斜拉橋結構的ANSYS分析姓名：吳金花學號：03024212指導教師：楊勇斜拉橋結構的ANSYS分析姓名：吳金花1斜拉橋結構的ANSYS分析課件2斜拉橋是由塔、梁、索三種基本構件組成的組合橋梁結構體系。斜拉橋是由塔、梁、索三種基本構件組成的組合橋梁結構體系3第一章：緒論第二章：有限元理論與ANSYS軟件第三章：斜拉橋初始有限元建模第四章：斜拉橋的靜力分析第五章：斜拉橋的動力分析本文結構：第一章：緒論第二章：有限元理論與ANSYS軟件第三章：斜拉橋4本文中斜拉橋的模型是雙塔三跨斜拉橋，全橋總長640米，橋跨布置為160m+320m+160m。橋面寬度25米，索塔高度145米。斜拉索采用密索體系扇形布置，斜索在主梁每5米處布置一對，全橋共設260根拉索，主塔從塔頂往下每隔16米設置一個斜拉索張拉集中點，橋塔的上塔柱共設4個張拉索的集中點。

本文模型介紹：本文中斜拉橋的模型是雙塔三跨斜拉橋，全橋51、主梁：主梁魚骨刺掛拉索位置單主梁魚骨刺模型：一、斜拉橋初始有限元建模：項目彈性模量密度泊松比主梁

剛性魚骨橫梁

001、主梁：主梁魚骨刺掛拉索位置單主梁魚骨刺模型：一、斜拉橋6

橋梁主塔采用空間梁單元模擬，分為上塔柱、中塔柱、下塔柱三部分。大橋墩部的位移非常小，對大橋的整體影響不大，建模時橋墩按照固定端處理，即限制橋塔底面所有方向的位移。2、橋塔：橋塔模型示意圖橋梁主塔采用空間梁單元模擬，分為上塔柱73、拉索：斜拉橋橋跨結構的重力和橋上的活載，絕大部分通過斜拉索傳遞到塔柱上的。斜拉索在本文中采用用LINK10單元模擬，通過輸入單元初始應變參數來考慮索的初始拉力。3、拉索：8對于斜拉橋的斜拉索，通常采用如下假設：（1）索單元只在其截面上產生法向應力（拉應力）。（2）該法向應力在截面上均勻分布。（3）在索變形時其截面面積保持不變。

對于斜拉橋的斜拉索，通常采用如下假設：9整體模型圖：整體模型圖：10二、靜力分析：1、重力作用下的靜力分析：重力的大小通過設置重力加速度來加入。重力作用下的位移圖：

變形按1：400的比例放大二、靜力分析：變形按1：400的比例放大11

表中7#節點在左橋面起始點附近，22#和25#節點在橋面左邊跨1/4處，46#節點在左邊跨1/2處，70#節點在左邊跨3/4處，97#節點為左橋塔處橋面上的點，193#節點為橋面主跨中點，198#節點為左塔中塔柱上一點，200#節點為左塔分叉點，202#節點為左塔上塔柱上一點，204#節點為左塔上塔柱頂點。表中7#節點在左橋面起始點附近，22#和25#節點在橋12NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.00910E-15-1.57890E-022.45070E-0222#1.82150E-023.28250E-15-3.55280E-023.99250E-0246#1.63550E-025.16120E-15-4.38400E-031.69320E-0270#1.34530E-023.90120E-152.78220E-023.09040E-0297#9.40790E-031.08870E-15-2.60760E-039.76260E-03193#5.66380E-12-4.47060E-15-2.14960E-022.14960E-02198#3.39860E-05-9.48110E-08-2.61290E-032.61310E-03200#3.88870E-042.10840E-15-8.17460E-038.18380E-03202#3.88870E-043.18840E-15-1.80110E-021.80870E-02204#4.54710E-034.71180E-15-2.19860E-022.24510E-02表4.1部分節點位移列表NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.013重力作用下左半橋斜拉索的軸力圖：軸力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。

