單梁、慧加(WISEPLUS)梁格與實(shí)體對(duì)比

1、單梁、慧加（WISEPLUS）梁格與實(shí)體（ANSYS）計(jì)算結(jié)果對(duì)比第一部分：?jiǎn)蜗鋯问蚁淞簶驅(qū)Ρ?.1結(jié)構(gòu)形式某跨徑為30米的簡(jiǎn)支梁，截面釆用單箱單室寬箱梁（如圖1.1所示）。6400圖1.1箱梁截面示意圖（單位：mm；對(duì)不同模型進(jìn)行兩種工況的分析：1）工況1，自重作用下；2）工況2,兩束無彎起預(yù)應(yīng)力筋作用下，預(yù)應(yīng)力大小為10MN分別作用在腹板中心線距梁頂1.625米處，不計(jì)入預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力線型為直線。模型中預(yù)應(yīng)力采用在梁端腹板上加集中荷載的方式模擬。對(duì)兩種工況下的各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比。約束均設(shè)置在腹板中心線處。1.2分析模型共建立三種分析模型：1）單梁模型：取整個(gè)截面為有限元單元截面。

2、2）折面梁格模型：將截面在橫向劃分為兒個(gè)部分（如圖1.2，建立折面梁格模型（懸臂帶剛臂），如圖1.3所示；3）實(shí)體模型：釆用ANSYS中實(shí)體單元solid45建立模型，如圖1.4所示。 /241750280028001750 #/24 #/24圖1.2折面梁格及平面梁格模型截面劃分示意圖 #/24 #/24圖1.3折面梁格模型示意圖圖1.4ANSYS實(shí)體模型示意圖 /241.3計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比1.3.1支座反力對(duì)比1）工況一：自重作用下表1.1自重作用下結(jié)構(gòu)支反力對(duì)比表（kN）單梁折面梁格平面梁格實(shí)體單元支座12652132613261326支座22652132613261326支座31326

3、13261326支座4132613261326結(jié)論：通過支反力對(duì)比表1.1可以看出，各種模型的支反力分布基本一致。橫向兩個(gè)支座的反力可以認(rèn)為是單梁中一個(gè)支座的反力平均分配后得到。2）工況二：預(yù)應(yīng)力作用下簡(jiǎn)支梁在水平向預(yù)應(yīng)力作用下不產(chǎn)生支座反力，不進(jìn)行對(duì)比。1.3.2縱向正應(yīng)力對(duì)比由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，選取箱梁截面的一半進(jìn)行上、下緣沿橋跨縱向正應(yīng)力的對(duì)比（如圖1.6所示區(qū)域），對(duì)比結(jié)果見圖1.7圖1.12。應(yīng)力圖中，上緣是指頂板中間面層，下緣是指底板中間面層?？v坐標(biāo)為正應(yīng)力值，單位為kPa,注：梁格模型自動(dòng)得到各個(gè)單元上、下緣的應(yīng)力值；實(shí)體模型中選取實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力（翼板上、中、下層應(yīng)力的選?。?/p>

4、梁格模型無法反應(yīng)頂、底板的局部效應(yīng)，而ANSY實(shí)體中分析結(jié)果包括了整體效應(yīng)及局部效應(yīng)，故在數(shù)據(jù)分析時(shí)主要對(duì)頂?shù)装宓闹虚g層（截面中心線）所在位置的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。一區(qū)28004二區(qū)00三區(qū)5（1004002800r!r1750一J0CO片W0.-17501J6400圖16正應(yīng)力對(duì)比區(qū)域示意圖1）工況一：自重作用下（單位：kPa）亠單梁折面梁格+實(shí)體圖1.7區(qū)翼緣板自重正應(yīng)力對(duì)比+單梁頂板單梁底板折面梁格頂板-折面梁格底板實(shí)體頂板實(shí)體底板 #/24 #/24圖18二區(qū)腹板自重正應(yīng)力對(duì)比 /24 /24圖1.9三區(qū)二字型”自重正應(yīng)力對(duì)比結(jié)論：由上述對(duì)比可以看出，在自重作用下：折面梁格與實(shí)體單元應(yīng)力結(jié)果

