差0-19998.96-199990.00%1-19999.88-20000.80.00%2-200

12、00.5-20000.20.00%3-20000.9-20001.60.00%4-20000.8-200000.00%5-20000.4-20000.80.00%6-20000.4-200000.00%7-20000-200000.00%8-19999-19998-0.01%9-19999-200000.01%10-20000-200000.00%11-20000-200000.00%12-20000-200000.00%13-20000-200000.00%14-20000-200000.00%15-20000-200000.00%16-20000-200000.00%17-20000-20

13、0000.00%18-20000-200000.00%19-20000-200000.00%20-20000-200000.00%21-19999-19998-0.01%22-19999-200000.01%23-20000-200000.00%24-20000.4-20000.80.00%25-20000.4-200000.00%26-20000.8-20001.60.00%27-20000.9-20000.20.00%28-20000.5-20000.80.00%29-19999.88-199990.00%30-2.00E+04-19999-0.01%弯矩对比将梁格与单梁相同位置上的各纵梁

14、弯矩，与纵梁轴力对单梁截面重心所产生的偏心距所产生的弯矩进行叠加求和所得结果与单梁弯矩对比，结果如下表1.5：表15预应力作用下梁格模型弯矩对比表截面X坐标值单梁折面梁格折面梁格/单梁误差061766150.954-0.41%161766087.362-1.44%261765986.914-3.06%361765932.081-3.95%461765907.469-4.35%561765903.819-4.41%661765910.59-4.30%761765926.149-4.05%861765944.972-3.74%961765964.339-3.43%1061765982.517-3.

15、13%1161765998.906-2.87%1261766011.389-2.67%1361766019.887-2.53%1461766025.533-2.44%1561766028.143-2.39%1661766025.533-2.44%1761766019.887-2.53%1861766011.389-2.67%1961765998.906-2.87%2061765982.517-3.13%2161765964.339-3.43%2261765944.972-3.74%2361765926.149-4.05%2461765910.59-4.30%2561765903.819-4.4

16、1%2661765907.469-4.35%2761765932.081-3.95%2861765986.914-3.06%2961766087.362-1.44%3061766150.954-0.41%结论：从上述对比结果可以看出，在自重或预应力作用下梁格截面上的内力总和与单梁模型基本相等，说明任意的梁格划分可以完全承担荷载的纵横向传递。第二部分：单箱多室宽箱梁截面比较剪力滞效应：单梁、折面梁格及实体（ANSYS）模型，其中梁格模型考虑横截面划分方式（各分块截面有、无腹板）的影响，对比包括支反力、纵向正应力、位移、截面内力分布。支座分布影响：考虑不同支座布置形式（箱梁每道腹板下均设置支座或仅

17、两道腹板下设置支座）的影响。虚拟横梁抗扭刚度的影响：折面梁格模型，纵向正应力的对比。梁格划分纵横比例的影响：折面梁格模型，纵向正应力的对比。2.1结构形式结构为跨径40米的单箱多室宽箱截面简支梁，主梁截面如图2.1所示，顶板宽30m,顶、底板厚度均为0.25m,腹板厚0.4m。图2.1箱梁截面（单位：rmi）对不同模型在自重荷载作用下进行的约束布置形式为：在每道腹板下均设置支座，跨径布置及约束位置见图2.2所示：2.2分析模型共建立五种分析模型进行对比：1）单梁模型：取整个截面为有限元单元截面。2）梁格模型：疏分梁格：截面在横向划分为5个部分（如图2.3）,每部分截面均带有腹板；沿桥跨纵向分2

18、0段；模型如图2.4所示。密分梁格模型（折面）：横截面在横向划分为15个部分（如图2.5）,各部分截面自由划分；沿桥跨纵向分40段；模型（翼缘板端部和边腹板以悬臂带刚臂模拟）如图2.6所示。3）实体模型：釆用ANSYS中实体单元solid45建立模型，由面创建体，用坐标平面切分成标准六面体，然后设置esize为0.2,进行映射网格划分，模型如图2.8所不。6000|6000.6000.6000.600012311.图2.3疏分梁格模型截面划分图2.4疏分梁格模型示意图图2.5密分梁格模型截面划分（mm；图2.6密分梁格（折面）模型示意图图2.8ANSYS实体模型示意图2.3计算结果分析对比2.

19、3.1支座反力对比表2.1结构支反力对比表模型左侧右侧总计单梁199322993219864疏分梁格116876168722192721923217582175421929219251687101687总计9933993319866密分梁格（折面）115346153122373723733211982119423739237351534101531总计9933993319866ANSYS118266182522092720933209682097420929209251826101825总计9932993219864结论：通过支反力对比表可以看出，各种模型的支反力总量是一样的，但是在横向的分配

20、上：单梁无法反应各支座的分配差别；疏分梁格和ANSYS实体模型未反应出中间三个支座的分配差别；密分梁格很好的反应出五个支座各自的反力分配。2.3.2纵向正应力对比选取1/4跨、中跨两个位置，对箱梁横截面上、下缘沿桥跨纵向正应力分布进行对比。应力比较中，上缘是指顶板中间面层，下缘是指底板中间面层。应力图中，纵坐标为正应力值，单位为MPa,上、下缘正应力均以正值表示；横轴为腹板号（编号见图2.9）,对比结果见图2.10图2.17。注：梁格模型自动得到上、下缘的应力值；实体模型中选取实体单元的节点应力（翼板上、中、下层应力的选取）。梁格模型无法反应顶、底板的局部效应，而ANSY实体分析结果中包括了整

