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钢管混凝土拱桥内力影响线计算
钢管混凝土拱桥内力影响线计算
摘要:本文利用ANSYS,通过两种方法来建立钢管混凝土拱桥有限元模型,来求其在各个截面位置处得内力影响线。结合某具体实桥,分别求出拱顶截面、拱脚截面、1/4截面弯矩影响线。进行比较与分析,为设计人员提供参考。
关键词:ANSYS有限元分析;拱桥;内力影响线
中图分类号:U446 文献标志码:A


拱桥是一种压弯结构,即受弯又受压。与梁桥这种受弯结构相比,力学原理不同。拱桥作为超静定结构,在计算内力影响线时,也比计算一般梁桥的内力要复杂的多,需要求解很多中间过程。
ANSYS是一种大型有限元通用软件,在对结构进行有限元分析处理方面,具有很强的能力。运用参数化的设计语言,可以方便的建立有限元模型,实现循环加载,以及后处理过程的简捷。因此,本文利用ANSYS来建立钢管混凝土拱桥有限元模型,计算各个控制截面弯矩影响线。从结果中分析与比较,为设计人员提供参考。

1内力影响线计算原理
结构力学中,我们了解到计算超静定结构的影响线的方法有两种:一种是按力法解出内力影响线方程;另一种是按机动法利用位移图求影响线。用机动法求解时,计算某个特定截面比较容易,但是在计算每个截面时,建模比较复杂。从简易的角度的出发,这里采用力法的原理,利用ANSYS来求解钢管混凝土拱桥的内力影响线。



力法计算内力影响线理论
无铰拱是三次超静定结构。在计算它的内力影响线时,首先需要求出3个多未知力X1,X2,X3的影
响线。然后即根据平衡条件用内力叠加法求得其余反力、内力影响线。
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结合拱桥模型,单元划分,在每个节点上施加单位荷载(考虑荷载的效果,施加1000kN)。
在建立n个荷载工况,每个荷载工况下,对应时间取对应位置处得内力值。
求解所有的工况。
在后处理中,将所求截面内力定义为变量,绘制相应的影响线。
建模的具体流程,命令流如下:
…….
DO,INODE,1,39,1
Time,INODE
FDELE,ALL,ALL
ALLSEL
F,INODE,FY,-! 施加1kN集中力。
CUR_LS=CUR_LS+1
OUTRES,BASIC,ALL,
LSWRITE,CUR_LS
…….


2内力影响线计算
某高速公路上,一座中承式钢管混凝土系杆拱桥,计算跨径90m,计算矢高18m,。拱肋截面为哑铃型,,钢管的弹性模量E=×105 MPa,混凝土的弹性模量E=×104MPa。

有限元模型建立
由于拱的刚度比系杆大的多,弯矩按刚度分配,因此建模时,可以考虑简化为只有裸拱圈,两拱脚处固结。拱肋是由钢管和混凝土两种材料构成的,两种材料性质差异很大,我们利用自定义截面梁的方法,来计算拱肋截面。具体命令流如下:
et,1,82
……..
secwrite,cd,sect,,1
sectype,1,bea