单梁、折面梁格与实体对比

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1、单梁、折面梁格与实体（ANSYS）计算结果对比第一部分：单箱单室箱梁桥对比1.1结构形式某跨径为30米的简支梁，截面采用单箱单室宽箱梁（如图1.1所示）。图1.1箱梁截面示意图（单位：mm）对不同模型进行两种工况的分析：1）工况1，自重作用下；2）工况2，两束无弯起预应力筋作用下，预应力大小为10MN分别作用在腹板中心线距梁顶1.625米处，不计入预应力损失，预应力线型为直线。模型中预应力采用在梁端腹板上加集中荷载的方式模拟。对两种工况下的各项计算结果进行分析对比。约束均设置在腹板中心线处。1.2分析模型共建立三种分析模型：1）单梁模型：取整个截面为有限元

2、单元截面。2）折面梁格模型：将截面在横向划分为几个部分（如图1.2），建立折面梁格模型（悬臂带刚臂），如图1.3所示；3）实体模型：采用ANSYS中实体单元solid45建立模型，如图1.4所示。1/25图1.2折面梁格模型截面划分示意图图1.3折面梁格模型示意图图1.4ANSYS实体模型示意图2/251.3计算结果分析对比1.3.1支座反力对比1)工况一：自重作用下表1.1自重作用下结构支反力对比表（kN）单梁折面梁格实体单元支座1265213261326支座2265213261326支座313261326支座413261326结论：通过支反力对比表1.

3、1可以看出，各种模型的支反力分布基本一致。横向两个支座的反力可以认为是单梁中一个支座的反力平均分配后得到。2)工况二：预应力作用下简支梁在水平向预应力作用下不产生支座反力，不进行对比。1.3.2纵向正应力对比由于结构的对称性，选取箱梁截面的一半进行上、下缘沿桥跨纵向正应力的对比（如图1.6所示区域），对比结果见图1.7~图1.12。应力图中，上缘是指顶板中间面层，下缘是指底板中间面层。纵坐标为正应力值，单位为kPa，注：梁格模型自动得到各个单元上、下缘的应力值；实体模型中选取实体单元的节点应力（翼板上、中、下层应力的选取）。梁格模型无法反应顶、底板的局部效

4、应，而ANSYS实体中分析结果包括了整体效应及局部效应，故在数据分析时主要对顶底板的中间层（截面中心线）所在位置的应力进行对比。3/25图1.6正应力对比区域示意图1)工况一：自重作用下（单位：kPa）5000024681012141618202224262830单梁-500-1000折面梁格-1500实体-2000-2500图1.7一区翼缘板自重正应力对比40003000单梁顶板2000单梁底板1000折面梁格顶板0折面梁格底板024681012141618202224262830-1000实体顶板-2000实体底板-3000图1.8二区腹板自重正应力对

5、比4/2540003000单梁顶板2000单梁底板1000折面梁格顶板0折面梁格底板024681012141618202224262830-1000实体顶板-2000实体底板-3000图1.9三区“二字型”自重正应力对比结论：由上述对比可以看出，在自重作用下：折面梁格与实体单元应力结果差距不大，单梁在横截面方向未能体现出剪力滞效应。2)工况二：预应力作用下（轴力代替预应力，单位：kPa）0024681012141618202224262830-500单梁-1000折面梁格-1500-2000实体-2500图1.10一区翼缘板预应力作用下正应力对比5/25

6、10000单梁顶板024681012141618202224262830-1000单梁底板-2000折面梁格顶板-3000折面梁格底板-4000-5000实体顶板-6000实体底板-7000图1.11二区腹板预应力作用下正应力对比0024681012141618202224262830-500单梁顶板-1000单梁底板-1500-2000折面梁格顶板-2500折面梁格底板-3000-3500实体顶板-4000-4500实体底板-5000图1.12三区“二字型截面”预应力作用下正应力对比结论：由上述对比可以看出，在预应力作用下：预应力效应沿跨长逐渐变化的趋

7、势：即通过一个传递区域（接近一个梁高范围）后沿截面均匀分布；在横截面方向，预应力作用位置处（锚固区域）效应明显，依次向横向传递，效应逐渐沿截面均匀分布。单梁模型未能体现出纵横向的变化趋势，其它模型很好的反应了这些变化趋势。6/25折面梁格的分析结果更接近于实体模型。另：图1.11中实体分析结果的拉应力跳跃点主要是由于局部效应引起，此处不做对比。1.3.3截面内力分布对比梁格划分后横截面上各分块的内力之和是否与单梁的内力值一致，包括轴力、弯矩、剪力的对比。这里主要列出单梁与折面梁格的数据对比。1)工况一：自重作用下剪力对比在沿跨长方向的各个位置上，将梁格

8、中各纵梁剪力叠加在一起所得结果与单梁剪力对比，结果如下表1.2：表