路劲性骨架钢管拱桥施工过程仿真分析(建模部分)_毕业设计(编辑修改稿)

路劲性骨架钢管拱桥施工过程仿真分析(建模部分)_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

14 附 录 ............................................................................................... 错误 !未定义书签。 附录 A ................................................................................................ 错误 !未定义书签。 附录 B ................................................................................................ 错误 !未定义书签。 毕业设计 1 第 3 章 仿真分析过程 概述 仿真分析将在有限元软件 MIDAS/Civil 环境下模拟，结构有限元分析软件MIDAs/Civil 是一种在桥梁设计领域通用的结构分析和优化设计的有限元分析软件。 MIDAS／ Civil 不仅是通用的结构分析软件，而且还可以分析如预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的结构形式，并且可以进行桥梁施工阶段分析、水化热分析、静力弹塑性分析、支座沉降分析、大位移分析，是强有力的土木工程分析与优化设计系统。 (1)对劲性骨架混凝土拱桥施工 阶段 与方法进行 研究，包括 对劲性骨架混凝土拱桥施工控制仿真分析方法 原理上 进行阐述。 (2)以尤溪大桥为背景，详细总结和分析劲性骨架混凝土拱桥施工仿真计算结构构件的有限元模拟方法，并利用有限元计算软件 MIDAS/Civil 进行施 工控制仿真计算，包括各施工阶段内力、应力、变 形 计算。 (3)对施工控制仿真计算结果进行详细的分析，总结出劲性骨架混凝土拱桥施工控制相关参数的变化规律。 有限元的基本原理 有限元方法 (finite element method) 或有限元分析 (finite element analysis)，是求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种重要基础性原理。 将它用于在科学研究中，可成为探究物质客观规律的先进手段。 将它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。 严格来说，有限元分析必须包含三个方面： (1)有限元方法的基本数学力学原理， (2)基于原理所形成的实用软件， (3)使用时的计算机硬件。 随着现代计算机技术的发展，一般的个人计算机就能满足第 (3)方面的要求； 采用有限元方法可以针对具有任意复杂几何形状的结构进行分析，并能够得到准确的结果。 其原因就是有限元方法是基于 “离散逼近 (discretized aPProximation) ”的基本策略，可以采用较多数量的简单函数的组合来 “近似 ”代替非常复杂的原函数。 一个复杂的函数，可以通过一系列的基底函数 (base function)的组合来 “近似 ”，也就是函数逼近。 基于分段的函数描述具有非常明显的优势： (1)可以将原函数的复杂性 “化繁为简 ”，使得描述和求解成为可能， (2)所采用的简单函数可以人工选取，因此，可取 毕业设计 2 最简单的线性函数，或取从低阶到高阶的多项式函数， (3)可以将原始的微分求解变为线性代数方程。 但分段的做法可能会带来的问题有： (1)因采用了 “化繁为简 ”，所采用简单函数的描述的能力和效率都较低， (2)由于简单函数的描述能力较低，必然使用数量众多的分段来进行弥补，因此带来较多的工作量。 综合分段函数描述的优势和问题，只要采用功能完善的软件以及能够进行高速处理的 计算机，就可以完全发挥 “化繁为简 ”策略的优势，有限元分析的概念就在于此。 有限元的发展 有限元方法的思想最早可以追溯到古人的 “化整为零 ”、 “化圆为直 ”的作法，如 “曹冲称象 ”的典故，我国古代数学家刘徽采用割圆法来对圆周长进行计算；这些实际上都体现了离散逼近的思想，即采用大量的简单小物体来 “冲填 ”出复杂的大物体。 早在 1870 年，英国科学家 Rayleigh 就采用假想的 “试函数 ”来求解复杂的微分方程，1909年 Ritz 将其发展成为完善的数值近似方法，为现代有限元方法打下坚实基础。 20 世纪 40 年代，由于航空事业的飞速发展，设计师需要对飞机结构进行精确的设计和计算，便逐渐在工程中产生了的矩阵力学分析方法； 1943年， Courant发表了第一篇使用三角形区域的多项式函数来求解扭转问题的论文； 1956 年波音公司的 Turner ， Clough ， Martin 和 Topp 在分析飞机结构时系统研究了离散杆、梁、三角形的单元刚度表达式； 1960 年 Clough 在处理平面弹性问题，第一次提出并使用 “有限元方法 ”(finite element method) 的名称； 1955年德国的 Argyris 出版了 第一本关于结构分析中的能量原理和矩阵方法的书，为后续的有限元研究奠定了重要的基础，1967年 Zienkiewicz 和 Cheung出版了第一本有关有限元分析的专著； 1970 年以后，有限元方法开始应用于处理非线性和大变形问题；我国的一些学者也在有限元领域做出了重要的贡献，如胡海昌于 1954 提出了广义变分原理，钱伟长最先研究了拉格朗日乘子法与广义变分原理之间关系，钱令希在 20 世纪五十年代就研究了力学分析的余能原理，冯康在 20 世纪六十年代就独立地、并先于西方奠定了有限元分析收敛性的理论基础。 随着计算机技术的飞 速发展，基于有限元方法原理的软件大量出现，并在实际工程中发挥了愈来愈重要的作用；目前，专业的著名有限元分析软件公司有几十家，国际上著名的通用有限元分析软件有 ANSYS， ABAQUS， MSC/NASTRAN， MSC/MARC，ADINA， ALGOR， RO/MECHANICA， IDEAS ，还有一些专门的有限元分析软件，如 LSDYNA， DEFORM， AMSTAMP, AUTOFORM ， SUPERFORGE 等，都为有限元应用的推广作出了很大贡献。 毕业设计 3 MIDAS 与 AutoCAD 之间单向导入的应用 由于仿真分析的模型比较复杂， 为方便起见， 我们选择在 CAD中画出各个单元的轴线，然后再导入 MIDAS， 成为梁单元， 在此之前我们要做相应的准备工作。 坐标计算 首先根据设计资料将控制坐标输入到 Excel 文档中 ，根据几何关系计算出单元的轴线坐标。 截 面高度 2 2 21 3 1 3 1 3( ) ( ) ( )H x x y y z z      (31) 混凝土轴线 4 4 2() LX x x x H    (32) 3 4 3 412()2 2 2y y y yyy LY H    (33) 3 4 3 412()2 2 2z z z zzz LZ H    (34) L——各环混凝土轴线距离骨架下边缘中心的长度 (m) H——骨架 截面高度。