斜拉桥结构的ANSYS分析课件

斜拉桥结构的ANSYS分析姓名：吴金花学号：03024212指导教师：杨勇斜拉桥结构的ANSYS分析姓名：吴金花1斜拉桥结构的ANSYS分析课件2斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系。斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系3第一章：绪论第二章：有限元理论与ANSYS软件第三章：斜拉桥初始有限元建模第四章：斜拉桥的静力分析第五章：斜拉桥的动力分析本文结构：第一章：绪论第二章：有限元理论与ANSYS软件第三章：斜拉桥4本文中斜拉桥的模型是双塔三跨斜拉桥，全桥总长640米，桥跨布置为160m+320m+160m。桥面宽度25米，索塔高度145米。斜拉索采用密索体系扇形布置，斜索在主梁每5米处布置一对，全桥共设260根拉索，主塔从塔顶往下每隔16米设置一个斜拉索张拉集中点，桥塔的上塔柱共设4个张拉索的集中点。

本文模型介绍：本文中斜拉桥的模型是双塔三跨斜拉桥，全桥51、主梁：主梁鱼骨刺挂拉索位置单主梁鱼骨刺模型：一、斜拉桥初始有限元建模：项目弹性模量密度泊松比主梁

刚性鱼骨横梁

001、主梁：主梁鱼骨刺挂拉索位置单主梁鱼骨刺模型：一、斜拉桥6

桥梁主塔采用空间梁单元模拟，分为上塔柱、中塔柱、下塔柱三部分。大桥墩部的位移非常小，对大桥的整体影响不大，建模时桥墩按照固定端处理，即限制桥塔底面所有方向的位移。2、桥塔：桥塔模型示意图桥梁主塔采用空间梁单元模拟，分为上塔柱73、拉索：斜拉桥桥跨结构的重力和桥上的活载，绝大部分通过斜拉索传递到塔柱上的。斜拉索在本文中采用用LINK10单元模拟，通过输入单元初始应变参数来考虑索的初始拉力。3、拉索：8对于斜拉桥的斜拉索，通常采用如下假设：（1）索单元只在其截面上产生法向应力（拉应力）。（2）该法向应力在截面上均匀分布。（3）在索变形时其截面面积保持不变。

对于斜拉桥的斜拉索，通常采用如下假设：9整体模型图：整体模型图：10二、静力分析：1、重力作用下的静力分析：重力的大小通过设置重力加速度来加入。重力作用下的位移图：

变形按1：400的比例放大二、静力分析：变形按1：400的比例放大11

表中7#节点在左桥面起始点附近，22#和25#节点在桥面左边跨1/4处，46#节点在左边跨1/2处，70#节点在左边跨3/4处，97#节点为左桥塔处桥面上的点，193#节点为桥面主跨中点，198#节点为左塔中塔柱上一点，200#节点为左塔分叉点，202#节点为左塔上塔柱上一点，204#节点为左塔上塔柱顶点。表中7#节点在左桥面起始点附近，22#和25#节点在桥12NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.00910E-15-1.57890E-022.45070E-0222#1.82150E-023.28250E-15-3.55280E-023.99250E-0246#1.63550E-025.16120E-15-4.38400E-031.69320E-0270#1.34530E-023.90120E-152.78220E-023.09040E-0297#9.40790E-031.08870E-15-2.60760E-039.76260E-03193#5.66380E-12-4.47060E-15-2.14960E-022.14960E-02198#3.39860E-05-9.48110E-08-2.61290E-032.61310E-03200#3.88870E-042.10840E-15-8.17460E-038.18380E-03202#3.88870E-043.18840E-15-1.80110E-021.80870E-02204#4.54710E-034.71180E-15-2.19860E-022.24510E-02表4.1部分节点位移列表NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.013重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：轴力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。

重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：轴力最大值2432.76KN14下图为一般的三跨连续梁典型的恒载弯矩图：

