钢腹板组合箱梁ANSYS模型与空间网格模型对比1.docx
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钢腹板组合箱梁ANSYS模型与空间网格模型对比1
钢腹板组合箱梁桥ANSYS建模与空间网格比较说明
一、模型建立及参数说明
1.1截面尺寸与基本材料参数
简支钢腹板组合箱梁桥,跨径20m,箱梁顶底板为C50混凝土,腹板为KL400钢板,箱梁各部分尺寸如图所示,其中钢腹板厚度为1cm。
钢腹板组合箱梁截面图(单位:
cm)
材料参数:
混凝土:
C50,弹性模量为3.45E4MPa,重度为26KN/m³,泊松比为1/6;
钢材:
钢板KL400,弹性模量为2.0E5MPa,密度为7.85Kg/mm³,泊松比为0.3;
分别研究空间网格模型与ANSYS板壳模型在下面几种情形下的应力与位移的情形
1)腹板刚度折减情况:
(1)无折减;
(2)折减为1/10;(3)折减为0.
2)加载情况:
(1)仅自重;
(2)扭矩(反对称均布载)
1.2ANSYS中建模参数说明
在ANSYS中采用板壳单元SHELL63模拟箱梁结构,划分单元大小50*50cm。
ANSYS中横截面和全跨网格划分情况截面如下。
约束情况:
(1)仅自重下:
约束施加在横截面两侧腹板正下的底板节点上,纵向一端约束节点的三个方向自由度UX/UY/UZ,另一端约束UY/UZ。
(2)在扭转作用下:
不能施加UX向约束,否则结果不对称。
均约束UY/UZ。
并试验了横向一侧约束UY,一侧不约束,结果一样。
1.3空间网格建模说明
箱型截面横桥向划分方式如下所示,顶底板的划分间距为0.3m,腹板的划分间距为0.2m,桥梁纵向的划分间距为0.4m.
针对该桥建立的空间网格模型如下图所示,箱型顶板在横向被划分为22个纵向条带,底板被离散为12个纵向条带,腹板被模拟为8个纵向条带,箱梁在纵向划分为50个单元,每个单元0.4m,腹板单元和翼板单元通过竖向杆件联系,通过竖向杆件传递腹板和翼缘之间的荷载。
二、结果比较
2.1自重作用下结果比较
比较内容包括相关的位移和正应力。
比较的点选取如下:
比较顶板左、顶板中、底板中、腹板中四点的位移;比较纵向四分之一截面和跨中截面的正应力。
2.1.1竖向位移比较
顶板左端—板壳模型与空间网格模型竖向位移对比
顶板中间—板壳模型与空间网格模型竖向位移对比
底板中间—板壳模型与空间网格模型竖向位移对比
腹板中间—板壳模型与空间网格模型竖向位移对比
2.1.2应力对比
1)跨中截面正应力结果对比
2)四分之一跨截面正应力结果对比
2.2扭转作用下结果比较
为了对比ANSYS板元模型与空间网格模型中箱梁的薄壁效应,对简支箱梁在反对称均布线荷载(q=100kN/m)受力情况进行了分析(荷载作用位置如下所示)
2.2.1位移对比
2.2.2正应力对比对比
(1)四分之一截面正应力对比
(2)跨中截面正应力对比
2.3腹板刚度折减10倍后自重作用下结果比较
对空间网格模型的腹板纵梁的轴向刚度与抗弯刚度都修改为原来的1/10,ANSYS模型中修改腹板的纵向弹性模量为原来的1/10,计算刚度修改后自重作用下的位移与正应力对比。
2.3.1位移结果对比
2.3.2应力结果对比
1)跨中截面应力结果对比
2)四分之一截面应力结果对比
2.4腹板刚度折减10倍后扭转作用下结果比较
对空间网格模型的腹板纵梁的轴向刚度与抗弯刚度都修改为原来的1/10,ANSYS模型中修改腹板的纵向弹性模量为原来的1/10,计算刚度修改后扭转作用下的位移与正应力对比。
2.4.1位移结果对比
2.4.2应力结果对比
1)跨中截面应力结果对比
2)四分之一截面应力结果对比
2.5腹板刚度折减1000倍后自重作用下结果比较
对空间网格模型的腹板纵梁的轴向刚度与抗弯刚度都修改为原来的1/1000,ANSYS模型中修改腹板的纵向弹性模量为原来的1/1000,计算刚度修改后自重作用下的位移与正应力对比。
2.5.1位移结果对比
2.5.2应力结果对比
1)跨中截面应力结果对比
2)四分之一截面应力结果对比
2.6腹板刚度折减1000倍后扭转作用下结果比较
对空间网格模型的腹板纵梁的轴向刚度与抗弯刚度都修改为原来的1/1000,ANSYS模型中修改腹板的纵向弹性模量为原来的1/1000,计算刚度修改后扭转作用下的位移与正应力对比。
2.6.1位移结果对比
2.6.2应力结果对比
1)跨中截面应力结果对比
2)四分之一截面应力结果对比