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基于ANSYS的大跨度连续刚构桥施工阶段数值仿真研究
摘要
本文应用ANSYS有限元分析软件，对一座大跨度连续刚构桥在施工阶段的力学性能进行数值仿真研究。针对该桥梁结构特点，建立桥梁施工期间的三维有限元模型，采用弹性地基模拟桥墩地基的作用，并运用27个节点壳单元对主拱骨架进行建模，同时考虑施工过程中不同阶段结构的稳定性和变形。通过数值仿真模拟进行计算分析，得出该大跨度连续刚构桥施工阶段中的重要参数，并探究其对整个桥梁结构的影响。结果表明，在桥梁施工阶段的压应力分布下，桥墩受到较大振动影响，但整个桥梁结构并未出现明显破坏，可以保证施工安全。
关键词：大跨度连续刚构桥；施工阶段；数值仿真；有限元分析；稳定性分析
Abstract
ThispaperusesANSYSfiniteelementanalysissoftwaretostudythemechanicalpropertiesofalarge-spancontinuousrigidframebridgeduringtheconstructionphase.Basedonthecharacteristicsofthebridgestructure,athree-dimensionalfiniteelementmodelisestablishedforthebridgeduringtheconstructionperiod,andtheelasticfoundationisusedtosimulatetheeffectofthebridgepierfoundation.27-nodeshellelementsareusedtomodelthemainarchskeleton,andthestabilityanddeformationofthestructureatdifferentstagesofconstructionareconsidered.Throughnumericalsimulationcalculationsandanalysis,importantparametersduringtheconstructionstageofthelarge-spancontinuousrigidframebridgeareobtained,andtheirimpactontheoverallbridgestructureisexplored.Theresultsshowthatunderthestressdistributionduringtheconstructionstage,thebridgepierissubjectedtosignificantvibrationeffects,buttheentirebridgestructuredoesnotshowsignificantdamage,ensuringconstructionsafety.
Keywords:large-spancontinuousrigidframebridge;constructionphase;numericalsimulation;finiteelementanalysis;stabilityanalysis
1.绪论
大跨度连续刚构桥是目前应用最为广泛的高速公路桥梁类型之一，其特点是跨度大，且重量轻，有良好的抗震性能和总体经济性能。由于桥梁结构常常在施工过程中受到不同程度的影响和破坏，因此，在桥梁施工阶段进行数值仿真分析对于理解其力学特性，检测其稳定性以及提高桥梁的施工质量具有重要意义。
本文基于ANSYS软件平台，建立了大跨度连续刚构桥在施工阶段的三维有限元模型，采用弹性地基模拟桥墩地基的作用，并运用27个节点壳单元对主拱骨架进行建模，考虑施工过程中不同阶段结构的稳定性和变形。同时，通过数值仿真分析得出该桥梁结构在施工阶段中的重要参数，并探究其对整个桥梁结构的影响。
2.桥梁模型及分析方法
2.1桥梁结构参数
本文研究的大跨度连续刚构桥跨度为280m，横坡10%，桥面宽24m，基于实际情况分别建立了施工前和施工后的三维有限元模型。桥梁主要由双曲线钢拱和钢筋混凝土连续刚构构成，其中钢拱为双曲线形，混凝土实支座为钢筋混凝土短墩，水平向固结较好，垂直向为弹性地基。
2.2有限元分析参数
通过ANSYS软件建立的三维有限元模型和建模参数如下：
-为了减少计算量和节约运行时间，在建模过程中采用较少的节点和单元，并设置了较为精细的网格划分；
-由于钢拱的双曲线形态属于非轴对称结构，因此在建模过程中通过对称轴进行对称建模；
-模型简化为对称单元曲板梁结构平面，使用27个节点壳单元对主拱骨架进行建模；
-桥墩采用弹性地基模拟方法，弹簧的刚度采用线性减减规律与震源距离的关系，把各个阶段的土压力作为额外荷载加在地