薛衛(wèi)剛， 張海佳

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西 晉中 030800 ）

1 研究背景

桁架結(jié)構(gòu)是道路設(shè)施建造過(guò)程中經(jīng)常被用到的結(jié)構(gòu)，桁架橋和其他橋梁相比易于施工， 施工便捷和跨度大、承載能力好。對(duì)桁架橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析可以在理論上檢測(cè)出桁架橋梁在使用的過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變問(wèn)題，也可以對(duì)其承載能力進(jìn)行估算，為以后的使用作出貢獻(xiàn)[1]。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 三維建模

如圖1 所示， 選取的是長(zhǎng)度為72m 的下承式鋼桁架橋，橋的寬度為10m，橋的高度為16m，其中每個(gè)節(jié)段的長(zhǎng)度為12m，規(guī)定橋面為混凝土板，其厚度為0.3m。 鋼桁架橋桿件的規(guī)格如表1 所示。 組成橋梁的桿件材料及其參數(shù)如表2 所示。

圖1 所選橋梁模型

表1 桁架橋桿件規(guī)格

表2 桿件材料及其參數(shù)

2.2 靜力學(xué)分析

2.2.1 施加邊界條件

桁架橋的左端為固定支座，而桁架橋的右端為滑動(dòng)支座，這是為了模擬橋梁絞支座的目的[2]。對(duì)橋梁施加好自由度約束后如圖2 所示。

圖2 全橋自由度約束圖

圖3 橋梁施加好全部載荷圖形

2.2.2 施加集中力

在桁架橋梁的中間兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處施加集中力載荷，施加好全部載荷后橋梁如圖3 所示。

圖4 靜力分析結(jié)果

2.2.3 靜力分析結(jié)果

通用后處理器，變形結(jié)果如圖4a，變形最大的部分是橋梁的最中間的地方[3]。節(jié)點(diǎn)總體位移結(jié)果云圖如圖4b 所示，各節(jié)點(diǎn)矢量位移圖如圖4c 所示，繪制好的圖形模型的軸力圖如圖4d 所示。

2.3 模態(tài)分析

2.3.1 建立模型

建模過(guò)程相同， 模型左端是固定支座右端是滑動(dòng)支座對(duì)其限制自由度但是不需要施加荷載[4]。 用子空間的方法提取4 節(jié)模態(tài)進(jìn)行查看。

2.3.2 查看分析結(jié)果

通用后處理依次打開(kāi)第一步，下一步，前一步，最后一步，和選擇任意的步數(shù)，每一步就是代表一個(gè)階的模態(tài)[5-6]。圖5 是一到四階的顯示振型圖。

圖5 模態(tài)分析振型圖

3 結(jié)果分析

對(duì)桁架橋進(jìn)行參數(shù)化建模和有限元分析得出了以下的結(jié)論：

1） 對(duì)橋梁施加文中的載荷及約束后通過(guò)查看結(jié)構(gòu)變形圖可以知道橋梁下部的中間位置變形量最大。

2） 通過(guò)結(jié)構(gòu)圖和總位移的云圖可以看出， 在有載荷的作用的情況下， 橋面中間位置向下發(fā)生彎曲變形的最大，橋梁兩端的斜腹梁變形最小。 最大位移在橋梁的中間部位，并向兩端逐步減少。

3） 通過(guò)節(jié)點(diǎn)矢量位移圖可以看出， 橋梁節(jié)點(diǎn)的位移向兩邊逐層遞減。 通過(guò)軸力圖可以知道軸力的最大處和最小處。