Ansys懸索拱橋的諧響應(yīng)及地震響應(yīng)分析

懸索拱橋的諧響應(yīng)及地震譜響應(yīng)分析1、問(wèn)題描述:懸索拱橋除了承受風(fēng)載、地震載荷外，更多的面臨是車輛載荷的作用。山于共振引起的橋梁坍塌事故過(guò)去和現(xiàn)在都有發(fā)生，因此，根據(jù)動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果，對(duì)懸索拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接的動(dòng)態(tài)性能評(píng)估具有一定的指導(dǎo)意義。本文將先進(jìn)行懸索拱橋的諧響應(yīng)分析，確定懸索拱橋在單位簡(jiǎn)諧載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，然后將在橋體側(cè)向加地震譜，確定該橋體的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。所選懸索拱橋長(zhǎng)140m,橋墩高10m,懸索最高點(diǎn)距橋面的距離為20mo橋面采用混凝土材料，橋身框架采用鋼材。2、建模過(guò)程1） 定義工作文件名和工作標(biāo)題設(shè)定匸作文件名為BRIDGEHARMONICANALYSIS,圖形標(biāo)題為BRIDGEHARMONICANALYSIS.2） 定義單元類型本分析將采用三種單元類型，橋體框架講使用BEAM4單元，橋面將使用SHELL63單元，懸索將使用LINK10單元。操作如下：Denned T*yp?■:T01 B￡AM4Tjipe2UNK10 疋3SH6U63圖i單元類型泄義3）定義單元實(shí)常數(shù)定義三組實(shí)常數(shù)。其中，實(shí)常數(shù)1針對(duì)BEAM4單元實(shí)常數(shù)2針對(duì)LINK10單元，實(shí)常數(shù)3針對(duì)SHELL63單元。如下圖：ElementTypeReFcfenceNo.2RedCcnsUrtSetNo.2Crosssecxbnalarea A應(yīng)人0/)314Irrtal ISTRN0?l|OK| Apply| 1

GoM-MCbofldar*aAREAAr“wvc?vb?nto4 KZZA/e?rVKWnt0*in?Tid IWThiekr???dc?*g2am TKZThkfcnmadongYaaia TKVOWHSeObOtX!XGoM-MCbofldar*aAREAAr“wvc?vb?nto4 KZZA/e?rVKWnt0*in?Tid IWThiekr???dc?*g2am TKZThkfcnmadongYaaia TKVOWHSeObOtX!X機(jī)％TMETAX曲?<re；n l$TRNTo<ttonalmamorrt&invrriaIXXth…d?(WE"心"2SHrAAZE如ereType W)匕?lComtareS?1NouSheardeOe<<on?xmYSHEAR*ftotaftcnalfr^qusneySPINAdd*dmAMA^nkUA^thADC^><A￡5 |ac“iI匚\OAC07[aiw7II：匸廠匸廠廠匸$hdltNckr??w?nodeiWlMrode>TK切acnod^KTKOOxnod.LTK|1)￡b?c^xrd^tion廬mm€F$ElemercX-awsrotationTHETAB?ndrt^momoFirwrturM>o駅UOwtfromrridsurftotopCT8fromaid28botCOOTAdded 2fMADM5UA* |卯內(nèi)|a*圖2單元實(shí)常數(shù)左義4） 定義材料參數(shù)整體模型采用兩種材料：橋身框架采用鋼材，彈性模量EX=2.0X1O】1PN泊松比PRXY=0.3,密度DENS=7800kg/m3；橋面采用混凝土，彈性模量EX=3.0XlO^Pi,泊松比PRXY=0.2,密度DENS=5000kg/m3o5） 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)山于橋體具有對(duì)稱性，首先創(chuàng)建單側(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過(guò)平移復(fù)制得到另一側(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)，所有關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建完成后如下圖：TOllHSTTPEJKXANTOllHSTTPEJKXXC1$2Crll13M<i3320)235.：MEHA55?:CI：AXULLYSXS圖3關(guān)鍵點(diǎn)左義6）創(chuàng)建橋體框架連接相應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)，建立橋體模型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下圖:iuasn-PEOTM/MViuasn-PEOTMD€C13201119；&2：M

