有限元分析报告.doc

PAGE 0 PAGE 0 1 有限元分析报告 班级：土木1204 学号：19 姓名：廖枭冰 有限元分析报告 班级： 土木1204 学号： 23 姓名： 梅雨辰 PAGE 11 PAGE 1 1 1 混凝土上承式空腹式拱桥研究 一 引言 本文通过SAP2000软件，对混凝土上承式空腹式拱桥在上部车辆荷载作用下，各个部位的内力和应力的分布进行分析，对强度和刚度进行校核，提出存在的问题，最后进行改进。 工程实例图 模型三维图 二 模型尺寸及构件截面 该拱桥总跨度L=80m,高H=20m,宽度10m，分为五个构件 1拱肋：一段圆弧线，水平投影长度80m,采用箱型截面，高1.6m,宽2m，翼缘厚度0.22m,腹板厚度0.15m 2主梁：长80m,采用箱型截面，高6m,宽2m,翼缘厚度1.1m,腹板厚度0.55m 3立柱：拱桥与主梁的之间的竖向构件，采用矩形截面，长宽均为1.2m，分别在桥的每隔10m布置1根 4横系梁：拱肋之间的横向构件，采用矩形截面，高0.6m,宽0.4m 5桥面：长80m,宽10m,厚度为0.6m,保护层厚度30mm 三 材料定义 所有构件均采用C50混凝土，配置钢筋，抗压强度,弹性模量 四 计算模型假设与简化 = 1 \* GB2 ⑴由于拱肋，主梁，立柱，横系梁长度远大于宽度及高度，将其定义为杆件单元。 = 2 \* GB2 ⑵由于桥面的厚度远小于其长度和宽度，将其定义为平面厚壳单元。 = 3 \* GB2 ⑶圆弧拱肋采用在圆弧线上取点，用折线杆件进行逼近。 = 4 \* GB2 ⑷由于拱肋伸入桥台或桥墩，位移和转角均被束缚，两端采用固定端约束，形成无铰拱模型。 = 5 \* GB2 ⑸由于主梁支撑在刚度较其大的多的桥台或桥墩上，又考虑到主梁长度方向的热胀冷缩，将其一端定义为固定铰支座，另一端定义为辊轴支座。 = 6 \* GB2 ⑹由于工程实际多采用混凝土现浇工艺，所有构件的连接处视为刚接 = 7 \* GB2 ⑺由于拱顶与主梁之间的混凝土的厚度较小，可忽略这部分混凝土，让拱顶与主梁直接接触。 = 8 \* GB2 ⑻由于桥面的重量较其它杆件大得多，故只考虑桥面的重量。 = 9 \* GB2 ⑼计算车辆对桥面的荷载时，不考虑车辆的具体尺寸，将其定义为均布荷载加在桥面上。 五 模型受力分析 在桥面上施加规范规定的的公路一级荷载，来模拟车辆对桥的压力。 六 结果展示（分析与校核） 1 强度分析 桥面单元 桥 面 弯 矩 图 桥面内力主要为弯矩，从弯矩图可以看出桥面的弯矩由中间向两边逐渐减小，从中间的正值（下侧受拉），到桥面边缘出现负值（上侧受拉），其受力特点与框架梁受均布荷载类似，由于桥面与梁刚接，桥面可看成无数沿横向布置的框架梁拼成的。 桥面应力色谱图 应力的分布与弯矩大致相同，更加验证了弯矩是桥面板的主要内力，最大压应力在桥面中间，，最大拉应力出现在桥面边缘，混凝土处于开裂工作状态，拉力由钢筋承担，桥面板的强度符合要求。 杆件单元弯矩 竖向平面弯矩图M3（正立面） 从图中可以明显看出主梁所承受的弯矩远远大于拱肋与立柱，弯矩最大出现在边缘的立柱处，其主要原因是由于梁左端固定铰支座限制向下的位移，靠近左端的立柱，支撑在拱上，与拱一起下沉，产生较大的相对的位移，使梁下部受拉，产生较大的弯矩，由于梁的跨高比,由弯矩产生的最大正应力可由材料力学弯曲正应力公式,箱型梁的,, ,混凝土处于带裂缝工作阶段，拉应力由钢筋承受，至于由剪力产生的切应力，根据工程实际需要配置密集的箍筋，一般总能满足强度要求。 杆件单元轴力 轴力图 承受轴力的构件以拱圈为主，其次是立柱，主梁和横系梁可以忽略不计，立柱的轴力分布大致比较均匀，而拱则极不均匀，从拱顶到拱底轴力呈逐渐增大的趋势,在支座处轴力最大，取任意截面，上面分布轴力，剪力与弯矩，沿水平方向建立平衡方程，设拱的任意一点的切线与水平方向的夹角为，(为拱脚水平推力），由于，所以,从拱顶到拱底，从0逐渐增大