刚构桥的局部应力分析

2025-04-29

可以这样来做

1)选定要做局部分析的部分,根据梁高、宽度,根据圣维南原理考虑边界效应的影响范围,多取出几个节段。

比如0#块,建议取到2号块(当然考虑梁高、宽等实际情况)。

2)提取相应边界上的midas计算结果,弯矩、剪力、轴力,预应力损失等等。 3)按照选用的节段建立实体单元模型,将提取的midas结果施加到实体模型上。弯矩的施加可以采用顶底板的轴力差来完成。 注意:主要控制的因素为两点 1)钢束的有效应力

2)实体单元边界上的弯矩、轴力。 3)个人认为剪力的影响不是很大。

先谢过楼上的回复 接着问几个问题:

1.比如我要模拟零号块的预应力钢束布置,除了本身就锚固在零号块外侧截面的钢束(属于0#块)外,是否也需要模拟所有穿过零号块的钢束(比如2#、3#。。。22#钢束,假如是的话,模拟的方法是不是在0#块外侧截面把这些钢束截断当成直线钢束模拟即可。(按照你所说的控制因素之一,保证是有效的预应力)

2.这种局部分析是遵循圣维南原理的,你所提到的注意实体单元边界上的弯矩、轴力,就是要满足静力等效这个条件吧。但是假如剪力影响不大的话,我想求得局部实体单元的主应力,那不是就不准了吗?此外,我算的桥是一曲线连续刚构,因此在截断的截面处还有扭矩。那扭矩应该如何加在局部模型上呢?

3.静力等效还好理解,应该也能实现。对于零号块而言,可以把墩也建出来,只要对墩底实施位移边界条件的约束即可。那么对于我所提到的1/4跨处截面而言,我把该截面两侧的梁段取成实体后,该局部分析模型的位移边界条件应该如何取得呢?之所以我想对1/4跨处截面进行分析,是因为该桥为曲线桥,为了减小畸变对结构的影响,不仅在墩顶处,1/4跨处截面也设置了横隔板。

话可能比较长,但是意思应该都表达清楚了。

1、可以做成直束。

2、我当时做的是跨中合拢段的分析,边界条件是这样的

约束跨中截面的纵桥向位移和横桥向位移,约束梁段部截面的竖向位移 那么我们所施加的沿竖向的剪力就作用在了竖向的约束上,所以不起作用,呵呵,所以我说影响不大。

当然要具体情况具体分析,在0#的边界条件上还是要施加剪力。

3、四分之一截面的模拟方式可以参考我的跨中节段的模拟方式,至于剪力的施加可以继续讨论。

1.对于水编辑所提到的跨中合拢段的边界模拟情况,有没有什么理论依据。我一下想不明白。

还有你这样模拟之后的计算结果如何呢?能否贴出来大家一起学习下,因为细部分析是个细致活,差之毫厘,可能谬以千里。

2.四分之一截面是否可以采取这种模拟方式:墩顶方向的截面约束模拟为固定端,就是三个方向的位移全部约束住。跨中方向的截面是否应该分两种情况模拟,假如是未合拢前,就不约束,合拢后,就约束竖向位移。

3.还有对于局部模型应力边界的添加,水兄是怎么处理的呢?是否是延伸一段梁单元,然后将对应整体分析该截面处内力提取出来加到梁元上,然后将梁元和体元利用主从约束耦合起来?

4.再抛个问题。。。比如对于1/4处断面,我分别提取不同荷载工况下整体分析模型在该截面的内力施加到局部模型上。比如:最大悬臂前的几个节段浇筑、张拉;边跨合拢后、中跨合拢后等工况。这样是否可以对1/4处断面做施工节段的空间应力分析。可以那么做么?

1、边界问题

首先假定跨中截面的位移在纵桥向和横桥向是为0,只在竖向移动;取的局部模型的梁段只约束竖向,也就是跨中截面的位移是相对于梁格端部的相对竖向位移。

那么这个梁段在平面内的话就相当于一个沿中轴线对称的简支梁。 2、至于你提出的四分之一模型,我是这样考虑的:

如果你固定靠近桥墩方向的话,那么不管合龙前还是合龙后,都不能约束考虑跨中方向的竖向位移,因为其相对于另一端(靠近桥墩方向)是有竖向位移的,这一点可以考剪力和弯矩等等来调节。 3、对于局部端部模型的问题

