Ansys悬索拱桥的谐响应及地震响应分析文档格式.docx

Ansys悬索拱桥的谐响应及地震响应分析文档格式.docx

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1）定义工作文件名和工作标题

设定工作文件名为BRIDGEHARMONICANALYSIS,图形标题为BRIDGEHARMONICANALYSIS.

2）定义单元类型

本分析将采用三种单元类型，桥体框架讲使用BEAM4单元，桥面将使用SHELL63单元，悬索将使用LINK10单元。

操作如下：

图1单元类型定义

3）定义单元实常数

定义三组实常数。

其中，实常数1针对BEAM4单元，实常数2针对LINK10单元，实常数3针对SHELL63单元。

如下图：

图2单元实常数定义

4）定义材料参数

整体模型采用两种材料：

桥身框架采用钢材，弹性模量

泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/

;

桥面采用混凝土，弹性模量EX=3.0

，泊松比PRXY=0.2，密度DENS=

。

5）创建关键点

由于桥体具有对称性，首先创建单侧的关键点，然后通过平移复制得到另一侧的关键点，所有关键点创建完成后如下图：

图3关键点定义

6）创建桥体框架

连接相应关键点，建立桥体模型框架结构，结果如下图：

图4桥体框架

7）创建桥面

整个桥面由9块平面组成，创建完成后如下图：

图5桥体几何模型

至此，整个悬索拱桥的几何模型已经创建完毕。

8）划分网格

根据模型的特点和使用的材料情况，采用人工分网，桥体框架采用BEAM4单元、1号实常数和1号材料，网格大小指定为2，划分网格前需要选定相应的桥体框架直线，桥面上的8根悬索采用LINK10单元、2号实常数和1号材料，网格指定大小为1，桥面采用SHELL63单元、3号实常数和2号材料，网格大小指定为2。

划分结果如下图：

图6分网之后的有限元模型

3、谐响应载荷分析

1）设定分析类型

进入ansys求解器，设定分析类型为Harmonic。

2）设置分析选项

求解方法选择Full，输出形式选择Real+imaginary，单击OK关闭对话框。

图7分析选项设定

3）载荷步选项设置

设定频率范围为0—2.5Hz，载荷子步数为50载荷形式选择Ramped，单击OK按钮。

图8载荷步选项设置

4）施加位移约束

在图形窗口选择4个支座处节点，在ALLDOF中VALUE文本框中输入0，单击OK按钮，采取同样的方法在桥面两端的节点施加UX方向位移约束为0，结果如下图：

图9位移约束

5）施加载荷

在图形中选择节点5和节点25，载荷方向选择FY，载荷实部输入1，虚部为0，单击OK按钮。

至此，所有边界条件加载完毕。

6）谐响应求解

执行SolveCurrentLoadStep对话框，求解谐响应结果，完成后推出求解器。

7）观察结果

定义Y-Compentofdisplacement变量名取为UY-1，在图形窗口拾取左侧悬索和桥面连接处的节点，同理，选取中间悬索和桥面连接处的节点Y方向定义位移为Y-2.在TimeHistoryVariables对话框中显示图形窗口变量UY-1和UY-2随频率的变化曲线。

图10桥面挠度响应曲线

4、地震载荷响应

1）计算模态解

进入ansys求解器，设置分析类型为Modal，模态提取方法采用BlockLanzcos，提取模态数为10，设置完成后进行模态求解，求解完毕退出求解器，参数设置窗口如下：

图11模态分析选项设置

2）谱分析求解

重新进入ansys求解器，设置分析类型为Spectrum，在SpectrumAnalysis中设置谱分析类型为Single-ptresp，模态求解数设为10。

激励谱类型为Seismicdisplac，激励方向为0、1、0，单击OK按钮。

定义激励谱曲线，结果如下图：

图12频率设置对话框

图13谱值设置对话框

定义完成后进行谱分析求解，求解完成后推出求解器。

3）模态合并

设置模态合并方法为CQC，在significant文本框输入0.01，输出类型为Displacement，单击OK按钮，进行模态合并求解，求解完成后退出求解器。

4）观察结果

进入通用后处理器，读取结果文件，后缀名为.mcom.查看UY方向位移变形，如下图：

图14桥体结构位移变形——UY

同样可以查看在该地震谱激励下X方向和Z方向的变化情况，如下图：

图15桥体X方向位移变化情况

图16桥体Z方向位移变化情况

可以通过更改地震激励谱的方向得到桥体在另外两个方向的位移变化情况。

在此不再赘述。

5、结果分析

1）谐响应分析结果

由图10分析可知，UY-1为左侧悬索与桥面连接处节点，UY-2为中间悬索与桥面连接处节点，在同样的单位间谐激励响应下，中间悬索的振动情况明显强于左侧悬索的振动情况，既中间悬索在该情况下更容易遭到破坏，同时，还可以看出，UY-1和UY-2在频率为1.5Hz和2.25Hz的时候振动情况较在其他情况下振动剧烈，既桥体有可能产生共振，应尽量避开。

2）地震谱分析结果

由图14,15,16分析可知，由于施加激励谱的方向为Y方向，所以桥面在Y方向产生较大变形，且主要集中在左右两端的悬索附近，而悬索在此情况下应产生较大的变形。

6、实验心得体会

通过该实验了解了ansys动态分析的应用，学习了同一模型使用多种材料分析的方法，学习了谐响应分析，模态分析，谱分析，模态合并的使用，动力学分析和静态分析还是有许多的不同，由于在学习的过程中可能了解体会等有诸多不足，可能造成分析的结果不一定可靠，可能还有许多需要改进的地方，实验中的不足还请批评和指正。

参考文献

[1]杜平安,甘娥忠,于娅婷.有限元法—原理、建模及应用.国防工业出版社,2004-8

[2]王金龙,王清明,王伟章.有限元分析及范例解析.机械工业出版社,2010-6

[3]李新根.大跨度悬索拱桥自振特性研究.江西丰城331100,

[4]卜之,邵长江.大跨度悬索拱桥地震响应研究.西南交通大学土木工程学院

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