5、差距不大，單梁在橫截面方向未能體現(xiàn)出剪力滯效應(yīng)。2）工況二：預(yù)應(yīng)力作用下（軸力代替預(yù)應(yīng)力，單位：kPa）圖1.10一區(qū)翼緣板預(yù)應(yīng)力作用下正應(yīng)力對(duì)比圖1.11二區(qū)腹板預(yù)應(yīng)力作用下正應(yīng)力對(duì)比亠單梁頂板亠單梁底板折而梁格頂板一折而梁格底板+實(shí)體頂板實(shí)體底板圖1.12三區(qū)“二字型截面”預(yù)應(yīng)力作用下正應(yīng)力對(duì)比結(jié)論：由上述對(duì)比可以看出，在預(yù)應(yīng)力作用下：預(yù)應(yīng)力效應(yīng)沿跨長(zhǎng)逐漸變化的趨勢(shì)：即通過一個(gè)傳遞區(qū)域（接近一個(gè)梁高范圍）后沿截面均勻分布；在橫截面方向，預(yù)應(yīng)力作用位置處（錨固區(qū)域）效應(yīng)明顯，依次向橫向傳遞，效應(yīng)逐漸沿截面均勻分布。單梁模型未能體現(xiàn)出縱橫向的變化趨勢(shì)，其它模型很好的反應(yīng)了這些變化趨勢(shì)。折面梁格

6、的分析結(jié)果更接近于實(shí)體模型。另：圖1.11中實(shí)體分析結(jié)果的拉應(yīng)力跳躍點(diǎn)主要是由于局部效應(yīng)引起，此處不做對(duì)比。1.3.3截面內(nèi)力分布對(duì)比梁格劃分后橫截面上各分塊的內(nèi)力之和是否與單梁的內(nèi)力值一致，包括軸力、彎矩、剪力的對(duì)比。這里主要列出單梁與折面梁格的數(shù)據(jù)對(duì)比。1）工況一：自重作用下剪力對(duì)比在沿跨長(zhǎng)方向的各個(gè)位置上，將梁格中各縱梁剪力疊加在一起所得結(jié)果與單梁剪力對(duì)比，結(jié)果如下表1.2：表1.2自重作用下梁格模型剪力對(duì)比表截面X坐標(biāo)值單梁模型折面梁格折面梁格/單梁誤差0-2652-2652.60.02%1-2475-2475.170.01%2-2298-2298.390.02%3-2122-2121

7、.63-0.02%4-1945-1944.89-0.01%5-1768-1768.050.00%6-1591-1591.180.01%7-1414-1414.370.03%8-1238-1237.49-0.04%9-1061-1060.63-0.03%10-884-883.876-0.01%11-707.2-707.2120.00%12-530.4-530.4410.01%13-353.6-353.6240.01%14-176.8-176.8030.00%15-3.73E-090誤差可忽略16176.8176.8030.00%17353.6353.6240.01%18530.4530.4410

8、.01% /24 /2419707.2707.2120.00%20884883.876-0.01%2110611060.634-0.03%2212381237.493-0.04%2314141414.3670.03%2415911591.1780.01%2517681768.050.00%2619451944.886-0.01%2721222121.626-0.02%2822982298.390.02%2924752475.1720.01%3026522652.5980.02%軸力對(duì)比自重作用下結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生軸力，不進(jìn)行對(duì)比。彎矩對(duì)比在沿跨長(zhǎng)方向的各個(gè)位置上，將梁格中各縱梁彎矩以及各縱梁軸力對(duì)單梁

9、截面重心所產(chǎn)生的偏心距所產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行疊加求和所得結(jié)果與單梁彎矩對(duì)比，結(jié)果如下表13：表13自重作用下梁格模型彎矩對(duì)比表截面x坐標(biāo)值單梁模型折面梁格折面梁格/單梁誤差01.71E-10-0.0189#1-2564-2563.66-0.01%2-4950-4950.860.02%3-7160-7160.590.01%4-9194-9193.45-0.01%5-11050-11049.2-0.01%6-12730-12729.80.00%7-14230-142320.01%8-15560-15558.4-0.01%9-16710-16708.2-0.01%10-17680-17679.50.00%

10、11-18480-18476.9-0.02%12-19090-19093.50.02%13-19540-19536.3-0.02%14-19800-19801.40.01%15-19890-19890.10.00%16-19800-19801.40.01%17-19540-19536.3-0.02%18-19090-19093.50.02%19-18480-18476.9-0.02%20-17680-17679.50.00%21-16710-16708.2-0.01%22-15560-15558.4-0.01%23-14230-142320.01%24-12730-12729.80.00%25

11、-11050-11049.2-0.01%26-9194-9193.45-0.01%27-7160-7160.590.01%28-4950-4950.860.02%29-2564-2563.66-0.01%305.43E-11-0.0189#2）工況二：預(yù)應(yīng)力作用下剪力對(duì)比在水平向預(yù)應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生剪力，不進(jìn)行對(duì)比。軸力對(duì)比在沿跨長(zhǎng)方向的各個(gè)位置上，將梁格中各縱梁軸力疊加在一起所得結(jié)果與單梁軸力對(duì)比，結(jié)果如下表1.4：表1.4預(yù)應(yīng)力作用下梁格模型軸力對(duì)比表X坐標(biāo)單梁折面折面梁格模型梁格/單梁誤差0-19998.96-199990.00%1-19999.88-20000.80.00%2-200

