1、拱 脚 局 部 分 析 专 题拱 脚 受 力 特 点前 言 拱脚是系杆拱桥的关键部位，桥跨所受的全部荷载均由拱脚传至支座。拱脚处的结构构造复杂，拱肋、系梁、支座在此交汇，局部加强的构件也很多，相互交错，互相影响，加之形状不规则，使受力情况更趋复杂。因此有必要采用有限元法对拱脚处进行详细的局部应力分析，了解该处空间受力规律及应力分布情况，以便优化设计及指导施工。规 范 解 读前 言规 范 解 读前 言参 考 期 刊 论 文 建 模前 言midas FEAABAQUSANSYS参 考 期 刊 论 文 建 模前 言midas FEA活载1，拱肋单元最大轴力的布载位置活载2，拱肋单元最大弯矩的布载位置2、移动荷载追踪器一倍梁高参 考 期 刊 论 文 建 模前 言ABAQUS多尺度分析：全桥杆系模型+局部实体模型参 考 期 刊 论 文 建 模前 言ANSYS目 录工 程 概 况1234建 模 流 程施 加 荷 载结 果 提 取.工 程 概 况提 取 结 构 设 计 参 数.工 程 概 况 拱轴线方程y=4fx(L-x)/L，主拱L=100m，f=20m；拱肋高260cm，钢管直径110cm，壁厚20mm；拱肋采用Q345，内灌C50微膨胀混凝土，系杆、横梁均采用C50混凝土。拱 脚 构 造.工 程 概 况 拱肋伸入拱脚混凝土200cm（这个部分没有满足规范要求），底部设25mm厚承压板，钢管周围3、设32锚筋以及剪力钉。支座垫石180cmX180cm。.工 程 概 况系梁截面及钢束布置c干啥端横梁截面及钢束布置干啥拱 脚 构 造.建 模 流 程.建 模 流 程FEA 建 模 思 路分析结果内力应力变形反力刚 度边 界荷 载材料、截面、节点单元外部边界、内部边界自重、二期预应力荷载收缩徐变温度荷载支座沉降移动荷载设计结果承载能力正常使用弹性阶段建模流程PSCRC施工成桥求解前 处 理后 处 理验 算.建 模 流 程局部模型组成3D实体单元1、拱脚混凝土2、端横梁3、钢管4、管内混凝土5、承压钢板1D梁单元6、系梁预应力束7、横梁预应力束拱脚混凝土端横梁钢管+管内混凝土系梁钢束横梁钢束FEA4、 建 模 思 路.建 模 流 程操 作 注 意 事 项操作前的注意事项：1、模型单位与导入DXF文件的单位不同，需要分别定义2、Ctrl+滑轮键，平移模型3、滑轮键，旋转模型4、操作上需要经常调整体坐标轴.建 模 流 程建 立 几 何 模 型一、建立拱脚混凝土1）模型单位、导入单位均为cm2）切换工作平面，选择XZ（0,-1,0）3）导入DXF 2D线框4）仅显示拱脚线段，生成平面5）扩展生成几何体，180cm.建 模 流 程建 立 几 何 模 型二、建立端横梁混凝土1）显示端横梁辅助线（模型目录树中勾选）2）生成平面3）扩展，-270cm（方向取决于整体坐标轴）.建 模 流 程建 立 几 何5、 模 型三、建立钢管1）显示钢管、拱脚、拱轴线的辅助线2）建立钢管的工作平面辅助线，建立直线并移动3）移动工作平面，三点4）导入DXF，生成钢管辅助线5）建立钢管平面、上中下钢管混凝土平面.建 模 流 程建 立 几 何 模 型三、建立钢管6）显示拱轴线辅助线7）扫描生成钢管、钢管混凝土8）删除各类辅助线9）显示出所有的实体10）将钢管与管内混凝土在埋入部位分割.建 模 流 程建 立 几 何 模 型四、承压钢板1）在原有工作平面上，导入承压钢板辅助线2）生成承压钢板平面3）扩展，沿轮廓发现，扩展-2.5cm4）自动连接，将成压板与钢管、钢管混凝土共面5）分割实体 差集，将钢管混凝土埋入部分扣除.6、建 模 流 程建 立 几 何 模 型四、承压钢板6）自动连接，选择所有实体.建 模 流 程建 立 几 何 模 型五、生成支座区域1）建立一根3D直线2）移动，非均匀复制：70,180cm3）印刻，在拱脚混凝土上生成支座区域注意区分：自动连接，只适用于实体之间的共面处理 印刻，主要用于线与面之间的共线处理.建 模 流 程建 立 几 何 模 型六、生成系梁预应力1）切换工作平面，XZ（0,-1,0）2）导入系梁预应力DXF文件3）合并线，选择所有的线4）移动，非均匀复制：20,35,70,35,20 cm5）删除原有和中间多余钢束.