实体部分多取出两个节段,避免边界效应对你分析(关心)节段的影响就够了。 没有尝试过使用梁单元,因为假如使用梁和实体连接的话,只能采用刚接,那样对于你关心的部分还是有相当大的影响的,只能延长一两个节段再施加梁单元,不过这样已经没有必要了,直接把边界施加在实体上就可以了。 4、个人认为,只要解决了你的边界问题,应该可以这样来模拟。

第一个问题,就是边界问题,我当初,考虑了很久,认为自己的方法是众多备选方法里面最优的一个方法了。

当然,没有非常确凿的理论依据,考虑了一个方面,难免会忽略另外一个方面,大家指正。

找到那个关于混合单元的例子了

采用梁单元做整体分析模拟边界条件,然后在中间删除一段梁单元用实体单元代替,进行空间局部分析,比较经典,可以共享一下 现在把它索引过来

工程背景为钱江三桥,主要分析斜拉索锚固块的传力机理和局部应力分析 下面是有限元模型

混合模型(1)

混合模型(2)

局部实体模型(1)

锚固块局部模型

这是我前段时间做的一个模型,工程背景为钱江三桥,主要分析斜拉索锚固块的传力机理和局部应力分析. 局部模型中的预应力筋类型: 1)、桥面板中的横向预应力筋; 2)、箱梁顶底板的纵向预应力筋; 3)、腹板和横梁的竖向预应力筋; 4)、横梁曲线型预应力筋 (一) 建模思路为:

1)、建立空间杆系模型,单元类型为beam188和link8 2)、删除局部实体模型位置处的主梁杆单元

3)、在该位置处建立局部实体模型,梁段长为4.0m+6.0m=10.0m,4.0m为远离主塔方向节段长度,6.0m为靠近主塔方向节段长度。

4)、建立边界耦合条件:将实体模型的两个端面上的node与杆系模型上在同一x坐标上的node耦合x、y、z自由度;并将锚固块的锚断面上的node和斜拉索link8单元的下锚固node耦合x、y、z自由度 5)、加载求解 (二)

建模过程中需要注意的问题:

1)、预应力筋的建模就按照一般的思路:先生成混凝土体,然后在具体的位置vsbv、vsbw,然后选择line赋予link8实常数。因为预应力筋众多,如果用整个体去切割,既费时、费内存又会把体切得面目全非(布尔操作可以让你等到花儿也谢了)。所以我选择将混凝土箱梁分割成顶板、底板、腹板、斜腹板等不同的部分,即单独的体,然后在单独的体上切割出需要的线型,最后allsel再vglue或者vovlap一下。

2)、如果vsbw得太细,小块的体太多,尤其是尖角的体太多,就会出现“不能再进行布尔操作”的警告。 这个模型的横梁本来有四根曲线预应力筋,但我试了N遍,在生成了一个曲线筋的基础上,就无法再生成第二根曲线筋,总是出现上面的警告。后来只好近似地四根合一根。

3)、曲线筋的生成挺有讲究,基本步骤如下: a) 生成两条直线筋

b)LINP,产生两条直线段筋的交点(注意,这一步操作删除了已经生成好的直线,只是产生了一个关键点)

c) 再由新生成的关键点与已知坐标的直线筋端点关键点生成两条直线 d)lfillt,由两条直线筋倒角成需要的曲线筋; e)由曲线+直线拉伸成曲面+直面; f)vsba生成曲线筋面

4)、曲线筋的选择成集。

对于喜欢命令流的ansys用户来说,perfect的就不会在命令流中途加上一些手动操作。所以在曲线筋的选择上,我也是想尽方法用命令流来实现。 开始我采取的措施是在切割出曲线筋后再在同一位置重新生成一条曲线(命令流再copy一遍),然后按照先前的那条曲线在每个被切断的位置也把第二条曲线切一遍(保证每个小段都重合,最后nummrg,kp,这样就把第二条曲线和第一条曲线重合并能保证了第二条曲线的cm集没有被删除。 可是在solve过程中,老是报错:内存不够。

