順昌人行懸索橋
ansys有限元模擬
課程名稱：《索結構》
姓名：葛繼平
（n022005156）
橋隧工程
李秀芳（n012005131）
結構工程
指導老師：彭大文（教授）
陳昀明報告日期：2023年2月28日
福州大學土木建築工程學院
2023年2月28日
一、 順昌人行懸索橋簡介
設計人行荷載2.5kn/m.
主索跨度348公尺，失高20公尺，橋面淨寬2.5公尺。
主索採用7根42（719）共14根。
橋面系吊索用19的鋼絲繩。
橋面系長度268公尺。
橋面兩端標高為1.00公尺，跨中標高為4.00公尺，呈拋物線型。
二、有限單元模型
2．1基本假定
由於懸索橋的受力傳力體系的複雜性，順昌人行懸索橋橋面系統的構件多樣，空間位置的複雜性，對其有限元模型作了一些合理的假定，並最大程度地保證簡化後的有限元模型質量，剛度的不變性：
（1）結構部分歸類為橫向工字梁，縱向工字梁，縱向槽鋼、斜向支撐，主塔豎向構件，主塔橫向構件，主索，豎向吊桿，橋面板。
（2）主塔豎向構件在全部高度，主塔橫向構件在全部長度上只有乙個截面屬性，忽略倒角的影響；主塔豎向構件底端直接固接。
（3）主索與橋塔橫向構件的連線採用自由度耦合來模擬。
（4）橋面的橫、縱、斜向的梁及橋面板處於同一平面內，而其相應的麵外剛度的計算以此為基準。
（5）由於本模型沒有用來計算橫向風載的影響，所以纜風繩沒有
2．2單元型別
在有限元模型中，使用了三種單元型別對懸索橋的橋塔、橋面系、纜索進行了模擬。他們分別是三維彈性梁單元（beam4），三維杆單元（link10），板殻單元（shell10），各個單元的型別簡述如下：
（1） beam4
可承受拉力、壓力、扭矩、彎矩.每個節點有6個方向的自由度.可以考慮應力剛化,大變形等特性。（見圖1）
圖1 beam4示意圖
（2）link10
link10單元在每個節點上有三個自由度：沿節點座標系x、y、z方向的平動。適用於模擬3-d空間桁架,桿件,彈簧等結構.
使用只拉選項時,如果單元受拉,剛度九消失,以此來模擬纜繩的鬆弛或鏈條的鬆弛.可只承受軸向拉力或只承受軸向壓力,無法承受彎矩.元素具有塑性,徐變,膨脹,應力強化,大變形和大應變等特性。
（見圖2）
圖2 link10示意圖
（3）shell63
shell63單元每個節點有六個自由度：x、y、z方向的平動和繞x、y、z軸的轉動。該單元包括應力剛化和大變形功能。
在大變形分析（有限轉動）中，可以用一致切向剛度矩陣。（見圖3）
圖3 shell63示意圖
2．3單元特徵
在建模過程中，根據設計圖紙歸納出全橋的各個構件的名稱、所屬的單元型別、截面的最大尺寸、所屬的材料型別。
表1 單元特徵
2．4材料特性
順昌人行懸索橋中使用的基本材料包括了建築鋼材、混凝土和鋼絲繩。在有限元單元模型中使用的材料常數見表2。
表2 材料特性
2．5模型細節
為了更好地進行結構的靜力和動力分析，建立了乙個三維空間有限元模型。對該懸索橋的橋塔、橋面系、纜索，使用了三種單元型別型別來模擬。各單元的使用如下：
主纜和吊索的模型使用只承受拉力的三維杆單元（link10）。所有的主纜和吊索都使用link10單元，但是截面特性各不相同，必須輸入乙個重要的特性是單元的初應變，這個初應變用於計算結構初始應力矩陣。主纜和吊索、吊索和橫向工字梁都由節點連線，每兩個節點節點之間的主纜及每兩個節點之間的吊索都設為乙個單元，共計386個單元。
其中，主纜計186個單元，吊索計 180個單元。各個單元在公共的節點上是鉸接。
橫向工字梁，縱向工字梁，縱向槽鋼、斜向支撐，主塔豎向構件，主塔橫向構件的模型使用三維彈性梁單元（beam4）。各個構件單元由節點相連，每兩個節點之間的縱橫梁設為乙個單元，節點位置與設計圖紙一致，其中橋面系1433個，主塔10個。各單元在公共的節點上是固接的。
橋面板的模型使用三維板殻單元（shell63）。每個橋面板單元的節點與橋面系的相應單元重合，共計267個單元。
真個有限元模型共有節點1101個，單元2076個。
2．6邊界條件
實際橋梁的邊界條件很複雜，有限元模擬時一般根據具體的支座型別來確定，如固接、絞接、彈簧等來實現。在本文的有限元模型中，橋塔與基礎固接，主纜兩端分別和錨碇固接，橋面系兩端分別與橋台絞接，吊桿兩端橫橋向的自由度耦合。
建成的有限元模型及其細部構造如下圖：
圖4 全橋模型立面圖
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