1、中國科技論文在線- PAGE 5 - FORMTEXT 基于有限元分析軟件的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變對比分析 FORMTEXT 王永高作者簡介：王永高（1988-）男，碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程. E-mail: SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkCompanyEN Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070 * MERGEFORMATScool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan Uni

2、versity of Technology,Wuhan 430070SET bkCompanyCHN 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢，430070 * MERGEFORMAT武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢，430070SET bkPostcode 430070 * MERGEFORMAT430070SET bkMobile* MERGEFORMAET bkTelphone* MERGEFORMAET bkAddress 武漢理工大學(xué)馬房山校區(qū)西院土建院東配樓三樓 * MERGEF

3、ORMAT武漢理工大學(xué)馬房山校區(qū)西院土建院東配樓三樓SET bkEmail * MERGEFORMATSET bkIntroduction 王永高（1988-）男，碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程 * MERGEFORMAT王永高（1988-）男，碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程SET bkAuthorCHN 王永高 * MERGEFORMAT王永高SET bkAuthorEN WANG Yonggao * MERGEFORMATWANG YonggaoSET bkContact 王永高 * MERGEFORMAT王永高SET bkFund * MERGEFORMAT SET version 1.5 * MERGEF

4、ORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET version 1.5 * MERGEFORMAT1.5SET bkReferencesInfo 1*|*專著*|*李黎明 ANSYS有限元分析實用教程M.北京：清華大學(xué)出版社.2005. 2*|*期刊*|*Hendrik Schlune,Analytic

5、al model for the bond-slip behaviour of corroded ribbed reinforcementJ.Engineering Structure,2009,31(7):1477-1485 * MERGEFORMAT1*|*專著*|*李黎明 ANSYS有限元分析實用教程M.北京：清華大學(xué)出版社.2005. 2*|*期刊*|*Hendrik Schlune,Analytical model for the bond-slip behaviour of corroded ribbed reinforcementJ.Engineering Structure,2

6、009,31(7):1477-1485 SET bkAuthorsInfo *|1|王永高|WANG Yonggao|武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢，430070|Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070|王永高（1988-）男，碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程|武漢理工大學(xué)馬房山校區(qū)西院土建院東配樓三樓|43007013628682893 * MERGEFORMAT*|1|王永高|WANG Yonggao|武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武

7、漢，430070|Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070|王永高（1988-）男，碩士研究生，結(jié)構(gòu)工程|武漢理工大學(xué)馬房山校區(qū)西院土建院東配樓三樓|43007013628682893SET bkTitleInfo 基于有限元分析軟件的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變對比分析|Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software| * MERGEF

8、ORMAT基于有限元分析軟件的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變對比分析|Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software|（武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢，430070）SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT 摘要： FORMTEXT 在本文中針對現(xiàn)有連續(xù)梁橋?qū)嶓w結(jié)構(gòu)，建立靜力荷載的試驗?zāi)Ｐ停⑼ㄟ^基于有限元理論的MIDAS軟件進行受力和應(yīng)變分析，計算結(jié)果和實測值吻合的很好。關(guān)鍵詞： FORMTEXT 靜載；MI

9、DAS軟件；應(yīng)變分析 中圖分類號： FORMTEXT U443.35SET bkAuthorsInfo * MERGEFORMAT SET bkTitleInfo * MERGEFORMAT FORMTEXT Comparative Analysis of Bridge Strain baseing on Finite Element Analysis Software FORMTEXT WANG Yonggao(Scool of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070)Abs

10、tract: FORMTEXT In this paper continuous beam bridge on existing physical structure,establishing an experimental model of static loading. Calculated and measured values agree very well,through the theory of finite element-based software MIDAS analysis of the force and strain.Key words: FORMTEXT Stat

11、ic loading；MIDAS software；Strain analysis引言隨著我國交通行業(yè)迅猛發(fā)展，橋梁作為交通建設(shè)中的關(guān)鍵部分具有重要的作用和地位。橋梁的形式很多，根據(jù)橋梁的受力形式上可以大致分為：梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋。其中梁橋又分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋等橋型。本文針對最為常見的連續(xù)梁橋橋型建立荷載分析模型，并用MADIS分析軟件通過有限單元法進行結(jié)構(gòu)靜載應(yīng)變分析。為今后的橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算提供一定程度上的參考和借鑒。1有限元理論原理概述有限元理論的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題，再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互聯(lián)子域組成，對每一單元假定一個合

12、適的近似解，然后推導(dǎo)求解出這個域的滿足條件，從而得到這個問題的解。這個解不是準(zhǔn)確解而是近似解，因為實際問題被簡單的問題代替。有限元就是那些集合在一起能夠表示實際連域的離散單元。有限元的概念思想在在很久以前就已經(jīng)產(chǎn)生并得到具體的應(yīng)用，比如用等多邊形近似來求圓的周長，但作為作為一種理論方法提出時間還不長。學(xué)界最初稱有限元法為矩陣近似法，應(yīng)用于航空器等軍事領(lǐng)域結(jié)構(gòu)強度的計算上，由于其方便、實用和有效的性能而引起力學(xué)研究領(lǐng)域的興趣和重視。經(jīng)過近期的發(fā)展并隨著計算機的快速更新和普及，有限元方法迅速擴展到許多工程領(lǐng)域，在橋梁內(nèi)力計算時也經(jīng)常用到有限元的分析理論，把結(jié)構(gòu)分成細(xì)小子域進行內(nèi)力近似分析。逐步稱為

