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第1章 绪论1

1.1 有限单元法概述1

1.1.1 有限单元法的发展现状1

1.1.2 有限单元法的分析过程2

1.1.3 有限元分析软件3

1.2 ANSYS软件简介3

1.2.1 ANSYS发展历程3

1.2.2 ANSYS软件的基本功能4

1.2.2.1 完备的前处理模块4

1.2.2.2 强大的分析求解模块5

1.2.2.3 方便的后处理模块POST1和POST265

1.3 ANSYS在大跨桥梁工程中的应用6

参考文献8

第2章 基于ANSYS的大跨度桥梁有限元建模10

2.1 大跨度桥梁ANSYS建模常用单元10

2.1.1 杆单元10

2.1.2 梁单元12

2.1.3 大跨度桥梁有限元模型的简化18

2.2 基于ANSYS的大跨度CFST拱桥有限元模拟19

2.2.1 茅草街大桥简介19

2.2.2 基本设计参数20

2.2.3 约束与连接的简化处理22

2.2.4 茅草街大桥ANSYS建模23

2.3 基于ANSYS的大跨度钢桁梁桥有限元模拟45

2.3.1 南京长江大桥简介45

2.3.2 基本设计参数46

2.3.3 约束与连接的简化处理46

2.3.4 南京长江大桥南京联主桁ANSYS建模46

2.4 基于ANSYS的大跨度斜拉桥有限元模拟62

2.4.1 苏通大桥简介63

2.4.2 基本设计参数63

2.4.3 约束与连接的简化处理66

2.4.4 苏通大桥ANSYS建模67

2.5 基于ANSYS的大跨度悬索桥有限元模拟74

2.5.1 地锚式悬索桥建模75

2.5.1.1 润扬悬索桥简介75

2.5.1.2 基本设计参数75

2.5.1.3 约束与连接的简化处理78

2.5.1.4 润扬悬索桥ANSYS建模79

2.5.2 自锚式悬索桥建模83

2.5.2.1 南京江心洲大桥简介83

2.5.2.2 基本设计参数83

2.5.2.3 约束与连接的简化处理85

2.5.2.4 南京江心洲大桥ANSYS建模86

2.6 本章小结92

参考文献93

第3章 基于SHMS的大跨度悬索桥有限元模型修正与验证96

3.1 结构有限元模型修正96

3.1.1 参数型修正的灵敏度分析97

3.1.2 优化算法98

3.1.2.1 一阶优化算法99

3.1.2.2 零阶优化算法101

3.1.3 一种模型修正方法103

3.2 基于ANSYS的大跨度悬索桥体系动力特性研究105

3.2.1 基于ANSYS的悬索桥模态分析方法105

3.2.2 大跨度悬索桥动力特性分析105

3.3 润扬悬索桥成桥试验107

3.3.1 环境随机振动测试107

3.3.2 钢箱梁应力测试109

3.3.2.1 荷载工况109

3.3.2.2 应力测点布置110

3.3.3 关键截面位移测试110

3.4 基于ANSYS的润扬悬索桥有限元模型修正111

3.4.1 桥塔结构的有限元模型修正111

3.4.2 全桥结构的有限元模型修正114

3.4.2.1 优化变量的确定114

3.4.2.2 优化计算及结果分析115

3.5 润扬悬索桥有限元模型验证121

3.5.1 关键位移验证121

3.5.2 钢箱梁应力验证122

3.6 本章小结124

参考文献125

第4章 基于ANSYS的大跨度桥梁地震反应分析128

4.1 桥梁结构地震反应分析基本理论128

4.1.1 静力法128

4.1.2 反应谱法128

4.1.2.1 反应谱分析基本理论129

4.1.2.2 规范反应谱129

4.1.2.3 反应谱组合方法130

4.1.3 动力时程分析法131

4.1.3.1 地震作用下桥梁结构的运动方程132

4.1.3.2 Newmark-β积分法133

4.2 反应谱分析及其在ANSYS中的实现134

4.2.1 基于ANSYS的反应谱分析简介135

4.2.2 茅草街大桥的反应谱抗震分析137

4.2.2.1 地震动参数的确定137

4.2.2.2 茅草街大桥模态分析139

4.2.2.3 茅草街大桥反应谱分析141

4.2.2.4 反应谱结果分析142

4.3 地震时程分析及其在ANSYS中的实现144

4.3.1 基于ANSYS的地震时程分析简介144

4.3.2 茅草街大桥的地震时程分析146

4.3.2.1 地震波的确定146

4.3.2.2 一致激励下的时程分析146

4.3.2.3 考虑行波效应的时程分析148

4.3.2.4 多点激振下的时程分析152

4.3.2.5 时程结果分析152

4.4 本章小结157

参考文献157

第5章 基于ANSYS的大跨度桥梁抖振响应时域分析161

5.1 桥梁风荷载161

5.1.1 静力风荷载161

5.1.2 抖振力荷载161