重力作用下左半橋斜拉索的軸力圖：軸力最大值2432.76KN14下圖為一般的三跨連續梁典型的恒載彎矩圖：

斜拉橋結構重力作用下的彎矩圖：下圖為一般的三跨連續梁典型的恒載彎矩圖：斜拉橋結構重力作用15

標準中常把大量的，經常出現的汽車荷載排成車隊形式作為設計荷載。汽車車隊分為汽車—10級，汽車—15級，汽車—20級和汽車—超20級四個等級。荷載級別的數字表示一輛主車的重量，以噸計。2、結構負載時的靜力分析：2、結構負載時的靜力分析：16

本文采用汽車—超20級荷載標準，荷載序列如下（力的單位：千牛，長度單位：米）。

汽車—超20級載荷標準本文采用汽車—超20級荷載標準，荷載序列如下（力的單位17

計算公式：均布壓力（車隊載荷之和車道數）/（車隊長度橋面寬）

計算時為加載方便，將車隊集中載荷序列簡化為均布壓力作用于橋面，算入折減系數和沖擊系數，考慮到人群的荷載和其它加重橋梁載荷的因素，按的均布壓力來進行計算。計算公式：均布壓力（車隊載荷之和車道數）/（18重力和負載共同作用下的位移圖：位移圖并非按比例顯示，而是將變形放大了150倍。重力和負載共同作用下的位移圖：位移圖并非按比例顯示，而是將變19在《公路斜拉橋設計規范》中要求，主梁在汽車荷載作用下的最大豎向撓度，當為混凝土主梁時不應大于L/500，剛主梁時不應大于L/400，L為中跨跨徑（中跨為兩個索塔中間線的距離）。本文中跨長320米，經計算，不論是混凝土主梁還是剛主梁，本文橋梁在車輛載荷作用下的撓度均符合《公路斜拉橋設計規范》的要求。在《公路斜拉橋設計規范》中要求，主梁在20三、動力分析：1、自振特性分析（變形按1：70000的比例顯示）

圖5.4第二階豎彎對稱振型圖5.2第一階豎彎對稱振型圖5.3第二階豎彎反對稱振型圖5.1第一階豎彎反對稱振型三、動力分析：圖5.4第二階豎彎對稱振型圖5.2第一階豎21

圖5.5橋塔一階對稱橫向側彎振型圖5.7橋塔一階反對稱橫向側彎振型

圖5.5橋塔一階對稱橫向側彎振型圖5.7橋塔一階反對稱22圖5.9橋塔對稱縱彎振型圖5.10橋塔反對稱縱彎振型

圖5.11主梁一階對稱橫彎振型

圖5.13主梁一階反對稱橫彎振型

圖5.9橋塔對稱縱彎振型圖5.10橋塔反對稱縱彎振型圖23斜拉橋結構的ANSYS分析課件24斜拉橋結構的ANSYS分析課件25

本文在自振分析中考慮了斜拉橋的前25階振動形態。從第一階振動頻率的0.08864Hz到第二十階振動頻率為1.3427Hz，我們可以得出：斜拉橋具有密布的頻譜。在一個較寬的頻域范圍內，許多振型都有可能被動力載荷激起強烈的振動；采用十階以上的振型分析。同時發現大跨度斜拉橋的柔度較低，有自振周期長，固有頻率低的特點。本文在自振分析中考慮了斜拉橋的前25階振動形態。從第一262、裸塔抗風分析橫向風壓公式：：基本風壓值，取1300Pa。

：設計風速頻率換算系數，取1.0。

：風載體型系數。

：風壓高度變化系數。

：地形、地理條件系數，在此取1.4。

2、裸塔抗風分析橫向風壓公式：：基本風壓值，取1300Pa。27距離地面高度(m)風載大小(Pa)距離地面高度(m)風載大小(Pa)≤202548902489.76302879.241002555.28401998.361102637.18502129.41202702.7602244.061302768.22702325.961402833.74802407.861502899.26表5.4風載大小及加載位置距離地面高度(m)風載大小(Pa)距離地面高度(m)風載大小28風載作用下的橋塔位移圖：風載作用下的橋塔位移圖：29圖5.16上塔柱受風載彎矩圖圖5.17中塔柱受風載彎矩圖圖5.18下塔柱受風載彎矩圖圖5.16上塔柱受風載彎矩圖圖5.17中塔柱受風載彎矩圖303、地震波瞬態分析圖5.19地震水平加速度時程曲線（東-西）圖5.20地震水平加速度時程曲線（南-北）圖5.21地震豎直加速度時程曲線3、地震波瞬態分析圖5.19地震水平加速度時程曲線（東-西31