12、00.5-20000.20.00%3-20000.9-20001.60.00%4-20000.8-200000.00%5-20000.4-20000.80.00%6-20000.4-200000.00%7-20000-200000.00%8-19999-19998-0.01%9-19999-200000.01%10-20000-200000.00%11-20000-200000.00%12-20000-200000.00%13-20000-200000.00%14-20000-200000.00%15-20000-200000.00%16-20000-200000.00%17-20000-20

13、0000.00%18-20000-200000.00%19-20000-200000.00%20-20000-200000.00%21-19999-19998-0.01%22-19999-200000.01%23-20000-200000.00%24-20000.4-20000.80.00%25-20000.4-200000.00%26-20000.8-20001.60.00%27-20000.9-20000.20.00%28-20000.5-20000.80.00%29-19999.88-199990.00%30-2.00E+04-19999-0.01%彎矩對(duì)比將梁格與單梁相同位置上的各縱梁

14、彎矩，與縱梁軸力對(duì)單梁截面重心所產(chǎn)生的偏心距所產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行疊加求和所得結(jié)果與單梁彎矩對(duì)比，結(jié)果如下表1.5：表15預(yù)應(yīng)力作用下梁格模型彎矩對(duì)比表截面X坐標(biāo)值單梁折面梁格折面梁格/單梁誤差061766150.954-0.41%161766087.362-1.44%261765986.914-3.06%361765932.081-3.95%461765907.469-4.35%561765903.819-4.41%661765910.59-4.30%761765926.149-4.05%861765944.972-3.74%961765964.339-3.43%1061765982.517-3.

15、13%1161765998.906-2.87%1261766011.389-2.67%1361766019.887-2.53%1461766025.533-2.44%1561766028.143-2.39%1661766025.533-2.44%1761766019.887-2.53%1861766011.389-2.67%1961765998.906-2.87%2061765982.517-3.13%2161765964.339-3.43%2261765944.972-3.74%2361765926.149-4.05%2461765910.59-4.30%2561765903.819-4.4

16、1%2661765907.469-4.35%2761765932.081-3.95%2861765986.914-3.06%2961766087.362-1.44%3061766150.954-0.41%結(jié)論：從上述對(duì)比結(jié)果可以看出，在自重或預(yù)應(yīng)力作用下梁格截面上的內(nèi)力總和與單梁模型基本相等，說明任意的梁格劃分可以完全承擔(dān)荷載的縱橫向傳遞。第二部分：?jiǎn)蜗涠嗍覍捪淞航孛姹容^剪力滯效應(yīng)：?jiǎn)瘟?、折面梁格及?shí)體（ANSYS）模型，其中梁格模型考慮橫截面劃分方式（各分塊截面有、無腹板）的影響，對(duì)比包括支反力、縱向正應(yīng)力、位移、截面內(nèi)力分布。支座分布影響：考慮不同支座布置形式（箱梁每道腹板下均設(shè)置支座或僅

17、兩道腹板下設(shè)置支座）的影響。虛擬橫梁抗扭剛度的影響：折面梁格模型，縱向正應(yīng)力的對(duì)比。梁格劃分縱橫比例的影響：折面梁格模型，縱向正應(yīng)力的對(duì)比。2.1結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)為跨徑40米的單箱多室寬箱截面簡(jiǎn)支梁，主梁截面如圖2.1所示，頂板寬30m,頂、底板厚度均為0.25m,腹板厚0.4m。圖2.1箱梁截面（單位：rmi）對(duì)不同模型在自重荷載作用下進(jìn)行的約束布置形式為：在每道腹板下均設(shè)置支座，跨徑布置及約束位置見圖2.2所示：2.2分析模型共建立五種分析模型進(jìn)行對(duì)比：1）單梁模型：取整個(gè)截面為有限元單元截面。2）梁格模型：疏分梁格：截面在橫向劃分為5個(gè)部分（如圖2.3）,每部分截面均帶有腹板；沿橋跨縱向分2

18、0段；模型如圖2.4所示。密分梁格模型（折面）：橫截面在橫向劃分為15個(gè)部分（如圖2.5）,各部分截面自由劃分；沿橋跨縱向分40段；模型（翼緣板端部和邊腹板以懸臂帶剛臂模擬）如圖2.6所示。3）實(shí)體模型：釆用ANSYS中實(shí)體單元solid45建立模型，由面創(chuàng)建體，用坐標(biāo)平面切分成標(biāo)準(zhǔn)六面體，然后設(shè)置esize為0.2,進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，模型如圖2.8所不。6000|6000.6000.6000.600012311.圖2.3疏分梁格模型截面劃分圖2.4疏分梁格模型示意圖圖2.5密分梁格模型截面劃分（mm；圖2.6密分梁格（折面）模型示意圖圖2.8ANSYS實(shí)體模型示意圖2.3計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比2.

