1、斜拉桥结构的斜拉桥结构的ANSYSANSYS分析分析姓名：吴金花姓名：吴金花学号：学号：0302421203024212指导教师：杨勇指导教师：杨勇 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。第一章：绪论第二章：有限元理论与ANSYS软件第三章：斜拉桥初始有限元建模第四章：斜拉桥的静力分析第五章：斜拉桥的动力分析本文结构：本文结构：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
2、点，桥塔的上塔柱共设4个张拉索的集中点。本文模型介绍：本文模型介绍：1、主梁：、主梁：主梁鱼骨刺挂拉索位置单主梁鱼骨刺模型：一、斜拉桥初始有限元建模：一、斜拉桥初始有限元建模：项目弹性模量密度泊松比主梁刚性鱼骨横梁00103.5 1026000.17161.0 10 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。2、桥塔：、桥塔：桥塔模型示意图3、拉索：、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
3、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：二、静力分析：1、重力作用下的静力分析：、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：变形按1：400的比例放大 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
4、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。NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.00910E-15-1.57890E-022.45070E-0222#1.82150E-023.28250E-15-3.55280E-023.99250E-0246#1.63550E-025.16120E-15-4.38400E-031.69320E-0270#1.34530E-023.90120E-152.78220E-023.09040E-0297#9.40790E-031.08870E-15-2.60760E-039.76260E-03193#5.66380E
5、-12-4.47060E-15-2.14960E-022.14960E-02198#3.39860E-05-9.48110E-08-2.61290E-032.61310E-03200#3.88870E-042.10840E-15-8.17460E-038.18380E-03202#3.88870E-043.18840E-15-1.80110E-021.80870E-02204#4.54710E-034.71180E-15-2.19860E-022.24510E-02表表4.1部分节点位移列表部分节点位移列表重力作用下左半桥斜拉索的轴力图：轴力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。
6、下图为一般的三跨连续梁典型的恒载弯矩图：斜拉桥结构重力作用下的弯矩图：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。2、结构负载时的静力分析：、结构负载时的静力分析：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）。汽车超20级载荷标准 计算公式：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
7、的均布压力来进行计算。23.0/KN m重力和负载共同作用下的位移图：位移图并非按比例显示，而是将变形放大了150倍。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：三、动力分析：1、自振特性分析（变形按、自振特性分析（变形按1：70000的比例显示）的比例显示）图5.4第二阶竖弯对称振型图5.2第一阶竖弯对称振型图5.3第二阶竖弯反对称振型
8、图5.1第一阶竖弯反对称振型图5.5桥塔一阶对称横向侧弯振型图5.7桥塔一阶反对称横向侧弯振型图5.9桥塔对称纵弯振型图5.10桥塔反对称纵弯振型 图5.11主梁一阶对称横弯振型 图5.13主梁一阶反对称横弯振型 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、裸塔抗风分析12340WK K K K W0W1K2K3
9、K4K横向风压公式：基本风压值，取1300Pa。：设计风速频率换算系数，取1.0。：风载体型系数。：风压高度变化系数。：地形、地理条件系数，在此取1.4。距离地面高度(m)风载大小(Pa)距离地面高度(m)风载大小(Pa)202548902489.76302879.241002555.28401998.361102637.18502129.41202702.7602244.061302768.22702325.961402833.74802407.861502899.26表表5.4风载大小及加载位置风载大小及加载位置风载作用下的桥塔位移图：图5.16上塔柱受风载弯矩图图5.17中塔柱受风载弯矩
10、图图5.18下塔柱受风载弯矩图3、地震波瞬态分析、地震波瞬态分析图5.19地震水平加速度时程曲线（东-西）图5.20地震水平加速度时程曲线（南-北）图5.21地震竖直加速度时程曲线 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。图5.22地震波作用下部分点的Z向位移图5.2313.43s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Y向位移图5.2618
11、.25s桥面横向变形图（变形按比例1:20显示）图5.25地震波作用下部分左塔上节点的Y向位移图5.2715.31s桥塔横向变形图（变形按比例1：20显示）图5.28地震波作用下部分节点X向位移图5.2917.77s桥塔纵向位移图（变形按比例1：20显示）本文结论本文结论 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。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。本文结论本文结论