由于篇幅有限，這里只給出部分點的位移圖。193#節點為橋梁主跨中點，46#節點為左半橋主梁1/4處節點，142#節點為左半橋主梁3/4處節點。198#節點為左塔中塔柱上一點，200#節點為左塔分叉點，202#節點為左塔上塔柱上一點，204#節點為左塔上塔柱頂點。由于篇幅有限，這里只給出部分點的位移圖。193#節點為32圖5.22地震波作用下部分點的Z向位移圖5.2313.43s橋面變形圖（變形按比例1：20顯示）圖5.22地震波作用下部分點的Z向位移圖5.2313.433圖5.24地震波作用下部分主梁上節點的Y向位移圖5.24地震波作用下部分主梁上節點的Y向位移34圖5.2618.25s橋面橫向變形圖（變形按比例1:20顯示）圖5.2618.25s橋面橫向變形圖（變形按比例1:20顯35圖5.25地震波作用下部分左塔上節點的Y向位移圖5.25地震波作用下部分左塔上節點的Y向位移36圖5.2715.31s橋塔橫向變形圖（變形按比例1：20顯示）圖5.2715.31s橋塔橫向變形圖（變形按比例1：20顯37圖5.28地震波作用下部分節點X向位移圖5.28地震波作用下部分節點X向位移38圖5.2917.77s橋塔縱向位移圖（變形按比例1：20顯示）圖5.2917.77s橋塔縱向位移圖（變形按比例1：20顯39本文結論通過靜力分析得出：斜拉橋在自重作用下：通過調整斜拉索的初始張拉力，可有效調整主梁的應力和變形；拉索所受的軸應力會隨著橋索與橋塔夾角的增大而增大；主梁的彎矩值平均的分布在一個較小的范圍內，這樣對提升橋梁的跨徑有較大的好處。

本文結論通過靜力分析得出：40斜拉橋在自重和活載共同作用下：橋面的最大變形出現在主梁的跨中部位，因此主梁跨中的截面是危險截面，但其位移值仍滿足《公路斜拉橋設計規范》的要求。本文結論斜拉橋在自重和活載共同作用下：橋面的最大變形出現在主梁的跨中41通過動力計算分析得出：本文斜拉橋的模態分析是一個帶有“初應力”的模態分析，是基于重力和索力共同作用下，靜力平衡基礎上的；它的自振特性表現出明顯的三維性和相互耦合的特點；斜拉橋是一種長周期結構，它的周期大于一般土木工程結構的周期，它的自振頻率密集分布在低頻段內；本文結論通過動力計算分析得出：本文結論42斜拉橋裸塔在承受風載時，最大彎矩出現在橋塔墩部；在地震動激勵下，最大豎向位移是主梁跨中截面上的點，最大橫向和縱向位移均發生在橋塔上塔柱頂端的位置。本文結論斜拉橋裸塔在承受風載時，最大彎矩出現在橋塔墩部；本文結論43謝謝各位老師！謝謝各位老師！44斜拉橋結構的ANSYS分析姓名：吳金花學號：03024212指導教師：楊勇斜拉橋結構的ANSYS分析姓名：吳金花45斜拉橋結構的ANSYS分析課件46斜拉橋是由塔、梁、索三種基本構件組成的組合橋梁結構體系。斜拉橋是由塔、梁、索三種基本構件組成的組合橋梁結構體系47第一章：緒論第二章：有限元理論與ANSYS軟件第三章：斜拉橋初始有限元建模第四章：斜拉橋的靜力分析第五章：斜拉橋的動力分析本文結構：第一章：緒論第二章：有限元理論與ANSYS軟件第三章：斜拉橋48本文中斜拉橋的模型是雙塔三跨斜拉橋，全橋總長640米，橋跨布置為160m+320m+160m。橋面寬度25米，索塔高度145米。斜拉索采用密索體系扇形布置，斜索在主梁每5米處布置一對，全橋共設260根拉索，主塔從塔頂往下每隔16米設置一個斜拉索張拉集中點，橋塔的上塔柱共設4個張拉索的集中點。

