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基于ANSYS的桥梁有限元分析
摘要：本文中采用有限元分析法，在大型有限元分析软件ANSYS平台上分析桥梁工程结构，很好地模拟桥梁的受力、应力情况等。在静力分析中，通过加载各种载荷，得出其位移、应力等云图，找出桥梁的危险区域。
关键词：有限元分析；桥梁；静力分析；桁架。
Abstract:Thefiniteelementanalysismethodisadoptedinthispaper.AtthisplatformofthelargefiniteelementanalysissoftwareANSYS,theanalysisofstructureinbridgeprojectcansimulatewellstress,stressconditions,etcofbridge.Instaticanalysis,wecanfindthedangerzoneofthebridgewiththedisplacementandstressnephogramobtainedthroughtheloadofallkindsofload.
KeyWords:finiteelementanalysis;bridge;staticanalysis;truss.
1.引言
桁架常用来增加结构的强度，许多人都熟悉用于桥梁非常精巧的叉支撑系统。桁架撑杆增强吊桥塔使其不致失稳的作用是不易被忽视的，但在大部分这类桥梁上，垂直的桁架缀板对桥面抗弯曲和扭转变形能力的增强作用，却不是每个人都会注意到的。被昵称为“飞驰的格蒂（GallopingGertie）”的桥梁在风中的快速倒塌，是对振动中桥梁的倒塌很好的一个案例。因为桥梁的刚度不够，忽略了桁架在桥梁设计中的重要作用。桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。结构本身受力明确、易于分析，对于土质较差地区的地基的要求也不是十分苛刻等诸多优点。对静力分析进行研究，通过ANSYS软件的模拟，可以得到一些受力情况。
ANSYS的特点
这里要介绍一下特点。作为功能强大，应用广泛的有限元分析软件，它有以下的特点：
（1）数据统一：ANSYS使用统一的数据库来存储几何模型、有限元模型、材料参数、外载及结果数据，从而保证了前后处理、分析求解及多场耦合分析的数据统一。
（2）强大的求解功能：ANSYS提供了多种求解器，用户可以根据具体的分析问题选择合适的求解器。
（3）强大的非线性分析功能：ANSYS具有强大的非线性分析功能，可进行几何非线性、材料非线性及接触非线性分析等。
（4）多种网格划分方式：ANSYS提供了Free网格划分、Map网格划分、Sweep网格划分等多种网格划分方式，可根据模型的特点选择合适的网格划分方式。
（5）独特的优化功能：ANSYS利用ANSYS的优化设计模块，对结构的拓扑、外貌、材料进行优化，确定最优的设计方案。
（6）多场耦合功能：ANSYS可以实现多场的耦合分析，研究各物理场间的相互影响。
（7）友好的程序接口：ANSYS提供了与主流CAD软件及其他有限元分析软件的接口程序，可实现数据的导入和导出，如Pro/Engineer、NASTRAN、UniGraphics、I-DEAS、AutoCAD、SolidWorks等。
（8）良好的用户开发环境：ANSYS提供了便利的二次开发平台，用户可以利用APDL、UIDL和UPFS等对其进行二次开发。
3.钢桁架桥梁结构的ANSYS分析
3.1问题描述
先介绍一下要模拟的问题。自选结构，尺寸等等。例如：已知下承式简支钢桁架桥长72米，每个节段为12米，桥宽10米，高16米。设桥面板为0.3米厚的混凝土板。桁架杆件规格有三种，见表3-1。见图

图3-1钢桁架桥简图

杆件截面号形状规格端斜杆1工字形400×400×16×16上下弦2工字形400×400×12×12横向连接梁3工字形400×400×12×12其他腹杆4工字形400×300×12×12表3-1钢桁架桥杆件规格
所用材料属性如表3-2所示
参数钢材混凝土弹性模量EX（Pa）2.1×QUOTE103.5×10泊松比PRXY0.30.1667密度DENS(kg/m3)78502500表3-2材料属性

3.2模型建立
在有限元分析过程中，对于不同的问题，需要应用不同特性的单元，同时每一种单元也是专门为有限元问题而设计的。因此，在进行有限元分析之前，选择和定义适合的单元类型是非常必要的。单元选择不当，直接影响到计算能否进行和结果的精度。在桥梁结构模拟分析中，最常用的是梁单元和壳单元、杆单元，所以选择“BEAM4”和“SHELL63”这两种单元。
定义截面：

图3-2三种截面图及截面特性
建立有限元模型
生成半跨桥的节点

图3-3半桥模型的节点
生成半跨桥单元
（1）