箱型梁的案例
【iSolver案例分享53】簡易箱型梁純彎分析
【iSolver案例分享53】簡易箱型梁純彎分析
1. 引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構有限元軟件，對標Nastran、Ansys、Abaqus設計和實現，具備結構有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎算法組件，精度和商軟誤差<0.1%。本文以多肋保護框受力分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 模型背景
此案例為某型簡化箱型梁的靜力學分析。實際場景中箱型梁使用廣泛但結構復雜，進行研究時常作簡化處理。本案例模型由某文獻箱型梁簡化而來，結構材料為鋼，其彈性模量為10000000，泊松比為0.3。
3. 建模
由于結構形式較為簡單，為保證模型的求解精度和求解效率，整體采用四邊形網格劃分，單元類型選用板單元S4R，模型共劃分為1420個單元。模型如下：
通過對箱型梁兩端截面施加反方向的轉角，使箱型梁受彎變形。約束條件為：U1=U2=U3=0，UR1=0.05rad，UR2=UR3=0。
4. 結果對比
1) 應力
a) 視圖1（米塞斯應力）
iSolver結果：
Abaqus結果：
2) 總應變
iSolver結果：
Abaqus結果：
3) 位移
iSolver結果：
Abaqus結果：
5. 結果對比總表如下
由以上結果云圖分析可知，iSolver和ABAQUS兩個求解器對同一模型分析的結果同一性較好，應力應變的最值發生位置一致，具體數值分析見下表。
展開 箱型梁拓撲優化（最大剛度）
前言
圖 1 實際箱型梁
上圖是我們生活中常見的天橋（施工中），仔細觀察其截面，會發現與我們想象的不太一樣。這些形狀類似于箱型的梁結構我們常稱之為箱型梁，由于其抗彎抗扭能力很強，因此在跨度較大的橋梁施工中極為常見。從材料力學來講，這種截面避免了中部材料的浪費，較為合理的將材料以薄壁的形式分布于四側，提高了整體的抗彎抗扭剛度，減輕了重量，是一種比較合理的截面形式。
與前面幾篇文章一樣，例子僅僅來源于生活但是卻簡單很多（實際設計好一個結構不僅需要科學的指導方法還需要大量的經驗積累），文章的意圖也比較簡單：作為拓撲優化學習從二維向三維的過渡。關于拓撲優化的基本操作流程見文章《結構優化案例1-L型結構優化設計（減重）》，本文不再復述。
2 問題描述
圖 2 有限元模型
如圖所示，一段上表面均布0.7Mpa壓力的實心深梁，現在其底面端部進行支撐，兩側進行對稱約束，試通過拓撲優化得到合適的傳力路徑以及支撐位置。（整體尺寸300mm*100mm*30mm，約束部分為距離端面20mm以內部分）
3 預分析
預分析就是指進行優化分析之前的靜力分析，主要是為了對我們分析的模型有一個大致的了解，如下圖所示：
圖 3 von-Mise應力云圖（變形放大200倍）
從von-Mises應力云圖可以看出，梁在中性層以及1/5,4/5處上下表面的應力水平均較低，說明這部分的材料顯然沒有充分發揮作用。除此之外，在支撐端以及中部整體應力水平比較高，說明這部分在進行拓撲優化時是關鍵考慮部分。
4 拓撲優化
仔細看前文會發現可控變量其實很多，包括各種邊界條件以及約束條件，因此下面針對不同的邊界條件和約束分別進行優化，主要是體會下不同設置下結果的變化情況。
展開 關于對箱形梁的外殼網格分析
因為是大型結構并且基本上都是用薄板拼起來的箱型梁,所以實體網格并不適用.
本人對cosmos是初次接觸,所以先做了一個小的箱型梁進行實驗,發現用 實體網格,中面外殼網格和曲面外殼網格做出來的結果完全不同,用曲面外殼網格更是無法解出
更慘的是小弟最后做出的模型會是個裝配體,但是在裝配體中分析只能用曲面的外殼網格來分析
希望各位大蝦幫我解答一下,小弟感激不盡
還有關于cosmos 的資料實在太少了
零件在附件中
鼓勵
零件1.rar
第五章.part1.rar
第五章.part2.rar
第五章.part3.rar
第五章模型pulley.rar
ADAPT-PT 簡介
輸出的選項中也包含以圖形顯示所有重要設計數據的摘要報告，可以直接轉給結構圖使用也可以收錄在結構計算書中，圖形的摘要報告中包包含:
·含后張預應力預應力筋在內的構件立面圖
·后張應力預應力筋的配置 (post-tensioning profile)，控制點的高度 (elevation of control points) 與后拉預應力值與預應力筋的股數 ( PT-force/number of strands )
·整根構件上非預應力鋼筋的需求數量、位置與長度
·單向板或沖切剪力設計之結果
·設計者的備注 (Designer's comments)
·DXF 輸出