13、了現(xiàn)今橋梁工程較為實用高效的數(shù)值分析方法1。2基于有限元原理的計算軟件基于有限元理論的計算軟件有很多，最為常見的為ANYSYS、SAP2000、MIDAS等。但其工作原理都遵循有限元求解的基本步驟。MIDAS/Civil是橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)算中應(yīng)用較為方便且常見的軟件。它能夠與多數(shù)的CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，能夠進行更快捷的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形分析。3 MIDAS/Civil建模及分析MIDAS/Civil軟件屬于MIDAS系列軟件中的一款，是個通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機場、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。特別是針對橋梁結(jié)構(gòu)，MIDAS/Civil結(jié)合國內(nèi)

14、的規(guī)范與習(xí)慣，在建模、分析、后處理、設(shè)計等方面提供了很多的便利的功能，目前已為各大公路、鐵路部門的設(shè)計院所采用。本文應(yīng)用其功能主要分為兩個部分：模型建立和結(jié)果查看。MIDAS/Civil為模型建立提供便捷實體建模和網(wǎng)格劃分工具，可以方便地建立模型，在系統(tǒng)中有現(xiàn)有的參數(shù)加以修改就可以利用。主要步驟包括設(shè)定操作環(huán)境、確定結(jié)構(gòu)類型、定義材料和截面以及輸入節(jié)點、單元和荷載，可以直接運行軟件進行橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。結(jié)果的查看包括查看反力、查看變形和位移、查看內(nèi)力和結(jié)構(gòu)單元細(xì)部分析2。本文是針對梁體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變對比分析，所以在查看結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的時候只需查看變形計算結(jié)果可以了。4工程實例數(shù)據(jù)分析對比根據(jù)實際工程

15、：廣州番禺區(qū)海怡大橋，全長1051.8米，橋梁結(jié)構(gòu)為（525）m小箱梁+（525）m小箱梁+（625）m小箱梁+（108+166+95）m連續(xù)箱梁+（33.5+33.5）m連續(xù)箱梁+（39.783+243）m連續(xù)箱梁+（330）m連續(xù)箱梁，橋面寬度33m，單幅寬15.5m。 依據(jù)橋梁施工圖文件和公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）,利用有限元軟件MIDAS/Civil建立主橋結(jié)構(gòu)模型，對其進行靜載試驗理論分析； 圖1 主橋結(jié)構(gòu)計算模型 Fig.1 Calculation model ofthe main bridge采用對結(jié)構(gòu)計算模型一次性加載完成，測點位置如圖2、表1所示，在第四

16、聯(lián)M截面的運算結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。 圖2 主橋主跨跨中M截面測點布置示意圖（單位:cm） Fig.2 the schematic diagram of measuring pointsin M Section with the main bridge（units:cm）表 1 主橋測點布置尺寸表（單位：cm）Tab.1 the table of main bridgemeasuring pointssize（units:cm）截面abcdefghM329.5164.882.491.0182.0298.5364.5395.5表2 主橋跨中M截面靜載模型試驗應(yīng)變值Tab.2 the static

17、Loadingmodel test of M section ofthe main bridgespan測點編號123456789模擬應(yīng)變值（）-32326395971021056321注：拉應(yīng)變?yōu)檎?，壓?yīng)變?yōu)樨?fù)(以下同)。針對橋梁實際情況，采用靜載汽車荷載進行實際試驗，對軟件模擬值進行對比分析。靜載試驗的加載試驗的程序為：1）將加載汽車過地磅稱重后，錯開停放在不影響試驗橋梁的位置。2）正式加載前，三輛加載車輛并排緩慢地來回二次對全橋進行預(yù)壓，各試驗量測儀表讀數(shù)調(diào)零，進行第一次空載讀數(shù)（應(yīng)變和撓度），同時記錄該時刻的溫度。3）正式實施試驗加載，每個試驗載位采用偏置進行加載。試驗加載汽車按試驗方

18、案分級加載。每個載位滿載后，記錄該時刻的氣溫。每級汽車荷載駛?cè)胫付ǖ膮^(qū)域就為后，穩(wěn)定15分鐘記錄加載后開始試驗觀測第一次數(shù)據(jù)，間隔10分鐘再記錄加載的第二次讀數(shù)，兩次讀數(shù)查均小于前次讀數(shù)增量的10%時，認(rèn)為結(jié)構(gòu)變形已趨于穩(wěn)定。此時記錄的數(shù)據(jù)為試驗實測數(shù)據(jù)。4）該橋試驗的載位滿載完成后進行一次卸載，穩(wěn)定20分鐘后觀測應(yīng)變數(shù)據(jù)，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，量測撓度。測量完成后，記錄該時刻的氣溫。實測數(shù)據(jù)和軟件模擬數(shù)據(jù)（表2）對比結(jié)果如下表3所示：表3主橋跨中M截面實測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對比Tab.3the measured datacomparison of the main bridgespanstructurei

19、n theMsection測點編號123456789一級（）-471824252831165二級（）-121836465259654015三級（）-232759727888884820卸載（）-336347262彈性應(yīng)變（）-202453697481864218相對殘余0.1300.1120.1020.0420.0510.0800.0230.1250.100校驗系數(shù)0.6250.7440.8410.7240.7610.7920.8170.6670.857在最大級別荷載作用下將M截面靠偏截面?zhèn)妊馗叨炔贾玫膽?yīng)變測點實測彈性應(yīng)變沿截面高度進行線性回歸，如圖2給出了最大級試驗荷載和模型分析結(jié)果（理論值）作用下應(yīng)變沿截面高度分布圖。圖3 主橋跨中M截面最大級