斜拉桥结构重力作用下的弯矩图：下图为一般的三跨连续梁典型的恒载弯矩图：斜拉桥结构重力作用15

标准中常把大量的，经常出现的汽车荷载排成车队形式作为设计荷载。汽车车队分为汽车—10级，汽车—15级，汽车—20级和汽车—超20级四个等级。荷载级别的数字表示一辆主车的重量，以吨计。2、结构负载时的静力分析：2、结构负载时的静力分析：16

本文采用汽车—超20级荷载标准，荷载序列如下（力的单位：千牛，长度单位：米）。

汽车—超20级载荷标准本文采用汽车—超20级荷载标准，荷载序列如下（力的单位17

计算公式：均布压力（车队载荷之和车道数）/（车队长度桥面宽）

计算时为加载方便，将车队集中载荷序列简化为均布压力作用于桥面，算入折减系数和冲击系数，考虑到人群的荷载和其它加重桥梁载荷的因素，按的均布压力来进行计算。计算公式：均布压力（车队载荷之和车道数）/（18重力和负载共同作用下的位移图：位移图并非按比例显示，而是将变形放大了150倍。重力和负载共同作用下的位移图：位移图并非按比例显示，而是将变19在《公路斜拉桥设计规范》中要求，主梁在汽车荷载作用下的最大竖向挠度，当为混凝土主梁时不应大于L/500，刚主梁时不应大于L/400，L为中跨跨径（中跨为两个索塔中间线的距离）。本文中跨长320米，经计算，不论是混凝土主梁还是刚主梁，本文桥梁在车辆载荷作用下的挠度均符合《公路斜拉桥设计规范》的要求。在《公路斜拉桥设计规范》中要求，主梁在20三、动力分析：1、自振特性分析（变形按1：70000的比例显示）

图5.4第二阶竖弯对称振型图5.2第一阶竖弯对称振型图5.3第二阶竖弯反对称振型图5.1第一阶竖弯反对称振型三、动力分析：图5.4第二阶竖弯对称振型图5.2第一阶竖21

图5.5桥塔一阶对称横向侧弯振型图5.7桥塔一阶反对称横向侧弯振型

图5.5桥塔一阶对称横向侧弯振型图5.7桥塔一阶反对称22图5.9桥塔对称纵弯振型图5.10桥塔反对称纵弯振型

图5.11主梁一阶对称横弯振型

图5.13主梁一阶反对称横弯振型

图5.9桥塔对称纵弯振型图5.10桥塔反对称纵弯振型图23斜拉桥结构的ANSYS分析课件24斜拉桥结构的ANSYS分析课件25

本文在自振分析中考虑了斜拉桥的前25阶振动形态。从第一阶振动频率的0.08864Hz到第二十阶振动频率为1.3427Hz，我们可以得出：斜拉桥具有密布的频谱。在一个较宽的频域范围内，许多振型都有可能被动力载荷激起强烈的振动；采用十阶以上的振型分析。同时发现大跨度斜拉桥的柔度较低，有自振周期长，固有频率低的特点。本文在自振分析中考虑了斜拉桥的前25阶振动形态。从第一262、裸塔抗风分析横向风压公式：：基本风压值，取1300Pa。

：设计风速频率换算系数，取1.0。

：风载体型系数。

：风压高度变化系数。

：地形、地理条件系数，在此取1.4。

2、裸塔抗风分析横向风压公式：：基本风压值，取1300Pa。27距离地面高度(m)风载大小(Pa)距离地面高度(m)风载大小(Pa)≤202548902489.76302879.241002555.28401998.361102637.18502129.41202702.7602244.061302768.22702325.961402833.74802407.861502899.26表5.4风载大小及加载位置距离地面高度(m)风载大小(Pa)距离地面高度(m)风载大小28风载作用下的桥塔位移图：风载作用下的桥塔位移图：29图5.16上塔柱受风载弯矩图图5.17中塔柱受风载弯矩图图5.18下塔柱受风载弯矩图图5.16上塔柱受风载弯矩图图5.17中塔柱受风载弯矩图303、地震波瞬态分析图5.19地震水平加速度时程曲线（东-西）图5.20地震水平加速度时程曲线（南-北）图5.21地震竖直加速度时程曲线3、地震波瞬态分析图5.19地震水平加速度时程曲线（东-西31

