钢筋混凝土悬索桥有限元分析
（1） 初始位置的确定
桥梁有限元模型在自重的作用下变形后的结构应该非常接近设计的几何位置。它主要通过控制主缆的初始应变来实现。设定主缆的常实数中的initial strain,进行自重分析，看跨中点的位移是否接近零，实际情况应该是接近零的。进行多组计算，找出主缆的最佳的初应变。本命令流直接采用初应变=0.0043，它是一个合适的初应变！
/FILNAM,CABLE_BRIDGE,1
/TITLE,INITIAL POSITION OF CABLE_BRIDGE
*CREATE,MODEL,MAC !创建宏文件MODEL
!提示：为了后文中分析方便，创建了宏文件。
!几何参数设定
BW=10.8 !桥面宽度
TH=-1.88 !加劲桁架高度
X1=50 !左侧桥塔X向坐标
X2=174 !右侧桥塔X向坐标
Y1=18 !桥塔塔顶Y向坐标
Y2=-18.8 !桥塔塔基Y向坐标
D1=0.079 !主缆截面直径
D2=0.039 !吊索截面直径
B1=0.16 !纵向分配梁，纵向斜腹杆，横向内侧竖杆，横向内、外侧斜腹杆截面宽度
B2=0.3 !纵向上、下弦杆截面宽度
B3=0.2 !纵向竖杆，横向外侧竖杆截面宽度
B4=0.18 !横向上、下弦杆截面宽度
B5=0.12 !抗风桁架截面宽度
B6=2.0 !塔柱截面宽度
B7=4.0 !柱间连接件截面宽度
B8=0.14 !桥面板截面厚度
H1=0.28 !纵向分配梁截面厚度
H2=0.2 !纵向上、下弦杆，横向下弦杆截面厚度
H3=0.14 !纵向斜腹杆，横向外侧竖杆、内侧竖杆、外侧斜腹杆、内侧斜腹杆截面厚度
H4=0.18 !纵向竖杆截面厚度
H5=0.24 !横向上弦杆截面厚度
H6=0.12 !抗风桁架截面厚度
H7=4.0 !塔柱截面厚度
H8=2.0 !柱间连接件截面厚度
!材料参数设定
INSTR=0.0043 !缆索初应变
!定义单元类型
/PREP7
ET,1,LINK10 !主缆、吊索单元
KEYOPT,1,3,0 !只受拉不受压
ET,2,BEAM4 !加劲桁架、纵向分配梁、抗风桁架、桥塔单元
ET,3,SHELL63 !桥面板单元
!定义材料属性
MP,EX,1,21E10 !钢丝绳材料常数（悬索、吊索）
MP,NUXY,1,0.167
MP,DENS,1,7850
MP,EX,2,3.0E10 !C30砼材料常数（加劲桁架、纵梁）
MP,NUXY,2,0.3
MP,DENS,2,2500
MP,EX,3,2.8E10 !C20砼材料常数（桥塔、桥面板）
MP,NUXY,3,0.3
MP,DENS,3,2500
!定义实常数
R,1,D1**2*3.1415926/4,INSTR !主缆
R,2,D2**2*3.1415926/4 !吊索
R,3,B1*H1,,,B1,H1 !纵向分配梁
!纵向加劲桁架
R,4,B2*H2,B2*H2**3/12,B2**3*H2/12,B2,H2 !上、下弦杆
R,5,B1*H3,B1*H3**3/12,B1**3*H3/12,B1,H3 !纵向斜腹杆、内侧竖杆、外侧斜腹杆、内侧斜腹杆
R,6,B3*H4,B3*H4**3/12,B3**3*H4/12,B3,H4 !纵向竖杆
!横向加劲桁架实常数
R,7,B4*H5,B4*H5**3/12,B4**3*H5/12,B4,H5 !上弦杆
R,8,B4*H2,B4*H2**3/12,B4**3*H2/12,B4,H2 !下弦杆
R,9,B3*H3,B3*H3**3/12,B3**3*H3/12,B3,H3 !外侧竖杆
R,10,B5*H6,B5*H6**3/12,B5**3*H6/12,B5,H6 !抗风桁架实常数
R,11,B6*H7,B6*H7**3/12,B6**3*H7/12,B6,H7 !桥塔塔柱实常数
R,12,B7*H8,B7*H8**3/12,B7**3*H8/12,B7,H8 !桥塔柱间连接件实常数
R,13,B8 !桥面板人行道板及车行道板实常数
!建模
!建立模型时，采用自下而上的方法建立除桥塔外的模型部分，然后通过对线划分单元建立桥塔模型。
!建立单侧主缆单元模型
*DO,I,1,12,1
N,I,4*(I-1),(4*(I-1)+12)**2/256+2 !创建节点
*ENDDO
N,13,50,18
*DO,I,1,29,1
N,I+13,4*I+52,(4*I-60)**2/256+2 !创建节点
*ENDDO
N,43,174,18
*DO,I,1,12,1
N,I+43,4*I+176,(4*I-60)**2/256+2 !创建节点
*ENDDO
TYPE,1 !指定单元类型
MAT,1 !指定材料类型
REAL,1 !指定实常数
*DO,I,1,54,1
E,I,I+1 !连接节点生成单元
*ENDDO
!建立单侧吊索单元模型
*DO,I,1,11,1
N,I+55,4*I !创建节点
*ENDDO
*DO,I,1,29,1
N,I+66,4*I+52 !创建节点
*ENDDO
*DO,I,1,11,1
N,I+95,4*I+176 !创建节点
*ENDDO !压缩节点编号
TYPE,1 !指定单元类型