21、体效应及局部效应，故在数据分析时主要对顶底板的中间层（截面中心线）所在位置的应力进行对比。12345图2.9腹板编号示意图1/4跨位置 /24 #/24跨中位置单毅一一冻分粱格一一55分粱格（折面）ANSYS图2门下缘正应力对比图2.12上缘正应力对比 /24 #/24结论：通过对四分点和跨中的应力数据对比分析，可以发现：密分折面梁格的应力分布在横截面上更接近于ANSYS实体单元的结果;但剪力滞效应与ANSYS结果相比有差异。疏分梁格相当于对密分折面梁格的结果在一定范围内取均值，与实体结果有一定差异，故分析时仍需考虑引入有效分布宽度；单梁模型无法反应横截面上应力的变化分布规律，分析时仍需考虑引

22、入有效分布宽度。2.3.3横截面竖向位移对比选取1/4跨、中跨两个位置，对箱梁横截面竖向位移进行对比，对比结果见图2.18图2.21。位移图中，纵坐标为位移值，单位为mm。1/4跨位置 /24 #/24跨中位置结论：通过对四分点和跨中位置的竖向位移数据对比分析，可以发现：梁格模型在横截面上位移分布基本一致，不同之处在于折面梁格可以反映翼缘端部的位移变化。ANSYS完全反应出横截面上顶板与底板的位移差异，而梁格模型在横向将顶、底板作为一个整体来考虑，无法反应出局部效应。2.3.4各纵梁竖向位移对比所选取进行比较的竖向位移的纵梁位置为：第一纵梁、第二纵梁在疏分梁格、密分梁格中分别如图2.22、2.

23、23所示，ANSYS实体模型是取图2.24黑点位置的节点位移。对比结果见图2.25图2.30。位移图中，纵坐标为位移值，单位为mm。 /24 #/24由于结构的对称性，仅列出第1、2、3纵梁的比较结果。第1纵梁第2纵梁第3纵梁图2.22疏分梁格中纵梁位置示意图2.23密分梁格中纵梁位置示意图2.24ANSYS实体模型中所取节点位置图2.25纵梁1竖向位移对比图2.26纵梁2竖向位移对比 /24 #/24图2.27纵梁3竖向位移对比结论：通过对儿种不同模型中腹板所在位置竖向位移的数据对比分析，可以发现：梁格模型在腹板位置处沿桥跨方向的竖向位移基本一致。2.3.5截面内力分布对比梁格模型中横截面划

24、分后各分块的内力之和是否与单梁的内力值一致，包括轴力、弯矩、剪力的对比。这里主要列出单梁与折面梁格的数据对比。剪力对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格中各纵梁剪力叠加在一起所得结果与单梁剪力对比，结果如下表2.3：表2.3自重作用下梁格模型剪力对比表节点位置单梁密分梁格（折面）数值相对误差（万分之）0-9932.00-9933.75-1.761-9435.00-9435.72-0.772-8939.00-8938.860.163-8442.00-8442.26-0.314-7946.00-7945.640.465-7449.00-7448.970.036-6952.00-6952.27-0.3

25、87-6456.00-6455.670.508-5959.00-5959.09-0.169-5463.00-5462.570.7910-4966.00-4966.10-0.2011-4469.00-4469.58-1.2912-3973.00-3972.960.1113-3476.00-3476.19-0.5514-2980.00-2979.730.9215-2483.00-2483.06-0.2416-1986.00-1986.43-2.1517-1490.00-1489.851.0418-993.20-993.25-0.5319-496.60-196.60-0.02200.000.0021

26、496.60496.60-0.0222993.20993.25-0.53231490.001489.851.04241986.001986.43-2.15252483.002483.06-0.24262980.002979.730.92273476.003476.19-0.55283973.003972.960.11294469.004469.58-1.29304966.004966.10-0.20315463.005462.570.79325959.005959.09-0.16336456.006455.670.50346952.006952.27-0.38357449.007448.970

27、.03367946.007945.640.46378442.008442.26-0.31388939.008938.860.16399435.009435.72-0.77409932.009933.75-1.76轴力对比自重作用下结构不产生轴力，不进行对比。弯矩对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格中各纵梁弯矩以及纵梁轴力对单梁截面重心所产生的偏心距所产生的弯矩进行叠加求和所得结果与单梁弯矩对比，结果如下表24表2.4自重作用下梁格模型弯矩对比表节点位垃单梁密分梁格（折面）数值相对误基（万分之）00.000.001-9684.00-9684.34-0.352-18870.00-18871.77-

28、0.943-27560.00-27562.70-0.984-35760.00-35755.461.275-43450.00-43454.75-1.096-50650.00-50652.96-0.587-57360.00-57356.240.668-63560.00-63563.13-0.499-69280.00-69275.910.5910-74490.00-74489.130.1211-79210.00-7920&180.2312-83430.00-83433.60-0.4313-87150.00-87158.38-0.9614-90380.00-90381.08-0.1215-93110.

29、00-93116.72-0.7216-95350.00-95345.760.4417-97090.00-97080.480.9818-98330.00-98318.831.1419-99070.00-99072.74-0.2820-99320.00-99323.17-0.3221-99070.00-99072.74-0.2822-98330.00-98318.831.1423-97090.00-97080.480.9824-95350.00-95345.760.4425-93110.00-93116.72-0.7226-90380.00-90381.08-0.1227-87150.00-87158.38-0.9628-83430.00-83433.60-0.4329-79210.00-7920&180.2330-74490.00-74489.130.1231-69280.00-69275.910.5932-63560.00-63563.13-0.4933-57360.00-57356.240.6634-50650.00-50652.96-0.5835-43450.00-43454.75-1.0936-35760.00-35755.461.2737-27560.00-27562.70-0.9838-1