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1、拱 腳 局 部 分 析 專 題拱 腳 受 力 特 點前 言 拱腳是系桿拱橋的關鍵部位，橋跨所受的全部荷載均由拱腳傳至支座。拱腳處的結構構造復雜，拱肋、系梁、支座在此交匯，局部加強的構件也很多，相互交錯，互相影響，加之形狀不規則，使受力情況更趨復雜。因此有必要采用有限元法對拱腳處進行詳細的局部應力分析，了解該處空間受力規律及應力分布情況，以便優化設計及指導施工。規 范 解 讀前 言規 范 解 讀前 言參 考 期 刊 論 文 建 模前 言midas FEAABAQUSANSYS參 考 期 刊 論 文 建 模前 言midas FEA活載1，拱肋單元最大軸力的布載位置活載2，拱肋單元最大彎矩的布載位置2、移動荷載追蹤器一倍梁高參 考 期 刊 論 文 建 模前 言ABAQUS多尺度分析：全橋桿系模型+局部實體模型參 考 期 刊 論 文 建 模前 言ANSYS目 錄工 程 概 況1234建 模 流 程施 加 荷 載結 果 提 取.工 程 概 況提 取 結 構 設 計 參 數.工 程 概 況 拱軸線方程y=4fx(L-x)/L，主拱L=100m，f=20m；拱肋高260cm，鋼管直徑110cm，壁厚20mm；拱肋采用Q345，內灌C50微膨脹混凝土，系桿、橫梁均采用C50混凝土。拱 腳 構 造.工 程 概 況 拱肋伸入拱腳混凝土200cm（這個部分沒有滿足規范要求），底部設25mm厚承壓板，鋼管周圍3、設32錨筋以及剪力釘。支座墊石180cmX180cm。.工 程 概 況系梁截面及鋼束布置c干啥端橫梁截面及鋼束布置干啥拱 腳 構 造.建 模 流 程.建 模 流 程FEA 建 模 思 路分析結果內力應力變形反力剛 度邊 界荷 載材料、截面、節點單元外部邊界、內部邊界自重、二期預應力荷載收縮徐變溫度荷載支座沉降移動荷載設計結果承載能力正常使用彈性階段建模流程PSCRC施工成橋求解前 處 理后 處 理驗 算.建 模 流 程局部模型組成3D實體單元1、拱腳混凝土2、端橫梁3、鋼管4、管內混凝土5、承壓鋼板1D梁單元6、系梁預應力束7、橫梁預應力束拱腳混凝土端橫梁鋼管+管內混凝土系梁鋼束橫梁鋼束FEA4、 建 模 思 路.建 模 流 程操 作 注 意 事 項操作前的注意事項：1、模型單位與導入DXF文件的單位不同，需要分別定義2、Ctrl+滑輪鍵，平移模型3、滑輪鍵，旋轉模型4、操作上需要經常調整體坐標軸.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型一、建立拱腳混凝土1）模型單位、導入單位均為cm2）切換工作平面，選擇XZ（0,-1,0）3）導入DXF 2D線框4）僅顯示拱腳線段，生成平面5）擴展生成幾何體，180cm.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型二、建立端橫梁混凝土1）顯示端橫梁輔助線（模型目錄樹中勾選）2）生成平面3）擴展，-270cm（方向取決于整體坐標軸）.建 模 流 程建 立 幾 何5、 模 型三、建立鋼管1）顯示鋼管、拱腳、拱軸線的輔助線2）建立鋼管的工作平面輔助線，建立直線并移動3）移動工作平面，三點4）導入DXF，生成鋼管輔助線5）建立鋼管平面、上中下鋼管混凝土平面.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型三、建立鋼管6）顯示拱軸線輔助線7）掃描生成鋼管、鋼管混凝土8）刪除各類輔助線9）顯示出所有的實體10）將鋼管與管內混凝土在埋入部位分割.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型四、承壓鋼板1）在原有工作平面上，導入承壓鋼板輔助線2）生成承壓鋼板平面3）擴展，沿輪廓發現，擴展-2.5cm4）自動連接，將成壓板與鋼管、鋼管混凝土共面5）分割實體 差集，將鋼管混凝土埋入部分扣除.6、建 模 流 程建 立 幾 何 模 型四、承壓鋼板6）自動連接，選擇所有實體.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型五、生成支座區域1）建立一根3D直線2）移動，非均勻復制：70,180cm3）印刻，在拱腳混凝土上生成支座區域注意區分：自動連接，只適用于實體之間的共面處理 印刻，主要用于線與面之間的共線處理.