只好按照排除法来检查模型:

a) 先局部模型加悬臂边界算一遍,如果能算通,则就是在混合模型的过程中出的错,如果不能算通,则是局部模型本身的问题。

b) 结果就发现局部模型本身算不过去,然后我又把预应力筋全部删除,发现可以算通,

c) 接下来我就一种一种地添加预应力筋,发现就是曲线筋出的问题。 d) 最后我就手选pick up曲线筋,后来就能算通了。 这一步花费了我近两天的宝贵时间。

5、边界耦合应注意的问题 1)命令:cerig

空间杆系单元有rot自由度,空间实体单元则没有rot自由度,所以cerig,11027,all,ux,uy,uz

2)混凝土单元选用solid92,有mid point,耦合的时候需要把中节点去掉,否则会出现cp方面的错误

6、网格划分应注意的问题

a) 混凝土单元采用中节点的solid92,划分单元的时候能够应付被切得乱七八糟的不规则体,如果采用solid45就碰见过划分单元形状不好的警告

b) 划分网格后要仔细检查网格划分质量。不要急于solve体验自己成功的快感,一个模型往往不可能一次就算过。如果抱有急于求成的心态,自己就会变得越来越急,把过多的精力放在抱怨上。因为很多求解error都是提示内存不够,其实这不是机器内存不够的问题,而是你模型的问题,比如存在尖角,没有vglue,vovlap等。这些必须同过检查网格划分质量才能发现,这一过程是很枯燥的,模型很大,机器反映速度很慢,必须耐下心来一段一段地检查。 c) 划分网格易先esize小的后esize大的,这样网格划分质量比较高。 (三) 小结

1) 建立有限元模型,不要觉得把/prep7的模型建好就觉得大功告成了,唯有通过solve才能发现前处理模型中的错误。通过后处理发现/prep7模型中的好多错误,比如某根预应力筋忘了张拉的话,后处理中就不会在管道位置出现应力集中. 2) 遇见求解出错后,就应该静下心来想想对策.像这个模型有整体和局部两部分,就可以先保证整体和局部单独能算通,然后保证他们的混合正确。

逛okok的时候,发现很多人都在提问\内存不够\的问题, 也不知该怎么去解释这一现象.

我把亲身经历的一个项目,并且也是遇见了这类问题,总结了一下贴出来,希望抛砖引玉,能有人从中得到一些启发

另外,期待着别的ansysn用户能有命令流选择曲线筋方面的经验,与我分享,3U.

和无才,你好,刚才看了你的精彩留言,感觉颇有收获,我最近也做了一个桥梁项目,是全命令流做的,根据项目需要分了2个阶段:

阶段一:实体元+梁杆系+板壳元模型 (SOLID45+BEAM44+LINK8+SHELL63) 又为可行性研究阶段,指导实际工作。

阶段二:梁杆系+板壳元模型 (BEAM188+LINK8+SHELL63) 施工阶段应力变形分析。

现正在二阶段,有些东西想请教一下你,希望能够联系你

我的QQ:14999210 没找到你的QQ,如果可以的话,请你加我。

非常精彩的留言,有一点想请教:

混合模型中你提到了纵向、竖向、横向预应力。混合模型的梁单元部位中,梁单元应该不用输入竖向、横向预应力的吧,但在梁单元中的纵向预应力你如何输入?特别是纵向曲线预应力呢?(我感觉这个很麻烦的)另外斜腹板钢束内如果有预应力呢?

怪我没说清楚,这个混合模型主要是分析锚固区在恒载、二期铺装、索力、预应力这几种荷载下的局部应力分析。把实体单元模型嵌入整体杆系模型,只求模拟边界的准确。所以整体杆系模型里的杆单元,都是没有预应力的,既没有竖、横向预应力,也没有纵向预应力。文中提到了三种预应力都是存在于实体单元模型

内。杆系单元中加预应力如何实现,这也是我非常想知道的:)

和无才 ,你好!

看了下你的模型,有个问题想请教下:

你把杆系的节点和同一纵桥向坐标的实体节点耦合,有什么好的理论依据么? 我觉得杆系一个节点对实体局部节点的约束不是实际的约束情况啊,比如顶底板的传递剪力路径,能考虑好么?

我认为把局部模型和总体模型相接的地方共位移即可较精确的计算锚块内力,可是对实体而言,怎么使实体和beam的节点产生相同位移呢?转角应该不是精确的。这点你是怎么考虑的?你的计算结果是否是符合力学原理或者桥规的?是否可信?

我现在做桥的局部分析,希望能交流下,谢谢

和无才兄,我想请教一个问题,对于混凝土斜拉桥这类混合模型,梁单元中没有考虑预应力及没有考虑收缩、徐变因素,则在想要的截面处的位移是不确切的,也就达不到位移等效的原理要求啊,这样做是否可行?