由于篇幅有限，这里只给出部分点的位移图。193#节点为桥梁主跨中点，46#节点为左半桥主梁1/4处节点，142#节点为左半桥主梁3/4处节点。198#节点为左塔中塔柱上一点，200#节点为左塔分叉点，202#节点为左塔上塔柱上一点，204#节点为左塔上塔柱顶点。由于篇幅有限，这里只给出部分点的位移图。193#节点为32图5.22地震波作用下部分点的Z向位移图5.2313.43s桥面变形图（变形按比例1：20显示）图5.22地震波作用下部分点的Z向位移图5.2313.433图5.24地震波作用下部分主梁上节点的Y向位移图5.24地震波作用下部分主梁上节点的Y向位移34图5.2618.25s桥面横向变形图（变形按比例1:20显示）图5.2618.25s桥面横向变形图（变形按比例1:20显35图5.25地震波作用下部分左塔上节点的Y向位移图5.25地震波作用下部分左塔上节点的Y向位移36图5.2715.31s桥塔横向变形图（变形按比例1：20显示）图5.2715.31s桥塔横向变形图（变形按比例1：20显37图5.28地震波作用下部分节点X向位移图5.28地震波作用下部分节点X向位移38图5.2917.77s桥塔纵向位移图（变形按比例1：20显示）图5.2917.77s桥塔纵向位移图（变形按比例1：20显39本文结论通过静力分析得出：斜拉桥在自重作用下：通过调整斜拉索的初始张拉力，可有效调整主梁的应力和变形；拉索所受的轴应力会随着桥索与桥塔夹角的增大而增大；主梁的弯矩值平均的分布在一个较小的范围内，这样对提升桥梁的跨径有较大的好处。

本文结论通过静力分析得出：40斜拉桥在自重和活载共同作用下：桥面的最大变形出现在主梁的跨中部位，因此主梁跨中的截面是危险截面，但其位移值仍满足《公路斜拉桥设计规范》的要求。本文结论斜拉桥在自重和活载共同作用下：桥面的最大变形出现在主梁的跨中41通过动力计算分析得出：本文斜拉桥的模态分析是一个带有“初应力”的模态分析，是基于重力和索力共同作用下，静力平衡基础上的；它的自振特性表现出明显的三维性和相互耦合的特点；斜拉桥是一种长周期结构，它的周期大于一般土木工程结构的周期，它的自振频率密集分布在低频段内；本文结论通过动力计算分析得出：本文结论42斜拉桥裸塔在承受风载时，最大弯矩出现在桥塔墩部；在地震动激励下，最大竖向位移是主梁跨中截面上的点，最大横向和纵向位移均发生在桥塔上塔柱顶端的位置。本文结论斜拉桥裸塔在承受风载时，最大弯矩出现在桥塔墩部；本文结论43谢谢各位老师！谢谢各位老师！44斜拉桥结构的ANSYS分析姓名：吴金花学号：03024212指导教师：杨勇斜拉桥结构的ANSYS分析姓名：吴金花45斜拉桥结构的ANSYS分析课件46斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系。斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系47第一章：绪论第二章：有限元理论与ANSYS软件第三章：斜拉桥初始有限元建模第四章：斜拉桥的静力分析第五章：斜拉桥的动力分析本文结构：第一章：绪论第二章：有限元理论与ANSYS软件第三章：斜拉桥48本文中斜拉桥的模型是双塔三跨斜拉桥，全桥总长640米，桥跨布置为160m+320m+160m。桥面宽度25米，索塔高度145米。斜拉索采用密索体系扇形布置，斜索在主梁每5米处布置一对，全桥共设260根拉索，主塔从塔顶往下每隔16米设置一个斜拉索张拉集中点，桥塔的上塔柱共设4个张拉索的集中点。

