斜拉桥结构的ANSYS分析.ppt

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。 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。 1、主梁： 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。 3、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。 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。 整体模型图： 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： 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。 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。 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）。 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。 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。 三、动力分析： 1、自振特性分析（变形按1：70000的比例显示） 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。 2、裸塔抗风分析 3、地震波瞬态分析 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。 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 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 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 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。 图5.22　地震波作用下部分点的Z向位移 图5.23　13.43s桥面变形图（变形按比例1：20显示） 图5.24　地震波作用下部分主梁上节点的