建 模 流 程建 立 几 何 模 型七、生成横梁预应力1）定义三点7、生成工作平面2）导入系梁预应力DXF文件3）合并线，选择所有的线4）移动，非均匀复制：75,170 cm5）删除原有多余钢束.建 模 流 程定 义 材 料.建 模 流 程钢 束 特 性2、属性定义：注意：1、系梁钢束为15.2-15，端横梁钢束为15.2-12；2、输入时注意单位；.建 模 流 程划 分 网 格一、3D网格划分1）选择需要划分网格的几何2）通过三种方式，控制网格的密度，越密集，精度相对越高，但运算时间会增加。3）选择生成器。4）选择材料特性。四面体单元：1、强大的适应能力。2、网格划分的便捷性。3、常应变单元。六面体单元：1、应力应变线性变化。2、单元更少，效率更高。3、适应性8、较差。.建 模 流 程划 分 网 格二、1D网格划分1）钢筋束单元，不需要与实体单元节点耦合；2）务必保证钢束包裹在实体单元内部；3）当钢束在实体表面与实体共节点时，会报错，通过“连接”-“分割节点”处理.建 模 流 程边 界 条 件一、刚性连接：1）作为局部模型，需要将整体模型下的内力施加在截断的边界处。2）杆系模型的内力是施加在质心位置的。3）将截面节点与质心刚性连接。寻找质心：对于不规则的截面，如何建立质心节点：1）在CAD中找到质心（massprop）；2）利用FEA中的节点中心.建 模 流 程边 界 条 件2、支座边界：将垫石范围内的节点固结DX,DY,DZ。可以直接选取，或采用析取9、支座节点的方式。.施 加 荷 载.施 加 荷 载提 取 整 体 模 型 荷 载1、提取哪些荷载？：整体模型中存在的荷载：自重、二期；预应力；收缩、徐变；活载其中：预应力=钢束一次+钢束二次；收缩/徐变=收缩/徐变一次+收缩/徐变二次。都需要加入局部分析模型吗？.施 加 荷 载提 取 整 体 模 型 荷 载2、如何提取荷载：在CIVIL模型中，找出我们在局部模型中截取的区域和位置.施 加 荷 载提 取 整 体 模 型 荷 载2、如何提取荷载：找到我们需要提取的荷载组合或单个荷载。注意：1、活用自定义荷载组合；2、注意内力方向。https:/ 加 荷 载提 取 整 体 模 型 荷 载3、如何施加荷10、载：根据CIVIL提取的内力，按照FEA中的内力参考目标的坐标系添加。注意：1、注意参考目标坐标的方向，并非与CIVIL中一致。2、通过”选项”修改标记箭头和数值。3、此处为方便说明，我们仅以拱脚轴力最大工况提取了内力，实际还需要提取其他工况。.施 加 荷 载设 置 分 析 工 况一、荷载组合：1、标准组合：所有荷载分项系数取1.02、按斜截面抗裂验算主拉应力：.施 加 荷 载设 置 分 析 工 况二、分析工况：注意：1、分析工况中不能设置荷载组合系数；2、注意将所有要用到的网格、边界、荷载都拖拽到右侧。.结 果 提 取.结 果 提 取结 果 成 分 说 明混凝土：按照第一强度理论，验算主拉应11、力。这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力，无论什么应力状态，只要构件内一点处的最大拉应力1达到单向应力状态下的极限应力b，材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是：1=b。b/s=，所以按第一强度理论建立的强度条件为：1。钢材：按照第四强度理论，验算有效应力。这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素，无论什么应力状态，只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值，材料就要发生屈服破坏。发生塑性破坏的条件，所以按第四强度理论的强度条件为：sqrt(12+22+32-12-23-31).结 果 提 取结 果 成 分 说 明整体主应力情况：.结 果 提 取结 果 成 分 说 明拱脚插入部分主应力情况：.结 果 提 取结 果 成 分 说 明钢管有效应力情况：谢 谢