--總結資料-基于ANSYS鋼桁架橋的靜動力分析黎波含華北科技學院摘要：本文采用ANSYS分析程序，對下承式鋼桁架橋進行了空間有限元建模;對桁架橋進行了靜力分析和動力分析（模態分析），作出了桁架橋在靜載下的結構變形圖、位移云圖、以及各個節點處的結構力圖（軸力圖、彎矩圖、剪切力圖），找出了結構的危險截面，在對桁架橋進行模態分析時，主要繪制出了桁架橋的八階模態振型圖，得出一些結論，這些都為橋梁的設計、維護、檢測提供了一些技術參數。關鍵詞：ANSYS；鋼桁架橋；模態分析；動力特性引言：隨著現代交通運輸的快速發展，橋梁興建的規模在不斷的擴大，尤其是現代鐵路行業的快速發展更加促進了鐵路橋梁的建設，一些新建的高速鐵路橋梁可以達到四線甚至是六線，由于橋面和橋身的材料不同導致其受力情況變得復雜，這就需要橋梁需要有足夠的承載力，足夠的豎向側向和扭轉剛度，同時還應具有良好的穩定性以及較高的減震降噪性，因此對其進行靜動力學分析了解其受力特性具有重要的意義。基于此文中對某下承式鋼桁梁橋進行了靜動力學分析，初步得到了該橋的一些靜動力學結果該結果對橋梁的設計、維護、檢測具有一定的指導意義。1工程簡介某一下承式簡支鋼桁架橋橋長72米，每個節段12米，橋寬10米，高16米。橋面板為0.3米厚的混凝土板，桁架橋的桿件均使用

的是工字型截面但型號有所不同，鋼橋的形式見圖1，其結構簡圖見圖2圖1圖2剛桁架橋簡圖所用的桁架桿件有三種規格，見表1表1鋼桁架桿件規格桿件截面號形狀規格端斜桿1工字形400X400X16X16上下弦2工字形400X400X12X12橫向連接梁3工字形400X400X12X12其他腹桿4工字形400X300X12X12所用的材料屬性見表2表2材料屬性參數鋼材混凝土彈性模量EX3.5X,1產泊松比PRXY0.30.1667密度DENS7850225002模型構建將下承式鋼桁梁橋的各部分桿件，包括上弦桿、下弦桿、腹桿、橫梁均采用BEAM188單元，此空間梁單元既可以考慮所模擬桿件的軸向變形，又可以考慮所模桿件在兩個平面的彎曲及繞桿件自身軸的扭轉；鋼橋面板采用SHELL181,該空間板單元可以考慮在荷載作用下橋面板所產生的各種應力;定義了兩套材料屬性，橋面為混凝土，各類桿件為鋼材，其對應的參數如表2所示；根據表1中的桿件規格定義了三種梁單元截面，根據表1分別定義在相應的梁上；建模時直接建立節點和單元，在后續按照先建節點在建桿最后建橋面板的次序一次建模。構建的桁架橋有限元分析模型如圖3所示。邊界條件為在梁的支座處即節點24、25施加xyz三個方向的位移約束；在節點13、14處施加yz兩個方向的約束；在梁中間兩點處即1、2節點處施加集中載荷；最后對全局施加重力。BridgeicAnal■了3BridgeicAnal■了3一AN5YSKij.aMAY31201617:36:0^PLOTDIO.1圖3桁架橋有限分析模型3求解分析（1）靜力分析：從桁架橋總位移云圖圖4中可以看到在集中力作用下橋面位移量中間處最大一次向兩側減小，可知橋的中央處變形最大，為危險的地方；從軸力圖圖5中可以看出兩邊靠近支座處四根豎直和四根斜腹桿所受軸力大，其上下弦桿和端斜桿的軸力比較小，所以在靜載狀態下，可以看出兩邊靠近支座處四根豎直和四根斜腹桿容易產生疲勞破壞，在對該桁架橋進行強度校核時此處也是重點校核對象；從彎矩圖圖7中可以看到其上下橫向連接梁具有一定的彎矩值，說明在外力的作用下桁架出現扭轉與其在靜載時的狀態有一定的聯系；從圖6和圖7中可以發現桁架桿系結構中桿件的剪力和彎矩相對軸力來說都很小，說以在靜載條件下，桁架橋主要受軸力的影響。BDCAL3C3LUTICLTPLOTQ.011241,022432bffiT312015L6:E3:53ANSYSR15.CJ,UU562BDCAL3C3LUTICLTPLOTQ.011241,022432bffiT312015L6:E3:53ANSYSR15.CJ,UU562Tru.&sErldt駁MtaLic：Analyse.033723 ⑸4雙,028102 r039343 .QFEF田4STEFFISUE=1TIHE>1□SUM （月的】PSYS-0DM?：-.050584SMK-.050564圖4桁架橋在集中應下的總位移云圖圖5軸力圖圖7彎矩圖(2)動力分析：本文采用ANSYS有限元軟件對下承式鋼桁架橋進行圖6剪力圖了模態分析，即對其結構系統的振動特性進行了分析，得出了結構的振型見圖8和固有頻率見表3，這些參數都為結構在承受動載荷作用下的重要參數。可以看出鋼桁架橋的主要振動形式有：桁架上部的擺動、彎曲，橋面的扭轉、波動起伏。①從表3可以知道前七階模態中均未產生明顯的扭轉，說明桁架橋的抗扭強度高；②前三階比較重要的模態中發現橋面均未產生明顯的振動，說明主要振動表現為桁架上部分的振動，說明動力特性主要依靠上部分桁架，也說明桁架橋面穩定性好，抗振能力強；③隨著階數的提高，從四階以后橋面發生了上下起伏、波動、扭轉等一系列的振型并且上部結構的振動與橋面的振動基本是同步的，這說明四階以后的桁架橋的振動特性主要由橋面振動主導；④從三階振型圖可以看出橋體發生了橫向的彎曲，從四階振型圖可以看出橋體發生豎直方向的彎曲擺動，這說明該桁架橋的橫向剛度不如豎向剛度好。表3桁架橋前八階振動特性計算結果階數自振頻率振型特征10.90249桁架上部水平方向前后擺動21.4386桁架上部水平方向反對稱前后擺動32.0860桁架上部水平對稱彎曲擺動42.6104豎直方向上整體起伏擺動52.8782桁架部分左右擺動橋面波動起伏62.8792桁架部分反對稱左右擺動橋面波動起伏72.9969豎直方向上呈左右對稱式波

