1、1钢管混凝土拱桥内力影响线计算摘要：本文利用 ANSYS，通过两种方法来建立钢管混凝土拱桥有限元模型，来求其在各个截面位置处得内力影响线。结合某具体实桥，分别求出拱顶截面、拱脚截面、1/4 截面弯矩影响线。进行比较与分析，为设计人员提供参考。 关键词：ANSYS 有限元分析；拱桥；内力影响线 中图分类号：U446 文献标志码：A 拱桥是一种压弯结构，即受弯又受压。与梁桥这种受弯结构相比，力学原理不同。拱桥作为超静定结构，在计算内力影响线时，也比计算一般梁桥的内力要复杂的多，需要求解很多中间过程。 ANSYS 是一种大型有限元通用软件，在对结构进行有限元分析处理方面，具有很强的能力。运用参数化的
2、设计语言，可以方便的建立有限元模型，实现循环加载，以及后处理过程的简捷。因此，本文利用 ANSYS来建立钢管混凝土拱桥有限元模型，计算各个控制截面弯矩影响线。从结果中分析与比较，为设计人员提供参考。 1 内力影响线计算原理 结构力学中，我们了解到计算超静定结构的影响线的方法有两种：2一种是按力法解出内力影响线方程；另一种是按机动法利用位移图求影响线。用机动法求解时，计算某个特定截面比较容易，但是在计算每个截面时，建模比较复杂。从简易的角度的出发，这里采用力法的原理，利用 ANSYS 来求解钢管混凝土拱桥的内力影响线。 1.1 力法计算内力影响线理论 无铰拱是三次超静定结构。在计算它的内力影响线
3、时，首先需要求出 3 个多未知力 X1，X2，X3 的影 响线。然后即根据平衡条件用内力叠加法求得其余反力、内力影响线。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） 1.2 力法计算内力影响线计算思路 3结合拱桥模型，单元划分，在每个节点上施加单位荷载(考虑荷载的效果，施加 1000kN)。 在建立 n 个荷载工况，每个荷载工况下，对应时间取对应位置处得内力值。 求解所有的工况。 在后处理中，将所求截面内力定义为变量，绘制相应的影响线。 建模的具体流程，命令流如下: . DO,INODE,1,39,1 Time,INODE FDELE,ALL,ALL ALLSEL F,IN
4、ODE,FY,-1000.0! 施加 1kN 集中力。 CUR_LS=CUR_LS+1 OUTRES,BASIC,ALL, LSWRITE,CUR_LS . 2 内力影响线计算 某高速公路上，一座中承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径 90m，计算矢高 18m，拱轴系数 1.167。拱肋截面为哑铃型，桥面净宽 18.6m，钢4管的弹性模量 E=2.1105 MPa，混凝土的弹性模量 E=3.5104MPa。 2.1 有限元模型建立 由于拱的刚度比系杆大的多，弯矩按刚度分配，因此建模时，可以考虑简化为只有裸拱圈，两拱脚处固结。拱肋是由钢管和混凝土两种材料构成的，两种材料性质差异很大，我们利用自定义截
5、面梁的方法，来计算拱肋截面。具体命令流如下： et,1,82 . secwrite,cd,sect,1 sectype,1,beam,mesh, secoffset,cent, secread,cd,sect,mesh . type,1 mat,1 real,1 . do,i,3,37,1 e,i,38+i *enddo 52.2 内力影响线的求解结果 使用构建的有限元模型，对拱肋不同截面处，进行内力影响线的求解。这里主要列出上肢拱顶、拱脚、1/4 截面处得弯矩影响线；下肢拱顶、拱脚、1/4 截面处的弯矩影响线。 2.3 结果分析 通过对钢管混凝土拱桥上下弦拱顶截面，1/4 截面，拱脚截面的内
6、力影响线，可以得出： 在拱顶、1/4 截面处，上弦和下弦的弯矩影响线基本一样，与普通混凝土拱桥的拱顶影响线大致相同。 在拱脚截面处，上弦与下弦的弯矩影响线有不同，主要是因为两个节点的空间位置不同，在上弦拱脚弯矩影响线有突变。 在拱顶、1/4 截面处，上弦主要受压，下弦主要受拉。 在拱脚截面处，上弦受力情况对称，下弦受拉。 3 结 语 通过以上计算，利用 ANSYS 求解钢管混凝土拱桥的内力影响线的方法可行。利用 ANSYS 的参数化分析提供的便利，以及自定义截面的方法，我们解决了拱桥内力影响线的绘制。这只是一次简单的分析，以 ANSYS进行技术分析，来解决更多实际工程，还有更多的工作需要去研究。 参考文献(References)： 李廉锟. 结构力学 M. 北京：高等教育出版社，2004. 顾安邦. 桥梁工程（下册）M. 北京：人民交通出版社，1999. 6陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工M. 北京：人民交通出版社，1999. 孟阳君，熊君.利用 ANSYS 求解影响线的一种新方法 J.中国高新技术企业，2009. Algor Ansys 在桥梁工程中的应用方法与实例 M. 人民交通出版社,2003.