MAT,1 !指定材料类型
REAL,2 !指定实常数
*DO,I,2,12,1
E,I,I+54 !连接节点生成单元
*ENDDO
*DO,I,14,42,1
E,I,I+53 !连接节点生成单元
*ENDDO
*DO,I,44,54,1
E,I,I+52 !连接节点生成单元
*ENDDO
!建立单侧塔柱模型
K,1,X1,Y1 !创建关键点
K,2,X1,Y2 !创建关键点
K,3,X2,Y1 !创建关键点
K,4,X2,Y2 !创建关键点
K,5,X1,TH !创建关键点
K,6,X2,TH !创建关键点
K,7,X1,0 !创建关键点
K,8,X2,0 !创建关键点
L,1,7 !连接关键点生成线
L,3,8 !连接关键点生成线
L,7,2 !连接关键点生成线
L,8,4 !连接关键点生成线
!将已建好的单侧模型，对称复制到另一侧
LSEL,ALL,ALL !选择所有线
LGEN,2,ALL,,,,,BW !将所有线复制到Z=BW平面
ESEL,ALL,ALL !选择所有单元
EGEN,2,200,ALL,,,,,,,,,,BW !将所有单元复制到Z=BW平面
KGEN,2,5,6,,,,BW,10 !将关键点5，6复制到Z=BW平面
L,5,15 !建立支撑横梁
L,6,16 !建立支撑横梁
L,1,9 !建立塔顶纵向梁
L,3,11 !建立塔顶纵向梁
NUMCMP,ALL !压缩对象编号
!***********加劲桁架模型**********
!建立横向上弦杆单元模型
N,213,8,TH,BW !创建节点
N,214,8,TH !创建节点
N,215,8,,1.89 !创建节点
NGEN,7,1,215,,,,,1.17 !将所选节点沿x方向复制
N,222,8,TH,1.89 !创建节点
NGEN,4,1,222,,,,,2.34 !将所选节点沿x方向复制
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,7 !指定实常数
E,57,215 !连接节点生成单元
E,163,221 !连接节点生成单元
*DO,I,215,220,1
E,I,I+1 !连接节点生成单元
*ENDDO
!建立横向下弦杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,8 !指定实常数
E,214,222 !连接节点生成单元
E,213,225 !连接节点生成单元
*DO,I,222,224,1
E,I,I+1 !连接节点生成单元
*ENDDO
!建立横向外侧斜腹杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,5 !指定实常数
E,163,225 !连接节点生成单元
E,225,220
E,220,224
E,224,218
E,218,223
E,223,216
E,216,222
E,222,57
!建立横向外侧竖杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,9 !指定实常数
*DO,I,1,4,1
E,213+2*I,221+I !连接节点生成单元
*ENDDO
!建立纵向竖杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,6 !指定实常数
E,163,213 !连接节点生成单元
E,57,214
ESEL,S,ELEM,,211,237,1 !选择单元
EGEN,2,200,ALL,,,,,,,,-4 !将已单元沿X方向复制
ALLS !全选
NUMMRG,ALL !合并所有重合对象
NUMCMP,ALL !压缩对象编号
!建立纵向上、下弦杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,4 !指定实常数
NGEN,2,77,162,,,2 !复制节点
NGEN,2,1,239,,,,TH !复制节点
E,162,239 !连接节点生成单元
E,239,163
E,226,240
E,240,213
!建立纵向斜腹杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,5 !指定实常数
E,226,239 !连接节点生成单元
E,239,213 !连接节点生成单元
ESEL,S,ELEM,,265,270,1 !选择单元
EGEN,2,100,ALL,,,,,,,,,,-BW !将已单元沿X方向复制
!建立横向内侧竖杆，内侧斜腹杆单元模型
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,2 !指定材料类型
REAL,5 !指定实常数
*DO,I,1,7,1
E,227+I,214+I !连接节点生成单元
*ENDDO
NUMCMP,ALL !压缩编号
E,56,163 !连接节点生成单元
E,162,57
NUMCMP,ALL !压缩对象编号
!**************************************
!建立桥面单元模型