本文模型介紹：本文中斜拉橋的模型是雙塔三跨斜拉橋，全橋491、主梁：主梁魚骨刺掛拉索位置單主梁魚骨刺模型：一、斜拉橋初始有限元建模：項目彈性模量密度泊松比主梁

剛性魚骨橫梁

001、主梁：主梁魚骨刺掛拉索位置單主梁魚骨刺模型：一、斜拉橋50

橋梁主塔采用空間梁單元模擬，分為上塔柱、中塔柱、下塔柱三部分。大橋墩部的位移非常小，對大橋的整體影響不大，建模時橋墩按照固定端處理，即限制橋塔底面所有方向的位移。2、橋塔：橋塔模型示意圖橋梁主塔采用空間梁單元模擬，分為上塔柱513、拉索：斜拉橋橋跨結構的重力和橋上的活載，絕大部分通過斜拉索傳遞到塔柱上的。斜拉索在本文中采用用LINK10單元模擬，通過輸入單元初始應變參數來考慮索的初始拉力。3、拉索：52對于斜拉橋的斜拉索，通常采用如下假設：（1）索單元只在其截面上產生法向應力（拉應力）。（2）該法向應力在截面上均勻分布。（3）在索變形時其截面面積保持不變。

對于斜拉橋的斜拉索，通常采用如下假設：53整體模型圖：整體模型圖：54二、靜力分析：1、重力作用下的靜力分析：重力的大小通過設置重力加速度來加入。重力作用下的位移圖：

變形按1：400的比例放大二、靜力分析：變形按1：400的比例放大55

表中7#節點在左橋面起始點附近，22#和25#節點在橋面左邊跨1/4處，46#節點在左邊跨1/2處，70#節點在左邊跨3/4處，97#節點為左橋塔處橋面上的點，193#節點為橋面主跨中點，198#節點為左塔中塔柱上一點，200#節點為左塔分叉點，202#節點為左塔上塔柱上一點，204#節點為左塔上塔柱頂點。表中7#節點在左橋面起始點附近，22#和25#節點在橋56NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.00910E-15-1.57890E-022.45070E-0222#1.82150E-023.28250E-15-3.55280E-023.99250E-0246#1.63550E-025.16120E-15-4.38400E-031.69320E-0270#1.34530E-023.90120E-152.78220E-023.09040E-0297#9.40790E-031.08870E-15-2.60760E-039.76260E-03193#5.66380E-12-4.47060E-15-2.14960E-022.14960E-02198#3.39860E-05-9.48110E-08-2.61290E-032.61310E-03200#3.88870E-042.10840E-15-8.17460E-038.18380E-03202#3.88870E-043.18840E-15-1.80110E-021.80870E-02204#4.54710E-034.71180E-15-2.19860E-022.24510E-02表4.1部分節點位移列表NODEUXUYUZUSUM7#1.87430E-021.057重力作用下左半橋斜拉索的軸力圖：軸力最大值2432.76KN，最小值1917.48KN。

重力作用下左半橋斜拉索的軸力圖：軸力最大值2432.76KN58下圖為一般的三跨連續梁典型的恒載彎矩圖：

斜拉橋結構重力作用下的彎矩圖：下圖為一般的三跨連續梁典型的恒載彎矩圖：斜拉橋結構重力作用59

標準中常把大量的，經常出現的汽車荷載排成車隊形式作為設計荷載。汽車車隊分為汽車—10級，汽車—15級，汽車—20級和汽車—超20級四個等級。荷載級別的數字表示一輛主車的重量，以噸計。2、結構負載時的靜力分析：2、結構負載時的靜力分析：60