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型六、生成系梁預應力1）切換工作平面，XZ（0,-1,0）2）導入系梁預應力DXF文件3）合并線，選擇所有的線4）移動，非均勻復制：20,35,70,35,20 cm5）刪除原有和中間多余鋼束.建 模 流 程建 立 幾 何 模 型七、生成橫梁預應力1）定義三點7、生成工作平面2）導入系梁預應力DXF文件3）合并線，選擇所有的線4）移動，非均勻復制：75,170 cm5）刪除原有多余鋼束.建 模 流 程定 義 材 料.建 模 流 程鋼 束 特 性2、屬性定義：注意：1、系梁鋼束為15.2-15，端橫梁鋼束為15.2-12；2、輸入時注意單位；.建 模 流 程劃 分 網 格一、3D網格劃分1）選擇需要劃分網格的幾何2）通過三種方式，控制網格的密度，越密集，精度相對越高，但運算時間會增加。3）選擇生成器。4）選擇材料特性。四面體單元：1、強大的適應能力。2、網格劃分的便捷性。3、常應變單元。六面體單元：1、應力應變線性變化。2、單元更少，效率更高。3、適應性8、較差。.建 模 流 程劃 分 網 格二、1D網格劃分1）鋼筋束單元，不需要與實體單元節點耦合；2）務必保證鋼束包裹在實體單元內部；3）當鋼束在實體表面與實體共節點時，會報錯，通過“連接”-“分割節點”處理.建 模 流 程邊 界 條 件一、剛性連接：1）作為局部模型，需要將整體模型下的內力施加在截斷的邊界處。2）桿系模型的內力是施加在質心位置的。3）將截面節點與質心剛性連接。尋找質心：對于不規則的截面，如何建立質心節點：1）在CAD中找到質心（massprop）；2）利用FEA中的節點中心.建 模 流 程邊 界 條 件2、支座邊界：將墊石范圍內的節點固結DX,DY,DZ?？梢灾苯舆x取，或采用析取9、支座節點的方式。.施 加 荷 載.施 加 荷 載提 取 整 體 模 型 荷 載1、提取哪些荷載？：整體模型中存在的荷載：自重、二期；預應力；收縮、徐變；活載其中：預應力=鋼束一次+鋼束二次；收縮/徐變=收縮/徐變一次+收縮/徐變二次。都需要加入局部分析模型嗎？.施 加 荷 載提 取 整 體 模 型 荷 載2、如何提取荷載：在CIVIL模型中，找出我們在局部模型中截取的區域和位置.施 加 荷 載提 取 整 體 模 型 荷 載2、如何提取荷載：找到我們需要提取的荷載組合或單個荷載。注意：1、活用自定義荷載組合；2、注意內力方向。https:/ 加 荷 載提 取 整 體 模 型 荷 載3、如何施加荷10、載：根據CIVIL提取的內力，按照FEA中的內力參考目標的坐標系添加。注意：1、注意參考目標坐標的方向，并非與CIVIL中一致。2、通過”選項”修改標記箭頭和數值。3、此處為方便說明，我們僅以拱腳軸力最大工況提取了內力，實際還需要提取其他工況。.施 加 荷 載設 置 分 析 工 況一、荷載組合：1、標準組合：所有荷載分項系數取1.02、按斜截面抗裂驗算主拉應力：.施 加 荷 載設 置 分 析 工 況二、分析工況：注意：1、分析工況中不能設置荷載組合系數；2、注意將所有要用到的網格、邊界、荷載都拖拽到右側。.結 果 提 取.結 果 提 取結 果 成 分 說 明混凝土：按照第一強度理論，驗算主拉應11、力。這一理論認為引起材料脆性斷裂破壞的因素是最大拉應力，無論什么應力狀態，只要構件內一點處的最大拉應力1達到單向應力狀態下的極限應力b，材料就要發生脆性斷裂。于是危險點處于復雜應力狀態的構件發生脆性斷裂破壞的條件是：1=b。b/s=，所以按第一強度理論建立的強度條件為：1。鋼材：按照第四強度理論，驗算有效應力。這一理論認為形狀改變比能是引起材料屈服破壞的主要因素，無論什么應力狀態，只要構件內一點處的形狀改變比能達到單向應力狀態下的極限值，材料就要發生屈服破壞。發生塑性破壞的條件，所以按第四強度理論的強度條件為：sqrt(12+22+32-12-23-31).結 果 提 取結 果 成 分 說 明整體主應力情況：.結 果 提 取結 果 成 分 說 明拱腳插入部分主應力情況：.結 果 提 取結 果 成 分 說 明鋼管有效應力情況：謝 謝