斜拉桥动力特性报告.docx

《弹塑性力学与有限元》课程作业主跨1500m斜拉桥设计 2015年1月目录1.有限元模型建立- 3 -1.1单元介绍- 3 -1,2边界条件设定- 4 -1,3有限元模型图- 4 -2、成桥状态恒载分析结果- 5 -2.1荷载作用下全桥位移云图分析- 5 -2.2恒载作用下结构支反力- 7 -3、桥梁动力特性计算- 13 -3.1成桥状态10阶模态及频率计算- 13 -3.2成桥状态等效质量计算- 13 -3.3振型图- 15 -1.有限元模型建立1.1单元介绍采用ANSYS14.5结构分析软件对该斜拉桥进行结构动力特性分析 采用双主梁模型进行有限元建模。结构各部分的单元设定如下：（1）主梁单元：钢主梁采用BEAM4单元建模，主梁受力宽度为23.25米，以横梁间距划分单元，采用双主梁模式，在钢箱梁形心处建模。（2）斜拉索单元：采用LINK10单元模拟，每根索一个单元，采用Ernst公式修正弹性模量的方法来考虑拉索垂度效应，通过初应变施加索力。（3）弹性横梁单元：弹性横梁采用BEAM4模拟，长度14m，截面尺寸3.2×5m和1×5m，横梁与主梁之间采用刚臂连接。（4）桥塔单元：采用BEAM4单元模拟，桥塔为C40混凝土，弹性模量为3.25E+4MPa。（5）刚臂单元：刚臂采用BEAM4单元建模，用刚臂连接弹性横梁与主梁形心，以及主梁形心与斜拉索锚固点的连接，刚臂单元密度为0，刚度取极大值。（6）桥墩：采用BEAM4来模拟，桥墩为C40钢筋混凝土，弹性模量为3.25E+4MPa。（7）所有截面特性均通过ANSYS14.5计算得到，通过实常数赋值。（8）桥面铺装等二期恒载通过MASS21单元模拟。（9）过渡墩和辅助墩采用双柱式桥墩，通过在主梁截面位移耦合来模拟位移和主梁扭转。全桥通过ANSYS命令流建模采用半漂浮结构，按照以下边界条件进行建模。边界条件设定见表1.11,2边界条件设定表1.1 有限元模型边界条件设定节点UXUYUZROTXROTYROTZ成桥状态塔底、墩底√√√√√√主梁通过中桥塔处√×√×××主梁通过边桥塔处××√×××辅助墩墩顶与主梁×√√×××过渡墩墩顶与主梁×√√×××1,3有限元模型图成桥状态的动力特性分析有限元模型见图1.1图1.1成桥状态有限元模型2、成桥状态恒载分析结果2.1荷载作用下全桥位移云图分析2.1.1恒载作用下全桥Y方向位移云图图2.1恒载作用下全桥Y方向位移云图2.1.2恒载作用下全桥X方向位移云图图2.2恒载作用下全桥X方向位移云图2.1.3恒载作用下中塔总位移图图2.3恒载作用下中塔总位移图由图可知，中塔最大位移值0.143m2.1.4恒载作用下边塔总位移图图2.3恒载作用下边塔总位移图由图可知，边塔最大位移值1.23m，变形偏大2.2恒载作用下结构支反力恒载作用下结构支反力见表2.1表2.1恒载作用下桥梁支反力FX（kN）FY（kN）FZ（kN）MX(kN*m)MY(kN*m)MZ(kN*m)前辅助墩1032079744600前辅助墩2032080956700后辅助墩1029841318700后辅助墩2029839633600后过渡墩102109770413100后过渡墩2021100-73-428500前过渡墩1018549107555800前过渡墩2018550-103-536900中塔1-1204901157800-1538001667100-172450-1081600中塔21203101157300-15384016641001738501088600中塔31235101181900153870-1826100-1522801108300中塔4-1237401182400153820-1830100149900-1099100前边塔1-109751158600-17260012996007681703570700前边7681703570700后边塔1108871159700-1728001301100-763700-3550000后边塔2108871159700172780-1302600763700-3550000总值-591951910016-3269302.3恒载作用下主梁内力图2.3.1恒载作用下主梁弯矩图图2.3恒载作用下主梁弯矩图由图可知，主梁最大弯矩值为 97300KN*m,最小弯矩值-111000KN*m 2.3.2恒载作用下主梁轴力图 图2.4恒载作用下主梁轴力图由图可知，主梁最大轴力值为 -170000KN,最小轴力值-11900KN2.3.3恒载作用下主梁剪力图图2.5恒载作用下主梁剪力图由图可知，主梁最大剪力值为6600KN,最小剪力值--6500KN2.3.4恒载作用