動起伏2.9973 桁架反對稱式左右擺動加扭轉橋面產生扭轉第一階BODPlLSCWTICblSTE^lSCIB=2FREQ=1,4及百□SUM檔次］RSYST□MX-.0(X7872SMX=.0(T7S72ANSYSKlj.UMAY312016LS:D7:59PLOTNO.10 .001749 .00349U .005248 .0069%,375E-03 ,002624 ,00-3375 .006123 .007872TrussBridgeStati.cAnalyse第二階PICDKL順口T3STEE^lSUB=3EREQ-2.03602□SUM 僅VGjRSYS-。□MX-.0067^)1SMK=.006791ANSY5R150MftY512Qie18:06:20PLOTNO,L.001509.755E-0BTrussBridffestaticAnalyse.002264h00301& +0Q4527 .006037.003773 .0Q5282 .006791第三階tWALSQLCJTICNSTEFFISrjp=4FREQ=2.eiO41□SUM gVG)RSYS=0□MX-.001839SMX-.001839ANSY5R15.0MAY31201^18:05:57PLOTNO,11409E-03 H&L7E-03.2C^E-03 .613E-03 .Oul022.00122^ hOu1635.00143 .001B39TrussBridgestaticArialyse第四階ANSY5R150MAY512016ANSY5R150MAY512016L8:Q5:3ePLOTNO,1go0 .767E-0S- .1S-3E-04 .S30E-04 .307E-04.3e4E-05 .115E-D4 .192E-04 .269E-Q4 .345E-041ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=5EREQ-2.87822□SUM 但VG)RSYS-。□MX-.M5E-D4SMa=.3^5E-04trjss61:1(1步staticAnalyse第五階ANSYSKlh.OANSYSKlh.OMAY312016L8：Q5：iePLOTNO.1STEFFISUE=6ET1EO2.87916MAY312016L8：Q5：iePLOTNO.1RSYS=0□(-K=.336E-D4SMa=.336E-D4.746E-05 .149E-04 .224E-04 .293E-04.373E-05 .11ZE-04 .1&7E-04 .261E-04 .336E-04Tru55Bri.dgeStati.cAnalyseTru55Bri.dgeStati.cAnalyse第六階

ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=7EREQ-2.99G94□SUM 但VG)RSYS-ticcKLsomTictiSTEE^lSHE=7EREQ-2.99G94□SUM 但VG)RSYS-。□MX-.478E-D4SMa=.^7SE-04ANSY5R150MAY512016L8:Q4:55PLOTNO,1.5B1E-U5 .159E-C4 .265E-04 .372E-C4 .^SE-OaTrussBricbestaticAnalyse第七階LWftLSCILTTKIJSTEFFISfJF=3ERECT.99f727□SJUMPSYS-0□Ma=.488E-D4AN5YSR15.0HRY31AN5YSR15.0HRY31SOUlS:04:27FLCTHO,1第八階

圖8前八階模態振型云圖4結語采用有限元分析方法，利用ANSYS有限元軟件進行了下沉式鋼桁架梁進行了靜力分析和動力分析得出了靜載下總體位移情況，受力特點及其振型和自振頻率，根據靜力分析得到的結果為橋梁的設計、維護、檢測提供技術參數，根據動力特性分析的結果可以比較好的了解橋梁的振動特性，以便更好的