TYPE,3 !指定单元类型
MAT,3 !指定材料类型
REAL,13 !指定实常数
E,162,163,221,234
E,234,221,220,233
*DO,I,1,5,1
E,234-I,221-I,220-I,233-I
*ENDDO
E,228,215,57,56
!将桁架和桥面单元模型沿桥纵向复制
ESEL,S,ELEM,,211,293,1
EGEN,54,1000,ALL,,,,,,,,4
ALLS
NUMMRG,ALL !合并所有对象
NUMCMP,ALL !压缩对象编号
NSEL,ALL !选择所有节点
NSEL,U,LOC,Y,Y1 !选择以＝y1平面上的节点
CM,QIAO,NODE !将所选节点归为QIAO一组
!划分桥塔塔柱单元模型
LSEL,S,LINE,,1,8,1 !选择线
LESIZE,ALL,1.88 !指定已选线上的单元份数
MSHKEY,1 !采用映射网格划分方式
MSHAPE,0,3D !采用四边形、3D单元
TYPE,2 !指定单元类型
MAT,3 !指定材料类型
REAL,11 !指定实常数
LMESH,ALL !对已选线进行网格划分
ALLS
!划分塔柱间连接件单元模型
LSEL,S,LINE,,9,12,1 !选择线
LESIZE,ALL,,,10 !指定已选线上的单元份数
REAL,12 !指定实常数
LMESH,ALL !对已选线进行网格划分
ALLS !全选
CMSEL,U,QIAO !筛除属于QIAO组的节点
NUMMRG,NODE !合并重合节点
NUMCMP,ALL !压缩编号
!将桥塔塔柱单元与桥面单元重合的节点的自由度耦合
ALLS !全选
CP,1,UY,431,1213 !耦合两节点y方向自由度
CP,2,UZ,431,1213 !耦合两节点z方向自由度
CP,3,ROTX,431,1213 !耦合两节点x方向的转动自由度
CP,4,UY,433,1173
CP,5,UZ,433,1173
CP,6,ROTX,433,1173
CP,7,UY,962,1223
CP,8,UZ,962,1223
CP,9,ROTX,962,1223
CP,10,UY,964,1183
CP,11,UZ,964,1183
CP,12,ROTX,964,1183
CP,13,UY,430,1192
CP,14,UZ,430,1192
CP,15,ROTX,430,1192
CP,16,UY,432,1152
CP,17,UZ,432,1152
CP,18,ROTX,432,1152
CP,19,UY,961,1202
CP,20,UZ,961,1202
CP,21,ROTX,961,1202
CP,22,UY,963,1162
CP,23,UZ,963,1162
CP,24,ROTX,963,1162
!施加边界条件
!约束主缆
NSEL,S,LOC,X,0 !选择节点
D,ALL,ALL !约束主缆端部的所有自由度
NSEL,S,LOC,X,224 !选择节点
D,ALL,ALL !约束主缆端部的所有自由度
!约束桥塔塔基
NSEL,S,LOC,Y,Y2 !选择节点
D,ALL,ALL !约束桥塔塔基节点的所有自由度
!约束加劲桁架两端
NSEL,S,LOC,X,220 !选择节点
NSEL,U,LOC,Y,3
D,ALL,ALL !约束加劲桁架端部的所有自由度
NSEL,S,LOC,X,4 !选择节点
NSEL,U,LOC,Y,3
D,ALL,ALL !约束加劲桁架端部的所有自由度
*END !结束宏文件
MODEL !运行宏生成模型
!加载与求解
!设置加载与求解选项，选择求解器与方法，设置重力加速度。求解之后保存求解结果。
FINI
/SOLU
ANTYPE,0 !首先进行静力分析，得到预应力
ACEL,,9.8 !考虑重力影响
TIME,1 !设置求解时间
NSUB,10,20,5 !设置载荷子步为10
OUTRES,ALL,ALL !输出每一步的所有结果
NLGEOM,ON !打开大变形效应
SSTIF,ON !激活应力刚化效应
ALLS !选中所有的元素
SOLVE !求解
SAVE !保存
FINI !退出SOLU处理器
!结果后处理
!通过通用后处理查看悬索桥的跨中挠度、加劲桁架和缆索的最大轴力。比较跨中挠度是否接近零，且加劲桁架的最大轴力是否足够小。如不合适，则需要修改缆索的初应变重新进行计算，直到跨中挠度接近零且加劲桁架的最大轴力最小。
/POST1
SET,LAST !读入最后一步的结果
PLNSOL,U,Y,1 !显示y方向的位移分布云图
ETABLE,ASTRS,LS,1 !定义轴力单元表
ETABLE,ASTRS2,LS,6 !定义轴力单元表
PLETAB,ASTRS2 !显示加劲桁架轴力分布云图
PLLS,ASTRS,ASTRS,0.15,0 !显示缆索轴力分布云图 |
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发表于 2010-8-27 13:15:34
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