5.1.3 自激力荷载161

5.2 气动自激力的有限元模拟162

5.3 基于APDL的桥梁抖振时域分析程序实现163

5.4 大跨度桥梁风致抖振分析165

5.4.1 桥址区三维脉动风场模拟165

5.4.1.1 主梁风速模拟165

5.4.1.2 主塔风速模拟167

5.4.2 构件截面气动系数和气动导数168

5.4.2.1 气动系数168

5.4.2.2 气动导数168

5.4.3 桥梁抖振程序实现168

5.4.4 润扬悬索桥振动监测子系统176

5.4.4.1 主梁振动监测176

5.4.4.2 缆索振动监测177

5.4.5 计算与实测结果的对比验证177

5.4.5.1 主梁加速度RMS响应计算与实测结果的对比分析178

5.4.5.2 主梁计算与实测加速度响应的频谱对比分析181

5.4.5.3 缆索加速度RMS响应计算与实测结果的对比分析182

5.4.5.4 缆索计算与实测加速度响应的频谱对比分析184

5.5 本章小节186

参考文献186

第6章 基于ANSYS的大跨度桥梁减振控制190

6.1 结构振动控制基本概念190

6.2 阻尼器及其有限元模拟190

6.2.1 阻尼器简介190

6.2.1.1 调谐质量阻尼器190

6.2.1.2 多重调谐质量阻尼器191

6.2.1.3 软钢阻尼器192

6.2.1.4 黏滞流体阻尼器194

6.2.2 阻尼器的有限元模拟196

6.2.2.1 TMD及MTMD196

6.2.2.2 软钢阻尼器198

6.2.2.3 黏滞流体阻尼器199

6.3 基于ANSYS的大跨度桥梁减振控制研究199

6.3.1 大跨钢桁架桥车致振动控制199

6.3.1.1 大跨钢桁架桥车致振动时域分析199

6.3.1.2 TMD的布置及其在ANSYS中的实现207

6.3.1.3 减振前后主梁跨中振动响应对比分析210

6.3.2 大跨悬索桥地震响应控制211

6.3.2.1 地震动输入211

6.3.2.2 阻尼器布置211

6.3.2.3 线性黏滞流体阻尼器在ANSYS中实现212

6.3.2.4 阻尼器参数敏感性分析212

6.3.3 大跨斜拉桥风致抖振控制212

6.3.3.1 MTMD的布置方案214

6.3.3.2 MTMD在ANSYS中的实现214

6.3.3.3 减振前后主梁跨中振动响应对比分析216

6.3.4 自锚式悬索桥地震响应控制217

6.3.4.1 弹塑性软钢阻尼器及其性能的模拟217

6.3.4.2 地震波输入219

6.3.4.3 弹塑性阻尼器在ANSYS中的实现219

6.3.4.4 阻尼器减振效果分析220

6.4 本章小结221

参考文献222

第7章 基于ANSYS的大跨度桥梁精细应力分析224

7.1 基于ANSYS的子模型分析步骤224

7.2 基于ANSYS的大跨悬索桥钢箱梁精细应力分析226

7.2.1 基于ANSYS的整体有限元计算模型226

7.2.2 基于ANSYS的钢箱梁节段精细子模型建立227

7.2.3 大跨悬索桥钢箱梁精细应力分析及实测验证237

7.2.3.1 钢箱梁顶板正应力对比246

7.2.3.2 钢箱梁顶板U形肋下缘正应力对比246

7.2.3.3 钢箱梁底板正应力对比247

7.3 基于ANSYS的大跨度悬索桥刚性中央扣精细应力分析248

7.3.1 大跨度悬索桥刚性中央扣简介248

7.3.2 基于ANSYS的刚性中央扣精细子模型建立248

7.3.3 大跨悬索桥刚性中央扣精细应力分析及实测验证249

7.4 本章小结250

参考文献251

第8章 ANSYS二次开发及其颤振分析实例253

8.1 ANSYS二次开发工具253

8.1.1 参数化设计语言（APDL）254

8.1.1.1 APDL参数化建模基础254

8.1.1.2 APDL通用分析程序255

8.1.2 可编程特性（UPFs）255

8.1.2.1 UPFs的功能255

8.1.2.2 UPFs的使用255

8.1.2.3 UPFs使用建议256

8.1.3 用户界面设计语言（UIDL）256

8.1.4 Tcl/Tk语言257

8.2 基于UPFs的桥梁颤振频域分析257

8.2.1 用UPFs开发基于M-S法的桥梁颤振分析核心程序257

8.2.2 基于UIDL的用户界面开发258

8.2.2.1 菜单程序界面258

8.2.2.2 子菜单Fnc_Flu_indt的功能260

8.2.3 基于UPFs的颤振频域分析算例262

8.2.3.1 简支理想平板结构263

8.2.3.2 具有流线型箱梁主梁断面的虎门悬索桥264

8.3 基于APDL的桥梁颤振时程分析266

8.3.1 颤振时程分析基础理论266

8.3.2 颤振时程分析实现过程267

8.3.3 基于APDL的颤振时程分析算例268

8.4 本章小结272

参考文献272