本文模型介绍：本文中斜拉桥的模型是双塔三跨斜拉桥，全桥491、主梁：主梁鱼骨刺挂拉索位置单主梁鱼骨刺模型：一、斜拉桥初始有限元建模：项目弹性模量密度泊松比主梁

刚性鱼骨横梁

001、主梁：主梁鱼骨刺挂拉索位置单主梁鱼骨刺模型：一、斜拉桥50

桥梁主塔采用空间梁单元模拟，分为上塔柱、中塔柱、下塔柱三部分。大桥墩部的位移非常小，对大桥的整体影响不大，建模时桥墩按照固定端处理，即限制桥塔底面所有方向的位移。2、桥塔：桥塔模型示意图桥梁主塔采用空间梁单元模拟，分为上塔柱513、拉索：斜拉桥桥跨结构的重力和桥上的活载，绝大部分通过斜拉索传递到塔柱上的。斜拉索在本文中采用用LINK10单元模拟，通过输入单元初始应变参数来考虑索的初始拉力。3、拉索：52对于斜拉桥的斜拉索，通常采用如下假设：（1）索单元只在其截面上产生法向应力（拉应力）。（2）该法向应力在截面上均匀分布。（3）在索变形时其截面面积保持不变。

对于斜拉桥的斜拉索，通常采用如下假设：53整体模型图：整体模型图：54二、静力分析：1、重力作用下的静力分析：重力的大小通过设置重力加速度来加入。重力作用下的位移图：

变形按1：400的比例放大二、静力分析：变形按1：400的比例放大55

表中7#节点在左桥面起始点附近，22#和25#节点在桥面左边跨1/4处，46#节点在左边跨1/2处，70#节点在左边跨3/4处，97#节点为左桥塔处桥面上的点，193#节点为桥面主跨中点，198#节点为左塔中塔柱上一点，200#节点为左塔分叉点，202#节点为左塔上塔柱上一点，204#节点为左塔上塔柱顶点。表中7#节点在左桥面起始点附近，22#和25#节点在桥56NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.00910E-15-1.57890E-022.45070E-0222#1.82150E-023.28250E-15-3.55280E-023.99250E-0246#1.63550E-025.16120E-15-4.38400E-031.69320E-0270#1.34530E-023.90120E-152.78220E-023.09040E-0297#9.40790E-031.08870E-15-2.60760E-039.76260E-03193#5.66380E-12-4.47060E-15-2.14960E-022.14960E-02198#3.39860E-05-9.48110E-08-2.61290E-032.61310E-03200#3.88870E-042.10840E-15-8.17460E-038.18380E-03202#3.88870E-043.18840E-15-1.80110E-021.80870E-02204#4.54710E-034.71180E-15-2.19860E-022.24510E-02表4.1部分节点位移列表NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.057重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：轴力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。

重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：轴力最大值2432.76KN58下图为一般的三跨连续梁典型的恒载弯矩图：

斜拉桥结构重力作用下的弯矩图：下图为一般的三跨连续梁典型的恒载弯矩图：斜拉桥结构重力作用59

标准中常把大量的，经常出现的汽车荷载排成车队形式作为设计荷载。汽车车队分为汽车—10级，汽车—15级，汽车—20级和汽车—超20级四个等级。荷载级别的数字表示一辆主车的重量，以吨计。2、结构负载时的静力分析：2、结构负载时的静力分析：60

