基于ANSYS的简支板梁桥横向分布系数计算.docx

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1、基于ANSYS的简支板梁桥横向分布系数计算 摘要： 本文采纳大型有限元计算软件对简支板梁桥的横向分布系数计算进行了探讨，并通过实例对此计算过程进行了说明，同时探讨了横向连接的刚度对横向分布系数的影响，计算结果表明，采纳ANSYS软件计算横向分布系数具有肯定的理论依据和工程实践性。 Abstract: This paper uses a large-scale finite element calculation software for calculating transverse distribution coefficient of plate girder bridge, and ill

2、ustrates the calculation process by an example, and discusses the influence of rigidity of cross connection on transverse distribution coefficient. The calculation result shows that the use of ANSYS software for calculating transverse distribution coefficient has certain theoretical basis and the en

3、gineering practice. 关键词： ANSYS；横向分布系数 Key words: ANSYS；transverse distribution coefficient 中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1016-431120-0078-02 0 引言 桥梁的计算内容许多，其中最重要的或者说最核心的就是桥梁的横向分布系数的计算或者说荷载在各主梁间如何安排的计算。桥梁是一个由几片主梁组成的空间结构，桥梁影响面的计算，是一个空间计算，求解困难，可操作性不强。为了能够得到桥梁的横向分布状况，一般对个主梁之间的受力特性进行肯定的假定，从而就形成了各种比较经典的横向分布系数计算理

4、论:如铰接板法，杠杆法，偏心压力法等。由于力学假定的存在，实践证明，这些方法都存在肯定的缺陷，因此，有必要探讨一种新的计算方法来计算桥梁的横向分布系数。 ANSYS软件是基于有限元计算方法而开发出来的，它能够模拟各种结构体系的力学计算，并且具有良好的计算精度和计算速度，在桥梁工程力学计算中也得到广泛的应用。在此，本文基于简支梁桥横向分布系数计算理论，采纳ANSYS模拟计算各片主梁的受力特征，然后计算出桥梁的横向分布系数。试图从一种新的角度来阐述桥梁横向分布系数的计算方法。 1 铰接板法计算横向分布系数 桥面在荷载P作用下，主梁之间的结合缝通过承受内力，而起到传递荷载的作用。结合缝上的内力可以分

5、为竖向剪力、横向弯矩、纵向剪力和法向力，由于桥面主要承受竖向荷载，因此结合缝上的内力以剪力为主，其余内力均较小可以忽视，因此可以假定结合缝仅传递竖向剪力，从而计算荷载横向分布影响线坐标1。 鉴于荷载、铰接力和挠度三者的协调性，为了便利地探讨各条板梁所分布荷载的相对规律，不失其一般性地取跨中单位长度的截割段来进行分析，此时各板条间铰接力可用gi来表示。 以图1为例，它表示一座横向铰接板桥的横截面图，现在来探讨单位荷载作用在1号板梁轴线上时，荷载在各条板梁内的横向分布，计算图示如图1所示。 以图 1所示的五块板为例，即为： 1#板 p=1-g2#板 p=g-g3#板 p=g-g4#板 p=g-g5

6、#板 p=g 利用两相邻板块在铰接缝处的竖向相对位移为零的变形协调条件，就可解出全部铰接力峰值。对于图1的基本体系，可以列出四个正则方程如下： g+g+g+g+=0g+g+g+g+=0g+g+g+g+=0g+g+g+g+=0 式中：ik为铰接缝k内作用单位正弦铰接力，在铰接缝i处引起的竖向相对位移；ip为外荷载p在铰接缝i处引起的竖向位移。一般来说n块板就有n-1个联立方程，因此只要确定了刚度参数和板块数量就可解出全部n-1个未知铰接力gi，从而就可以得到荷载作用下安排到各板块的竖向荷载值。 2 有限元计算理论 有限元出现于20世纪50年头，最初是用来处理固体力学问题提出来的。随着现代力学、计

7、算数学和计算技术的发展，以变分原理为基础的有限元法可以应用于解决各种连续介质问题和场问题。并且随着计算机技术的发展出现了许多基于有限元理论的计算软件，如：ANSYS，ABAQUS，MIDAS，RASNA等。现在对有限元求解步骤进行简洁介绍2。 结构离散，就是把一个连续体分割成若干单元；插值函数的选取，给每个单元指定结点，然后选择插值函数以表达场变量在单元上的改变；建立单元中力和位移的关系。一旦建立了单元模型，我们就能定出确定单个单元性质的矩阵方程；集成单元性质以得到系统的方程。为了通过单元网格得到整个系统模型的性质我们必需“集成”全部单元的性质；引入边界条件。在求解系统方程之前，必需对它加以修

8、改以适应问题的边界条件；求解系统方程。集成过程给出了一组联立的方程，求解这组方程我们就可以得到问题的未知的结点值。 3 ANSYS计算简支梁横向分布系数 某空心板桥跨径12.6米，桥面净空为净7+21.0米的人行道，全桥由9块预应力混凝土空心板组成，详细尺寸见图2和图3。 参照桥梁工程3，可以采纳铰接板法，依据式和式计算1到5号主梁的横向分布系数。由于在计算每片主梁的横向分布系数时，都须要解一个四元一次方程组，并且要求计算主梁的刚度系数，这样是相当困难的，手算实现相当困难。在此考虑采纳ANSYS软件模拟计算各片主梁的横向分布系数。 3.1 模型的建立 首先建立空心板的横截面模型，并将其划分网格

9、，如图4，以计算空心板的刚度系数。 然后建立各片主梁的数值模型，采纳刚性链杆模拟各板之间的铰缝，它的J节点转动全部放松，这和桥梁的实际状况是相吻合的。并对各板两端根据简支梁进行约束，如图5。 3.2 参数选取 各空心板与铰缝的力学参数如表1。 3.3 结果分析 采纳循环变更加载点，使单位力沿中跨横向移动，图6为在各主梁上施加单位荷载时的弯矩图。 依据各片主梁的弯矩图可以得到，15#板的横向分布系数。 4 铰接板弹性模量对横线分布系数的影响 为了探讨铰缝的刚度对横向分布系数的影响，分别取铰缝的弹性模量为1016MPa，1014MPa，1012MPa，1010MPa和108MPa计算1#板的横向分

10、布系数，如图8。 从图8可以看出，铰缝的弹性模量变更肯定数量级，1#板的横向分布系数基本不变，说明铰缝的弹性模量对主梁的横向分布系数影响不大。 5 结论 本文在分析铰接板法计算桥梁横向分布系数的基础上，采纳大型有限元软件ANSYS计算了空心板梁的横向分布系数，ANSYS计算结果能满意工程精度要求，并且有计算速度快的特点。同时分析了铰缝的刚度对主梁横向分布系数的影响，结果表明铰缝的弹性模量对横向分布系数影响不大。 参考文献： 1DonaldnJ. Journal March-April, An Overview of Prestressed Segmental Concrete Bridges.PCI Journal / March-April, 11013. 2王新敏.ANSYS工程结构数值分析M.人民交通出版社,2022. 3邵旭东.桥梁工程M.人民交通出版社.2004. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页