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文档简介

悬索拱桥的谐响应及地震谱响应分析1、问题描述:悬索拱桥除了承受风载、地震载荷外,更多的面临是车辆载荷的作用。山于共振引起的桥梁坍塌事故过去和现在都有发生,因此,根据动态分析的结果,对悬索拱桥结构进行直接的动态性能评估具有一定的指导意义。本文将先进行悬索拱桥的谐响应分析,确定悬索拱桥在单位简谐载荷作用下的结构响应,然后将在桥体侧向加地震谱,确定该桥体的结构响应。所选悬索拱桥长140m,桥墩高10m,悬索最高点距桥面的距离为20mo桥面采用混凝土材料,桥身框架采用钢材。2、建模过程1) 定义工作文件名和工作标题设定匸作文件名为BRIDGEHARMONICANALYSIS,图形标题为BRIDGEHARMONICANALYSIS.2) 定义单元类型本分析将采用三种单元类型,桥体框架讲使用BEAM4单元,桥面将使用SHELL63单元,悬索将使用LINK10单元。操作如下:Denned T*yp•■:T01 B£AM4Tjipe2UNK10 疋3SH6U63图i单元类型泄义3)定义单元实常数定义三组实常数。其中,实常数1针对BEAM4单元实常数2针对LINK10单元,实常数3针对SHELL63单元。如下图:ElementTypeReFcfenceNo.2RedCcnsUrtSetNo.2Crosssecxbnalarea A应人0/)314Irrtal ISTRN0・l|OK| Apply| 1

GoM-MCbofldar*aAREAAr“wvc«vb«nto4 KZZA/e»rVKWnt0*in«Tid IWThiekr»»«dc«*g2am TKZThkfcnmadongYaaia TKVOWHSeObOtX!XGoM-MCbofldar*aAREAAr“wvc«vb«nto4 KZZA/e»rVKWnt0*in«Tid IWThiekr»»«dc«*g2am TKZThkfcnmadongYaaia TKVOWHSeObOtX!X机%TMETAX曲»<re;n l$TRNTo<ttonalmamorrt&invrriaIXXth…d・(WE"心"2SHrAAZE如ereType W)匕・lComtareS«1NouSheardeOe<<on«xmYSHEAR*ftotaftcnalfr^qusneySPINAdd*dmAMA^nkUA^thADC^><A£5 |ac“iI匚\OAC07[aiw7II:匸厂匸厂厂匸$hdltNckr»?w«nodeiWlMrode>TK切acnod^KTKOOxnod.LTK|1)£b«c^xrd^tion庐mm€F$ElemercX-awsrotationTHETAB«ndrt^momoFirwrturM>o駅UOwtfromrridsurftotopCT8fromaid28botCOOTAdded 2fMADM5UA* |卯內|a*图2单元实常数左义4) 定义材料参数整体模型采用两种材料:桥身框架采用钢材,弹性模量EX=2.0X1O】1PN泊松比PRXY=0.3,密度DENS=7800kg/m3;桥面采用混凝土,弹性模量EX=3.0XlO^Pi,泊松比PRXY=0.2,密度DENS=5000kg/m3o5) 创建关键点山于桥体具有对称性,首先创建单侧的关键点,然后通过平移复制得到另一侧的关键点,所有关键点创建完成后如下图:TOllHSTTPEJKXANTOllHSTTPEJKXXC1$2Crll13M<i3320)235.:MEHA55♦:CI:AXULLYSXS图3关键点左义6)创建桥体框架连接相应关键点,建立桥体模型框架结构,结果如下图:iuasn-PEOTM/MViuasn-PEOTMD€C13201119;&2:M

图4桥体框架7)创建桥面整个桥面山9块平面组成,创建完成后如下图:FOISTSMCFOISTSMC13201113:46:33图5桥体几何模型至此,整个悬索拱桥的儿何模型已经创建完毕。8)划分网格根据模型的特点和使用的材料情况,采用人工分网,桥体框架采用BEAM4单元、1号实常数和1号材料,网格大小指定为2,划分网格前需要选定相应的桥体框架直线,桥面上的8根悬索采用LINK10单元、2号实常数和1号材料,网格指定大小为1,桥面釆用SHELL63单元、3号实常数和2号材料,网格大小指定为2。划分结果如下图:sizarsANsizarsIEC13201113156151L、.L、.图6分网之后的有限元模型3、谐响应载荷分析1) 设定分析类型进入ansys求解器,设定分析类型为Harmonic。2) 设置分析选项求解方法选择Full,输出形式选择Real+imaginary,单击OK关闭对话框。图7图7分析选项设泄3)载荷步选项设置设定频率范圉为0-2.5HZ,载荷子步数为50载荷形式选择Ramped,单击OK按钮。HarmonicFrequencyandSufetepOption^(HARFRQJHarmoricfreqrdnge2.5[NSUBSrjNumberofsubeteos[K8C]Steppedorrampedbe(5Ramped厂SteppedOKI CanedI图8载荷步选项设置4)施加位移约束4/10

在图形窗口选择4个支座处节点,在ALLDOF中VALUE文本框中输入0,单击OK按钮,釆取同样的方法在桥面两端的节点施加UX方向位移约束为0,结果如下图:AIMAIMAKFLITIKJE阻2AKFLITIKJE阻225BRIXEHARMONICAXALYSIS图9位移约朿5) 施加载荷在图形中选择节点5和节点25,载荷方向选择FY,载荷实部输入1,虚部为0,单击OK按钮。至此,所有边界条件加载完毕。6) 谐响应求解执行SolveCurrentLoadStep对话框,求解谐响应结果,完成后推出求解器。7) 观察结果定义Y-Compentofdisplacement变量名取为UY-1,在图形窗口拾取左侧悬索和桥面连接处的节点,同理,选取中间悬索和桥面连接处的节点Y方向定义位移为Y-2.在TimeHistoryVariables对话框中显示图形窗口变量UY-1和UY-2随频率的变化曲线。/V1MDECL3201117:56:49图10桥面挠度响应曲线地震载荷响应1)计算模态解进入ansys求解器,设置分析类型为Modal,模态提取方法釆用BlockLanzcos,提取模态数为10,设置完成后进行模态求解,求解完毕退出求解器,参数设置窗口如下:MODOPTJMod*vxtr>ct*onirwthodBbckLancxo*rPCGUnaas厂Reduced「Damped广QRDamped「SupernodeNo.ofmod»toew^ct81(muttbespecifiedfordlmMhodt•wcepetheR*duc»dmathad):MXPANO)&p亦dmode力'UMOOENo.mod«Btovipand9VatM 丨rNo1UMPM]Uslimbed app^w?⑸IndrNorno图11模态分析选项设宜2)谱分析求解重新进入ansys求解器,设置分析类型为Spectrum»在SpectrumAnalysis中设置谱分析类型为Single-ptresp,模态求解数设为10。激励谱类型为Seismicdisplac,激励方向为0、1、0,单击OK按钮。定义激励谱曲线,结果如下图:[FREQ]FrequencyTabicEnterupto20valuesofFrequencyFREQ1FREQ2FREQ3FREQ4kccaikccaiscunicu#/10由图14,15,16分析可知,曲于施加激励谱的方向为Y方向,所以桥面在Y方向产生较大变形,且主要集中在左右两端的悬索附近,而悬索在此情况下应产生较大的变形。6、实验心得体会通过该实验了解了ansys动态分析的应用,学习了同一模型使用多种材料分析的方法,学习了谐响应分析,模态分析,谱分析,模态合并的使用,动力学分析和静态分析还是有许多的不同,山于在学习的过程中可能了解体会等有诸多不

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