Ansys桥梁计算文档格式.doc
《Ansys桥梁计算文档格式.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Ansys桥梁计算文档格式.doc(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
用处。
因此使用Ansys要注意各单元的Keyopt选项。
不同的选项会产生不
同的结果。
·
举例来说:
对线性元例如Solid45,要想把弯曲问题计算得比较精确,必
须要采用非协调模式。
采用完全积分会产生剪切锁死,减缩积分又会产生
零能模式(ZEM),非协调的线性元可以达到很高的精度,并且计算量比高阶
刷、很多,在变形较大时,用EnhancedStrain比非协调位移模式(Enhaced
Displacement)更好(Solidl85)。
但是这些非协调元都要求网格比较规则才
行,网格不规则的话,精度会大大下降,所以如何划分网格也是一门实践性
很强的学问。
采用高阶单元是提高精度的好办法,拿不定主意时采用高阶元是个比
较保险的选择,但是高阶单元在某些情况下也会出现剪切锁死,并且很难发
现,因此用减缩积分的高阶元通常是最保险的选择,但是在大位移时,网格
扭曲较大,减缩积分就不适用。
不同结构形式的桥梁具有不同的力学行为,必须针对性地创建其模型,’
选择维数最低的单元去获得预期的效果(尽量做到能选择点而不选择线,能
选择线而不选择平面,能选择平面而不选择壳,能选择壳而不选择三维实
体)。
下面的几节介绍一下桥梁工程计算中经常会用到的单元。
***桥梁仿真单元类型
一、建议选用的单元类型
在桥梁用Ansys建立模型时,可参照以下建议用的单元进行桥梁模型
的建立。
.1.梁(配筋)单元:
桥墩、箱梁、纵横梁。
2.板壳(配筋)单元:
桥面系统。
3.实体(配筋)单元:
桥墩系统、基础结构。
4.拉杆单元:
拱桥的系杆、吊杆。
5.拉索单元:
斜拉桥的索、悬索桥的钢丝绳。
6.预紧单元:
索力控制、螺栓铆钉连接。
7.连接单元:
支座、地基。
二、常见桥梁连接部位
在桥梁建立模型时要准确模拟边界条件,因此要准确分析连接部位的
固有特性。
(一)常见桥梁连接部位
1.固定支座、铰支、可滑移支座等空间支座系统。
2.带减振和隔振措施的减振支座系统。
3.地基—主体之间桩-基系统。
4.刚构之间的螺栓连接、铆接等。
5.梁管之间的球接和铰接等。
(二)连接部分解决方法
Ansys在解决桥梁不同的连接部位时可选用如下的方法:
1.Combin7、Combin40、Linkll、Contact52、Combine38弹簧(阻尼、间隙
元):
可用来模拟支座、绳索、拉杆等桥梁部件。
2.预紧单元可解决螺栓、铆钉连接的问题。
,
3.二力杆拉杆、索可解决拉索问题。
4.耦合与约束方程可解决梁与塔横梁的边界约束关系。
5.接触单元如Contact52可模拟滑动支座、销接等部件的真实情
况。
(三)常见桥梁接触问题
桥梁各个部分之间可能存在如下三种接触方式。
1.滑移连接:
点点接触。
2.绑定连接:
点面接触。
3.转动连接:
面面接触。
用接触单元可模拟如:
滑移支座接触、挡块与其他部件的接触、振动时
不同构件的碰撞等问题,这里不再一一赘述。
.
三、桥梁基础的处理方式
为了真实的模拟桥梁的实际情况,需要真实模拟桥梁的基础受力、变形
及约束情况,建议建立模型时采用如下方案。
1.基础平台与桩基:
用实体模型、预应力配筋。
’
2.基础与岩土系统:
有限区域实体模型、预应力配筋。
***桥梁常见模型处理
一、桥梁中常用的模型可以用相应的单元
1.刚构桥、拱桥:
梁与杆单元组合模型。
2.钢管混凝土:
复合截面梁模型。
3.连续梁:
梁模型。
4.斜拉桥/悬索桥:
梁、板壳、索或杆单元组合模型。
5,立交桥:
实体墩、板壳桥面和加强梁混合模型。
6.局部详细计算:
实体(考虑配筋)或板模型,以便考虑模型细节特征,
如结构尺寸构造倒角、厚薄或粗细过度、凹凸部分以及配筋等。
二、桥梁建模要综合运用各种合适的单元
对桥梁进行总体分析应该遵循如下原则:
1.支座系统采用弹簧—阻尼系统;
·
2.连接部位采用耦合与约束方程;
3.桥墩系统采用截面梁、配筋梁;
4.桥面系统采用截面梁、配筋梁、板壳、梁板组合。
对桥梁进行局部分析应该遵循如下原则:
1.支座系统采用实体模型:
粘弹(粘塑、超弹、塑性)大变形(位移);
2.连接部位采用接触模型:
实体、板壳、梁或组合模型;
3.桥墩系统采用实体模型:
配筋与混凝土破坏;
4.桥面系统采用实体或板壳:
配筋与混凝土破坏,组合梁之间的耦合
与约束方程。
三、选用合适的分析方法、
在对桥梁进行建模计算时对不同的计算目的要采取不同的计算步骤。
(一)静态计算
1.根据分析类型承载特点建立合理梁、板、实体、拉杆(模拟索)模型;
2.材料与几何非线性效应;
3.连接部位与支座的正确处理。
(二)动力分析
1.尽量采用梁、板壳或二者组合模型;
2.附属结构简化为质点,建立与总体结构耦合关系;
3.连接部位与支座自由度协调合理;
4.应当考虑大变形、初应力以及预张力的动力影响;