19、3.1支座反力對(duì)比表2.1結(jié)構(gòu)支反力對(duì)比表模型左側(cè)右側(cè)總計(jì)單梁199322993219864疏分梁格116876168722192721923217582175421929219251687101687總計(jì)9933993319866密分梁格（折面）115346153122373723733211982119423739237351534101531總計(jì)9933993319866ANSYS118266182522092720933209682097420929209251826101825總計(jì)9932993219864結(jié)論：通過支反力對(duì)比表可以看出，各種模型的支反力總量是一樣的，但是在橫向的分配

20、上：?jiǎn)瘟簾o法反應(yīng)各支座的分配差別；疏分梁格和ANSYS實(shí)體模型未反應(yīng)出中間三個(gè)支座的分配差別；密分梁格很好的反應(yīng)出五個(gè)支座各自的反力分配。2.3.2縱向正應(yīng)力對(duì)比選取1/4跨、中跨兩個(gè)位置，對(duì)箱梁橫截面上、下緣沿橋跨縱向正應(yīng)力分布進(jìn)行對(duì)比。應(yīng)力比較中，上緣是指頂板中間面層，下緣是指底板中間面層。應(yīng)力圖中，縱坐標(biāo)為正應(yīng)力值，單位為MPa,上、下緣正應(yīng)力均以正值表示；橫軸為腹板號(hào)（編號(hào)見圖2.9）,對(duì)比結(jié)果見圖2.10圖2.17。注：梁格模型自動(dòng)得到上、下緣的應(yīng)力值；實(shí)體模型中選取實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力（翼板上、中、下層應(yīng)力的選取）。梁格模型無法反應(yīng)頂、底板的局部效應(yīng)，而ANSY實(shí)體分析結(jié)果中包括了整

21、體效應(yīng)及局部效應(yīng)，故在數(shù)據(jù)分析時(shí)主要對(duì)頂?shù)装宓闹虚g層（截面中心線）所在位置的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。12345圖2.9腹板編號(hào)示意圖1/4跨位置 /24 #/24跨中位置單毅一一凍分粱格一一55分粱格（折面）ANSYS圖2門下緣正應(yīng)力對(duì)比圖2.12上緣正應(yīng)力對(duì)比 /24 #/24結(jié)論：通過對(duì)四分點(diǎn)和跨中的應(yīng)力數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)：密分折面梁格的應(yīng)力分布在橫截面上更接近于ANSYS實(shí)體單元的結(jié)果;但剪力滯效應(yīng)與ANSYS結(jié)果相比有差異。疏分梁格相當(dāng)于對(duì)密分折面梁格的結(jié)果在一定范圍內(nèi)取均值，與實(shí)體結(jié)果有一定差異，故分析時(shí)仍需考慮引入有效分布寬度；單梁模型無法反應(yīng)橫截面上應(yīng)力的變化分布規(guī)律，分析時(shí)仍需考慮引

22、入有效分布寬度。2.3.3橫截面豎向位移對(duì)比選取1/4跨、中跨兩個(gè)位置，對(duì)箱梁橫截面豎向位移進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見圖2.18圖2.21。位移圖中，縱坐標(biāo)為位移值，單位為mm。1/4跨位置 /24 #/24跨中位置結(jié)論：通過對(duì)四分點(diǎn)和跨中位置的豎向位移數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)：梁格模型在橫截面上位移分布基本一致，不同之處在于折面梁格可以反映翼緣端部的位移變化。ANSYS完全反應(yīng)出橫截面上頂板與底板的位移差異，而梁格模型在橫向?qū)㈨?、底板作為一個(gè)整體來考慮，無法反應(yīng)出局部效應(yīng)。2.3.4各縱梁豎向位移對(duì)比所選取進(jìn)行比較的豎向位移的縱梁位置為：第一縱梁、第二縱梁在疏分梁格、密分梁格中分別如圖2.22、2.