本文采用汽車—超20級荷載標準，荷載序列如下（力的單位：千牛，長度單位：米）。

汽車—超20級載荷標準本文采用汽車—超20級荷載標準，荷載序列如下（力的單位61

計算公式：均布壓力（車隊載荷之和車道數）/（車隊長度橋面寬）

計算時為加載方便，將車隊集中載荷序列簡化為均布壓力作用于橋面，算入折減系數和沖擊系數，考慮到人群的荷載和其它加重橋梁載荷的因素，按的均布壓力來進行計算。計算公式：均布壓力（車隊載荷之和車道數）/（62重力和負載共同作用下的位移圖：位移圖并非按比例顯示，而是將變形放大了150倍。重力和負載共同作用下的位移圖：位移圖并非按比例顯示，而是將變63在《公路斜拉橋設計規范》中要求，主梁在汽車荷載作用下的最大豎向撓度，當為混凝土主梁時不應大于L/500，剛主梁時不應大于L/400，L為中跨跨徑（中跨為兩個索塔中間線的距離）。本文中跨長320米，經計算，不論是混凝土主梁還是剛主梁，本文橋梁在車輛載荷作用下的撓度均符合《公路斜拉橋設計規范》的要求。在《公路斜拉橋設計規范》中要求，主梁在64三、動力分析：1、自振特性分析（變形按1：70000的比例顯示）

圖5.4第二階豎彎對稱振型圖5.2第一階豎彎對稱振型圖5.3第二階豎彎反對稱振型圖5.1第一階豎彎反對稱振型三、動力分析：圖5.4第二階豎彎對稱振型圖5.2第一階豎65

圖5.5橋塔一階對稱橫向側彎振型圖5.7橋塔一階反對稱橫向側彎振型

圖5.5橋塔一階對稱橫向側彎振型圖5.7橋塔一階反對稱66圖5.9橋塔對稱縱彎振型圖5.10橋塔反對稱縱彎振型

圖5.11主梁一階對稱橫彎振型

圖5.13主梁一階反對稱橫彎振型

圖5.9橋塔對稱縱彎振型圖5.10橋塔反對稱縱彎振型圖67斜拉橋結構的ANSYS分析課件68斜拉橋結構的ANSYS分析課件69

本文在自振分析中考慮了斜拉橋的前25階振動形態。從第一階振動頻率的0.08864Hz到第二十階振動頻率為1.3427Hz，我們可以得出：斜拉橋具有密布的頻譜。在一個較寬的頻域范圍內，許多振型都有可能被動力載荷激起強烈的振動；采用十階以上的振型分析。同時發現大跨度斜拉橋的柔度較低，有自振周期長，固有頻率低的特點。本文在自振分析中考慮了斜拉橋的前25階振動形態。從第一702、裸塔抗風分析橫向風壓公式：：基本風壓值，取1300Pa。

：設計風速頻率換算系數，取1.0。

：風載體型系數。

：風壓高度變化系數。

：地形、地理條件系數，在此取1.4。

2、裸塔抗風分析橫向風壓公式：：基本風壓值，取1300Pa。71距離地面高度(m)風載大小(Pa)距離地面高度(m)風載大小(Pa)≤202548902489.76302879.241002555.28401998.361102637.18502129.41202702.7602244.061302768.22702325.961402833.74802407.861502899.26表5.4風載大小及加載位置距離地面高度(m)風載大小(Pa)距離地面高度(m)風載大小72風載作用下的橋塔位移圖：風載作用下的橋塔位移圖：73圖5.16上塔柱受風載彎矩圖圖5.17中塔柱受風載彎矩圖圖5.18下塔柱受風載彎矩圖圖5.16上塔柱受風載彎矩圖圖5.17中塔柱受風載彎矩圖743、地震波瞬態分析圖5.19地震水平加速度時程曲線（東-西）圖5.20地震水平加速度時程曲線（南-北）圖5.21地震豎直加速度時程曲線3、地震波瞬態分析圖5.19地震水平加速度時程曲線（東-西75

由于篇幅有限，這里只給出部分點的位移圖。193#節點為橋梁主跨中點，46#節點為左半橋主梁1/4處節點，142#節點為左半橋主梁3/4處節點。198#節點為左塔中塔柱上一點，200#節點為左塔分叉點，202#節點為左塔上塔柱上一點，204#節點為左塔上塔柱頂點。由于篇幅有限，這里只給出部分點的位移圖。