本文采用汽车—超20级荷载标准，荷载序列如下（力的单位：千牛，长度单位：米）。

汽车—超20级载荷标准本文采用汽车—超20级荷载标准，荷载序列如下（力的单位61

计算公式：均布压力（车队载荷之和车道数）/（车队长度桥面宽）

计算时为加载方便，将车队集中载荷序列简化为均布压力作用于桥面，算入折减系数和冲击系数，考虑到人群的荷载和其它加重桥梁载荷的因素，按的均布压力来进行计算。计算公式：均布压力（车队载荷之和车道数）/（62重力和负载共同作用下的位移图：位移图并非按比例显示，而是将变形放大了150倍。重力和负载共同作用下的位移图：位移图并非按比例显示，而是将变63在《公路斜拉桥设计规范》中要求，主梁在汽车荷载作用下的最大竖向挠度，当为混凝土主梁时不应大于L/500，刚主梁时不应大于L/400，L为中跨跨径（中跨为两个索塔中间线的距离）。本文中跨长320米，经计算，不论是混凝土主梁还是刚主梁，本文桥梁在车辆载荷作用下的挠度均符合《公路斜拉桥设计规范》的要求。在《公路斜拉桥设计规范》中要求，主梁在64三、动力分析：1、自振特性分析（变形按1：70000的比例显示）

图5.4第二阶竖弯对称振型图5.2第一阶竖弯对称振型图5.3第二阶竖弯反对称振型图5.1第一阶竖弯反对称振型三、动力分析：图5.4第二阶竖弯对称振型图5.2第一阶竖65

图5.5桥塔一阶对称横向侧弯振型图5.7桥塔一阶反对称横向侧弯振型

图5.5桥塔一阶对称横向侧弯振型图5.7桥塔一阶反对称66图5.9桥塔对称纵弯振型图5.10桥塔反对称纵弯振型

图5.11主梁一阶对称横弯振型

图5.13主梁一阶反对称横弯振型

图5.9桥塔对称纵弯振型图5.10桥塔反对称纵弯振型图67斜拉桥结构的ANSYS分析课件68斜拉桥结构的ANSYS分析课件69

本文在自振分析中考虑了斜拉桥的前25阶振动形态。从第一阶振动频率的0.08864Hz到第二十阶振动频率为1.3427Hz，我们可以得出：斜拉桥具有密布的频谱。在一个较宽的频域范围内，许多振型都有可能被动力载荷激起强烈的振动；采用十阶以上的振型分析。同时发现大跨度斜拉桥的柔度较低，有自振周期长，固有频率低的特点。本文在自振分析中考虑了斜拉桥的前25阶振动形态。从第一702、裸塔抗风分析横向风压公式：：基本风压值，取1300Pa。

：设计风速频率换算系数，取1.0。

：风载体型系数。

：风压高度变化系数。

：地形、地理条件系数，在此取1.4。

2、裸塔抗风分析横向风压公式：：基本风压值，取1300Pa。71距离地面高度(m)风载大小(Pa)距离地面高度(m)风载大小(Pa)≤202548902489.76302879.241002555.28401998.361102637.18502129.41202702.7602244.061302768.22702325.961402833.74802407.861502899.26表5.4风载大小及加载位置距离地面高度(m)风载大小(Pa)距离地面高度(m)风载大小72风载作用下的桥塔位移图：风载作用下的桥塔位移图：73图5.16上塔柱受风载弯矩图图5.17中塔柱受风载弯矩图图5.18下塔柱受风载弯矩图图5.16上塔柱受风载弯矩图图5.17中塔柱受风载弯矩图743、地震波瞬态分析图5.19地震水平加速度时程曲线（东-西）图5.20地震水平加速度时程曲线（南-北）图5.21地震竖直加速度时程曲线3、地震波瞬态分析图5.19地震水平加速度时程曲线（东-西75

由于篇幅有限，这里只给出部分点的位移图。193#节点为桥梁主跨中点，46#节点为左半桥主梁1/4处节点，142#节点为左半桥主梁3/4处节点。198#节点为左塔中塔柱上一点，200#节点为左塔分叉点，202#节点为左塔上塔柱上一点，204#节点为左塔上塔柱顶点。由于篇幅有限，这里只给出部分点的位移图。