23、23所示，ANSYS實(shí)體模型是取圖2.24黑點(diǎn)位置的節(jié)點(diǎn)位移。對(duì)比結(jié)果見圖2.25圖2.30。位移圖中，縱坐標(biāo)為位移值，單位為mm。 /24 #/24由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，僅列出第1、2、3縱梁的比較結(jié)果。第1縱梁第2縱梁第3縱梁圖2.22疏分梁格中縱梁位置示意圖2.23密分梁格中縱梁位置示意圖2.24ANSYS實(shí)體模型中所取節(jié)點(diǎn)位置圖2.25縱梁1豎向位移對(duì)比圖2.26縱梁2豎向位移對(duì)比 /24 #/24圖2.27縱梁3豎向位移對(duì)比結(jié)論：通過對(duì)兒種不同模型中腹板所在位置豎向位移的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)：梁格模型在腹板位置處沿橋跨方向的豎向位移基本一致。2.3.5截面內(nèi)力分布對(duì)比梁格模型中橫截面劃

24、分后各分塊的內(nèi)力之和是否與單梁的內(nèi)力值一致，包括軸力、彎矩、剪力的對(duì)比。這里主要列出單梁與折面梁格的數(shù)據(jù)對(duì)比。剪力對(duì)比在沿跨長(zhǎng)方向的各個(gè)位置上，將梁格中各縱梁剪力疊加在一起所得結(jié)果與單梁剪力對(duì)比，結(jié)果如下表2.3：表2.3自重作用下梁格模型剪力對(duì)比表節(jié)點(diǎn)位置單梁密分梁格（折面）數(shù)值相對(duì)誤差（萬分之）0-9932.00-9933.75-1.761-9435.00-9435.72-0.772-8939.00-8938.860.163-8442.00-8442.26-0.314-7946.00-7945.640.465-7449.00-7448.970.036-6952.00-6952.27-0.3

25、87-6456.00-6455.670.508-5959.00-5959.09-0.169-5463.00-5462.570.7910-4966.00-4966.10-0.2011-4469.00-4469.58-1.2912-3973.00-3972.960.1113-3476.00-3476.19-0.5514-2980.00-2979.730.9215-2483.00-2483.06-0.2416-1986.00-1986.43-2.1517-1490.00-1489.851.0418-993.20-993.25-0.5319-496.60-196.60-0.02200.000.0021

26、496.60496.60-0.0222993.20993.25-0.53231490.001489.851.04241986.001986.43-2.15252483.002483.06-0.24262980.002979.730.92273476.003476.19-0.55283973.003972.960.11294469.004469.58-1.29304966.004966.10-0.20315463.005462.570.79325959.005959.09-0.16336456.006455.670.50346952.006952.27-0.38357449.007448.970

27、.03367946.007945.640.46378442.008442.26-0.31388939.008938.860.16399435.009435.72-0.77409932.009933.75-1.76軸力對(duì)比自重作用下結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生軸力，不進(jìn)行對(duì)比。彎矩對(duì)比在沿跨長(zhǎng)方向的各個(gè)位置上，將梁格中各縱梁彎矩以及縱梁軸力對(duì)單梁截面重心所產(chǎn)生的偏心距所產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行疊加求和所得結(jié)果與單梁彎矩對(duì)比，結(jié)果如下表24表2.4自重作用下梁格模型彎矩對(duì)比表節(jié)點(diǎn)位垃單梁密分梁格（折面）數(shù)值相對(duì)誤基（萬分之）00.000.001-9684.00-9684.34-0.352-18870.00-18871.77-

28、0.943-27560.00-27562.70-0.984-35760.00-35755.461.275-43450.00-43454.75-1.096-50650.00-50652.96-0.587-57360.00-57356.240.668-63560.00-63563.13-0.499-69280.00-69275.910.5910-74490.00-74489.130.1211-79210.00-7920&180.2312-83430.00-83433.60-0.4313-87150.00-87158.38-0.9614-90380.00-90381.08-0.1215-93110.

29、00-93116.72-0.7216-95350.00-95345.760.4417-97090.00-97080.480.9818-98330.00-98318.831.1419-99070.00-99072.74-0.2820-99320.00-99323.17-0.3221-99070.00-99072.74-0.2822-98330.00-98318.831.1423-97090.00-97080.480.9824-95350.00-95345.760.4425-93110.00-93116.72-0.7226-90380.00-90381.08-0.1227-87150.00-87158.38-0.9628-83430.00-83433.60-0.4329-79210.00-7920&180.2330-74490.00-74489.130.1231-69280.00-69275.910.5932-63560.00-63563.13-0.4933-57360.00-57356.240.6634-50650.00-50652.96-0.5835-43450.00-43454.75-1.0936-35760.00-35755.461.2737-27560.00-27562.70-0.9838-1