5.必须正确考虑阻尼效应;
6.材料与几何非线性效应。
施加预应力的方式
一、预应力的模拟方式
Ansys里加预应力有几种方式:
1.直接在单元中加,(Linkl0等单元可以通过Real实常数来加)。
2.用F加力,然后在分析时打开Prestl~ss,加。
3.用温度变化模拟。
在常用的软件系统中,预应力混凝土分析根据作用不妨分为两类:
分离
式和整体式。
所谓分离式就是将混凝土和力筋的作用分别考虑(脱离体),
以荷载的形式取代预应力钢筋的作用,典型.的如等效荷载法;
而整体式则是
将二者的作用一起考虑,典型的如Ansys中用Link单元模拟力筋的方法。
(一)线性或非线性的考虑
对于预应力混凝土结构,只要是开裂前阶段的应力分析,完全可以将混
凝土视为弹性材料,当然钢筋也是弹性材料,这主要在使用荷载阶段的应力
分析。
假如要进行开裂和极限分析,则必须考虑二者的非线性特性。
(二)分离式方法(等效荷载法)的特点
主要优点是建模简单,不必考虑力筋的位置而可直接建模,当然网格划
分也简单,对结构在预应力作用下的整体效应可比较快捷地掌握。
其缺点是比较明显的:
①不便模拟细部,例如力筋所在位置对结构的影响显然是不同的,假如
一定要模拟,则荷载必须施加在力筋的位置上,故其建模的方便性就消失
了;
‘
②等效荷载法没有考虑力筋对混凝土的作用分布和方向,力筋对混凝
土作用显然在各处是不同的,而等效荷载法则没有计及此点;
③对张拉过程无法模拟;
④在其他外荷载作用下的共同作用不便考虑,否则要加入力筋(其建模
则同整体式),不能确定力筋在外荷载作用下的应力增量;
⑤可以模拟应力损失的影响。
但是对于只关注预应力混凝土结构的基本性能时,可以考虑采用等效
荷载法。
(三)整体式方法的特点
将混凝土和力筋划分为不同的单元‘逛考虑,而模拟预应力可以采用
降温方法和初应变方法。
降温方法比较简单,同时可以模拟力筋的损失,单
元和实常数几种即可;
而采用初应变又要模拟力筋各处不同的应力时,每个
单元的实常数各不相等,工作量较大。
所以比较而言,采用整体式时考虑降
温方法为宜。
主要缺点是建模不便,尤其是当力筋较多且曲线布筋时(可以采用
APDL解决);
其优点也比较明显:
①力筋的具体位置一定,对结构的影响可全面的考虑;
②力筋对混凝土的作用近似的得到考虑(在结点处);
③可以模拟张拉不同的力筋,以优化张拉顺序;
④不管何种荷载,都是力筋和混凝土共同承担的,可以得到力筋在任何
荷载下的应力;
但在后张法中有几个问题是应该考虑的(当然可以不予理睬):
①力筋的滑动问题。
在张拉过程中,力筋与混凝土之间没有粘结,存
在接触和滑动,而张拉完毕后,一般又都建立了粘结。
这个问题可以这样
考虑,因为分析总是张拉完毕(哪怕是某一束),这时显然没有滑动问题
了,即可以按有粘结处理;
而在荷载作用下有了粘结,自然可以按有粘结
处理。
②在张拉完毕后力筋的应力是已知的,在分析时输入降温也是按张拉
应力反算的,计算后力筋的应力显然不等于张拉应力。
这里有弹性压缩的
问题,即降温应该计人混凝土弹性压缩损失,你可以考虑增大一定的比例,
然后降温计算,二者相符或差别合适时认可。
综上,类似计算分析,建议采
用整体式之降温模拟方法。
二、建立预应力的模型
在模拟预应力钢筋时,传统的方式是把预应力钢筋作为体积的边界,把
混凝土体积分割开来,Glue后划分混凝土单元,边界就作为Link或Beam单
元了。
普通钢筋可以用Solid65的分布钢筋模拟,其实常数数据很简单。
Solid65单元模拟精度很高,只要各材料参数取的正确就可以十分好地
模拟混凝土构件加载到变形开裂破坏的全过程,与实验数据十分接近。
但
是要注意混凝土的取值,弹性模量抗压强度不能取规范
值,要用实验公式。
在模拟钢筋混凝土的时候,一般的建模做法是:
先建立体,然后使用面
去切割体,把体切割成几个部分,在各个部分之间有共用的边界线,把这些
边界线定义成Link单元,这样就在体单元内建立于Link单元。
因为Link单
元就在Solid体单元的边界线上,这样在网格划分的时候两种单元会产生共
同的节点,也就可以共同工作了。
土和砼的模拟
***土弹簧的模拟
Linkl0相当于用杆件提供约束,只不过此类单元可以设为只能受拉或只
能受压。
如果混凝土与节点底板分离,单元将不起作用,否则Hnkl0单元要
承受拉力。
如果用Linkl0的话,你可以把不与结构相联接的一端所有自由度
都约束,与结构连接二端是否约束则看结构的具体情况,与Linkl0无关。
Linkl0单元只能提供轴向位移的约束,不可抗剪。
刚度可以这样算,KxA/L,
不与结构连接的节点可取沿约束方向上的任意位置。
两节点确定后,A
是定的。
你只要保证K的值没错,愿意怎样组合都行。
至于特定问题,可以定义两种Linkl0单元,第一种只能受拉,第二种只
当然ElementTypeNumber(单元类型指代号码)是不同的。
如果你
担心自己两种容易搞错,可以只定义一种Linkl0单元,把第二种的节点取
约束的反方向即可。
。
***混凝土的模拟
Ansys的Soiid65单元是专为混凝土、岩石等抗压能力远大于抗拉能力
的非均匀材料开发的