交流的经验很好,对于没做过这样分析的有一定帮助,但单纯以局部分析为主要目标的话,似乎这么做是自找麻烦,你完全可以只做局部的一个梁段或者两个梁段,分别将每个断面的整体计算的内力施加在相应的位置即可,这样处理岂不更简单?倘若你在ANSYS中实现了影响线或影响面加载的话,这样处理似乎有必要,否则,我觉得大可不必如此,这是给自己增加麻烦!当然了,至少说明楼主还是一个高手的,希望有机会交流。

首先,明确要研究的对象,并延长至少2倍梁高的范围,建立局部分析的模型;

其次,所延长后的端面再往外建立梁单元以供方便的施加平面计算所得的NQM内力。可以采用ANSYS中的cerig命令将梁单元与实体模型的端断面的节点耦合,当然你也可以采用约束方程,会取得较好的结果。

如果仅仅进行局部分析,可以采用强制位移或者等效节点力的形式,至于如何等效成节点力我还不是很清楚,约束如何加?至于采用强制位移的话,我想问一点的是,如果细部分析中没有加预应力,施加的位移是不是要考虑整体计算中包含预应力的荷载组合位移;如过细部分析中加了预应力荷载,施加的位移是不

是不包含预应力荷载组合下的位移

以上的讨论很精彩,继续期待中。。。。。。

和无才兄弟确实很强,我摸索了几个月才想到这个方法,但是我对你的模型提出一些问题,请你指教。

你的实体模型是不是太小了。对于宽度很大的桥梁,剪力滞效应的影响比较明显。通过我几个月的计算来看,至少在纵向上大于宽度方向的实体模型才能得到比较真实的情况。 我的计算模型是7*8 梁宽33米

这个例子确实比较不错,而且应用到了实际工程项目。有一定说服力

但是我在考虑一个问题:就是预应力的问题

这个例子,整体梁元模型的预应力应该是以等效荷载的形式加到结构上的,然后细部分析的实体段预应力钢束的模拟采用节点耦合法。我不太理解的是,假如全桥模型已经都考虑了所有的预应力效应,细部分析的时候再建立钢束单元并张拉,是否会使结果失真。

此外对于曲线连续刚构桥而言,假如采用这种方法,整体模型的预应力效应以等效荷载的形式添加似乎过于麻烦。空间索着实不好等效。

因此似乎只能采用通常的细部分析方法做处理,即必须运用圣维南原理并模拟所切割截面的边界条件。有一本书刚构——连续组合梁桥上,对零号块分析的处理是:按照设计单位所提供的切割截面处的内力值(考虑纵向预应力、自重、活载)以静力等效方式加到切割面上。此时零号块的钢束是没有模拟进去的。

预应力真是个麻烦的问题。

1、wentao8401兄提的这个问题,确实存在,但是其模型是没有施加预应力的。(这个混合模型主要是分析锚固区在恒载、二期铺装、索力、预应力这几种荷载下的局部应力分析。把实体单元模型嵌入整体杆系模型,只求模拟边界的准确。所以整体杆系模型里的杆单元,都是没有预应力的,既没有竖、横向预应

力,也没有纵向预应力。——引至原文),我其实也很疑惑施工节段如何模拟,如果施工节段不模拟,很难做到主梁的内力准确。有时间的话,仔细研究下其模型。

2、曲线连续刚构模拟空间索,又要增加一个平面内的弯矩,确实麻烦。ansys本来就是个通用软件,这种模拟方法只是一个备选方案,再说,其准确性还有待校核,如果必须再采用另外一款软件校核的话,那也就没有必要这样来模拟了,呵呵。

3、想来想去,还是切割边界的办法比较可行,但是其边界条件的模拟应该仔细考虑。

你提到0#块的直束当然可以模拟成节点力的形式,和钢束是等效的。也就是说边界条件里面包含了钢束的作用。一般我们做分析的时候,是要做到你要分析节段的前一个工况。

比如我们分析跨中合拢段底板的钢束张拉时候对底板的作用情况,那么,我们做平面分析的时候就要做到跨中顶板束张拉完毕,再提取边界条件。

至于0#块的模拟,那要看看分析什么工况下的0#块情况了,具体问题具体分析。 还有,你提到的这个0#块的模拟,是在哪一本书里面,能否推荐下?