圖4橋體框架7）創(chuàng)建橋面整個(gè)橋面山9塊平面組成，創(chuàng)建完成后如下圖:FOISTSMCFOISTSMC13201113:46:33圖5橋體幾何模型至此，整個(gè)懸索拱橋的兒何模型已經(jīng)創(chuàng)建完畢。8）劃分網(wǎng)格根據(jù)模型的特點(diǎn)和使用的材料情況，采用人工分網(wǎng)，橋體框架采用BEAM4單元、1號(hào)實(shí)常數(shù)和1號(hào)材料，網(wǎng)格大小指定為2,劃分網(wǎng)格前需要選定相應(yīng)的橋體框架直線，橋面上的8根懸索采用LINK10單元、2號(hào)實(shí)常數(shù)和1號(hào)材料，網(wǎng)格指定大小為1,橋面釆用SHELL63單元、3號(hào)實(shí)常數(shù)和2號(hào)材料，網(wǎng)格大小指定為2。劃分結(jié)果如下圖：sizarsANsizarsIEC13201113156151L、.L、.圖6分網(wǎng)之后的有限元模型3、諧響應(yīng)載荷分析1） 設(shè)定分析類型進(jìn)入ansys求解器，設(shè)定分析類型為Harmonic。2） 設(shè)置分析選項(xiàng)求解方法選擇Full,輸出形式選擇Real+imaginary,單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。圖7圖7分析選項(xiàng)設(shè)泄3）載荷步選項(xiàng)設(shè)置設(shè)定頻率范圉為0-2.5HZ,載荷子步數(shù)為50載荷形式選擇Ramped,單擊OK按鈕。HarmonicFrequencyandSufetepOption^(HARFRQJHarmoricfreqrdnge2.5[NSUBSrjNumberofsubeteos[K8C]Steppedorrampedbe(5Ramped廠SteppedOKI CanedI圖8載荷步選項(xiàng)設(shè)置4）施加位移約束4/10

在圖形窗口選擇4個(gè)支座處節(jié)點(diǎn)，在ALLDOF中VALUE文本框中輸入0,單擊OK按鈕，釆取同樣的方法在橋面兩端的節(jié)點(diǎn)施加UX方向位移約束為0,結(jié)果如下圖：AIMAIMAKFLITIKJE阻2AKFLITIKJE阻225BRIXEHARMONICAXALYSIS圖9位移約朿5） 施加載荷在圖形中選擇節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)25,載荷方向選擇FY,載荷實(shí)部輸入1,虛部為0,單擊OK按鈕。至此，所有邊界條件加載完畢。6） 諧響應(yīng)求解執(zhí)行SolveCurrentLoadStep對(duì)話框，求解諧響應(yīng)結(jié)果，完成后推出求解器。7） 觀察結(jié)果定義Y-Compentofdisplacement變量名取為UY-1,在圖形窗口拾取左側(cè)懸索和橋面連接處的節(jié)點(diǎn)，同理，選取中間懸索和橋面連接處的節(jié)點(diǎn)Y方向定義位移為Y-2.在TimeHistoryVariables對(duì)話框中顯示圖形窗口變量UY-1和UY-2隨頻率的變化曲線。/V1MDECL3201117:56:49圖10橋面撓度響應(yīng)曲線地震載荷響應(yīng)1）計(jì)算模態(tài)解進(jìn)入ansys求解器，設(shè)置分析類型為Modal,模態(tài)提取方法釆用BlockLanzcos,提取模態(tài)數(shù)為10,設(shè)置完成后進(jìn)行模態(tài)求解，求解完畢退出求解器，參數(shù)設(shè)置窗口如下：MODOPTJMod*vxtr>ct*onirwthodBbckLancxo*rPCGUnaas廠Reduced「Damped廣QRDamped「SupernodeNo.ofmod?toew^ct81(muttbespecifiedfordlmMhodt?wcepetheR*duc?dmathad):MXPANO)&p亦dmode力'UMOOENo.mod?Btovipand9VatM 丨rNo1UMPM]Uslimbed app^w?⑸IndrNorno圖11模態(tài)分析選項(xiàng)設(shè)宜2）譜分析求解重新進(jìn)入ansys求解器，設(shè)置分析類型為Spectrum?在SpectrumAnalysis中設(shè)置譜分析類型為Single-ptresp,模態(tài)求解數(shù)設(shè)為10。激勵(lì)譜類型為Seismicdisplac,激勵(lì)方向?yàn)?、1、0,單擊OK按鈕。定義激勵(lì)譜曲線，結(jié)果如下圖：[FREQ]FrequencyTabicEnterupto20valuesofFrequencyFREQ1FREQ2FREQ3FREQ4kccaikccaiscunicu#/10由圖14,15,16分析可知，曲于施加激勵(lì)譜的方向?yàn)閅方向，所以橋面在Y方向產(chǎn)生較大變形，且主要集中在左右兩端的懸索附近，而懸索在此情況下應(yīng)產(chǎn)生較大的變形。6、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)通過(guò)該實(shí)驗(yàn)了解了ansys動(dòng)態(tài)分析的應(yīng)用，學(xué)習(xí)了同一模型使用多種材料分析的方法，學(xué)習(xí)了諧響應(yīng)分析，模態(tài)分析，譜分析，模態(tài)合并的使用，動(dòng)力學(xué)分析和靜態(tài)分析還是有許多的不同，山于在學(xué)習(xí)的過(guò)程中可能了解體會(huì)等有諸多不