1.对于这个混合单元斜拉桥的模型而言,我认为只对成桥阶段局部应力进行分析是可行的。斜拉桥一般是控制成桥内力以及线形处于合理状态下,根据无应力状态法的概念调整斜拉桥索力可以一劳永逸的满足成桥理想状态与各悬臂施工理想状态。而对于连续刚构而言,由于没有斜拉索这一有利、有效的调整“武器”,直接计算成桥状态与进行施工阶段分析进而确定的成桥状态其差别是很大的。

Conclusion:斜拉直接计算成桥状态是可行的,而连续刚构则不然。

2.局部分析确实需要一定的理论功底去选择边界条件,去判断计算结果,假如概念不清晰所做出来的结果就是本山大哥的特长“忽悠”了。因此还是不能急于求成,要多试验,多比较,多思考,这段时间我在建模,准备分别选取几种别人采用的边界条件进行分析(也包括水兄的边界条件,呵呵)。等自己认为结论拿得出手的时候一定贴出来与大家共同讨论。

3.我提到的那本书—,书名就叫“刚构——连续组合梁桥” 貌似咱们论坛的FTP上可以下载。

谢谢水编辑的例子,我想问的是如果边界条件的支撑如上面叙述的施加,根据整体模型中的节点位移量,如何去计算位移边界?选取节段两端的水平及竖向位移不同,是否应给纵向约束以强制位移?这个位移量如何去计算?

为什么要采用位移加载呢?强制位移肯定是不合理的。

难道位移不是伴随着内力么,提取内力施加到边界条件上不是更可行吗? 个人觉得做合拢段的局部分析,可行的办法是假定某个截面固定不变,然后施加从平面分析中提取的相应截面的内力。

另外你的纵向有位移,那么边界条件的确还有待商榷。

请问为什么强制位移是不合理的,整体模型中每个阶段合拢段两端都会累积竖向及水平位移,我们假定竖向位移可以通过监控中的标高调整予以消除,那么水平方向的节点位移是不是不予考虑了? 如下图:

刚看的发图方法,不好意思

欢迎继续讨论

如以节点位移当作边界条件,从整体分析模型中读取节段左端水平位移2.63厘米,节段右端水平位移-1.75厘米;如果节段左端面荷载以面力施加,那么节段右端面纵向约束全部节点,并施以节点强制位移,请问老师们该强制位移如何计

算?

请问为什么强制位移是不合理的,整体模型中每个阶段合拢段两端都会累积竖向及水平位移,我们假定竖向位移可以通过监控中的标高调整予以消除,那么水平方向的节点位移是不是不予考虑了?

1)我说的是你上述的边界有问题,这样施加是不合理的,呵呵

首先你固定右端,左侧施加内力,右侧施加强制位移,你可以建模试试,看看强制位移是否加上去了?

另外我想知道你想模拟的是哪一种工况,比如说我们模拟的是成桥前底板合龙索张拉的情况,那么我们提取的边界就应该是合龙索张拉以前的边界条件,然后假定结构已经固定不动了,这种水平位移的来源无非是结构的轴力造成的,那么也就是说施加轴力也是一种可行的办法,位移只是轴力和单元属性的一种表现形式。

当然,你要施加位移也不是不可,但是边界条件如你所说的肯定是不行的。 如果摈弃上述思路,是否可以通过内力进行右端面应力状态分析,分层求出右端面节点的应变,以该应变值为基础分层给出各节点的强制位移? 忘不吝赐教,万分感谢

2)如果这样做,同样应该仔细想下你的边界条件的处理

谢谢水编辑的回复,现将42截面处纵向约束,施加38截面处的内力,节段模型给予竖向及横向约束,结果与预想吻合较好。内置劲性骨架对预应力吸收作用明显,是导致连续刚构桥跨中混凝土截面应力不足的原因之一。谢谢!

讨论个局部分析的问题,请大家发表意见

下图为一局部分析模型,W01、W02、W03等等为主桥腹板钢束,想分析整个桥梁运营工况0#块的受力情况,考虑圣维南原理,将节段取到3号块,在3#块的边缘施加平面程序提取的内力,W01、W02为结构的内力,需要建立钢束单元,那么W03的锚固点刚好在边界条件施加的截面上,那么此钢束为内力还是外力?(如果为内力,需要建立钢束单元,如果考虑成外力,其作用就应该包含在平面杆系提取的弯矩、轴力和剪力当中,不必再单独建立钢束进行计算) 第二副图为合龙段的模拟,考虑边界条件的影响多取了三个节段,取的工况仍然

是中跨合龙,中跨底板钢束尚未张拉的阶段。

现在的做法是顶板钢束T19、T18、T17 考虑成向外侧的集中力。


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