因為幾何斷面的選擇非常自由，所以這個軟件除了傳統的房屋與停車場結構外還可以設計箱型梁的橋 (box girder bridges)，以及工字梁 ( I-girders)。 ADAPT-PT 的速度快、上手快也是世界上以生產為導向的顧問工程師的首選。
ADAPT-PT 提供兩種版本，較低價的標準板 (Standard) 與加強板 (Plus)，除了標準板有五個跨度與兩個懸臂的限制以外兩個版本是完全相同的。
ADAPT-PT 是可以獨立作業的程序，但是當與ADAPT-Builder共用時，它可以接收由 ADAPT-Builder 以圖形產生的輸入數據。 有關這項功能在標題為 ADAPT-Builder 的詳細功能網頁下有更詳細的說明。
展開 
橋梁歷史上的今天(10月25日)
上部結構主橋采用預應力混凝土上承懸臂箱型梁，引橋為混凝土上承簡支空心板梁；下部結構為混凝土實心排架式橋墩，主橋采用混凝土筑搗多排樁基礎。 大橋總投資1898.3萬元，于1987年2月開工建設。
5. 1991年10月25日，法國馬西亞克的阿拉格奈特大橋(Alagnonnette Bridge)開通。大橋為鋼板梁組合梁橋，跨徑組合為4x46+2x56.5+39m，橋寬9.75m，梁高2.25m。
6. 1994年10月25日，中國江蘇蘇州太湖大橋建成通車。太湖大橋全長4308米，其中1號橋長1768米，73孔，設兩個主通航孔，通航凈空標準為六級，標高10.5米。2號橋長1621米，68孔，設一個主通航孔，通航凈空標準為五級，標高22.5米。2號橋是三座橋中最高、主孔跨徑最大的一座。3號橋長919米，40孔，設一個主通航孔，通航凈空標準為六級，標高10.5米。1號橋、3號橋主通航孔為三跨連續梁，跨徑為30+40+30米。2號橋主通航孔為五跨連續梁，跨徑為30+50+70+50+30米。主通航孔為預應力混凝土連續箱梁，由兩個寬6米的單箱組成，其余引橋均為跨徑22米預應力混凝土簡支空心板梁。全橋均為鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.2米，最大樁長50米。
7. 2007年10月25日，斯里蘭卡新馬南皮提亞(Manampitiya Bridge)正式開通。新馬南皮提亞由日本援建，因此又叫斯里蘭卡-日本友好和平橋。橋長302m，橋寬10.4m。
8. 2009年10月25日，中國內蒙古呼倫貝爾海拉爾哈薩爾大橋建成通車。哈薩爾大橋主橋為雙索面獨塔式斜拉橋，橋面全長512米，主橋跨徑布置為128+120m，橋寬28.6米，塔高56.5m，共有60根斜拉錨索。大橋為內蒙古地區首座高塔大跨度斜拉橋。
展開 基于循環荷載下的變截面箱式橋梁的數值模擬研究
5 結論
（1）橋梁的變形情況隨著循環剪切次數增大成指數形式增大，橋墩處的抗壓強度越大，橋梁的變形情況越小，
（2）從上述模擬結果可以看出，橋梁模型在循環復雜荷載作用下，發生了一些變形，其中箱型橋面與橋墩接觸位置變形較大。箱式截面橋梁在不同的動載作用下，其動態反映與國內
有關預應力混凝土橋梁動載資料基本一致，橋梁整體結構具有較好的彈性工作性能。
（3）在循環荷載作用下，可以發現內部鋼筋主要受力變形情況是橋墩底部與頂部與橋梁接觸部分，所以建議在工程是施工建設時，應該對接觸處與底部進行相應的加固。
國產之光—PKPM-CAE通用仿真云計算系統
圖20 某綜合樓項目模型圖
（a）平面位置示意圖 （b）鋼管混凝土格構柱節點（節點1）平面圖
（c）空腹桁架節點（節點2）平面圖 （d）空腹桁架節點（節點2）立面圖
圖21 分析節點位置及節點平立面
1.%2 節點1
針對于上述格構柱與箱型梁連接節點，進行有限元分析，具體分析過程及結果如下。
（a）設計模型 （b）分析劃分
（c）綁定連接圖示 （d）耦合連接圖示
圖22 格構柱節點設計及分析模型
其結構模型如圖（a）所示，分析模型如圖（b）所示，該格構柱節點內部有大量的加勁肋，采用非協調網格劃分，并設置相應的綁定連接和耦合連接，如圖（c）和（d）所示，圖（d）中有處內部加勁肋在原模型中采用mpc-tie近似連接，本文將其改為耦合連接，相對來說更加剛性。
展開 基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結構優化（下）
根據原因分析所述的3～4點，在前端梁與牽引橫梁間增加2個載荷傳遞較為理想的工字型梁，如圖4(b)所示，計算結果表明，強度滿足鐵路運行工況要求，但該處空間狹小，焊縫較多，考慮到工藝操作性，將牽引縱梁(冷彎槽鋼)如圖4(a)所示，優化為組焊的大截面槽鋼梁如圖6-7所示，與牽引銷板組焊成箱型截面梁，如圖4(c)所示。
圖4 前端優化過程
根據原因分析所述的3～4點，在2根縱向大梁組成內側增加2組組焊的異形槽鋼梁，其兩端分別與后端梁、懸架橫梁焊接連接，如圖5(b)所示，經有限元計算，強度滿足鐵路運行要求，但其與大梁太近，內側焊縫不便于施焊，同時不便于組裝氣囊用緊固件。優化兩側組焊的異形槽鋼梁為車架中央位置的一組工字型梁，如圖8所示，端部分別與后端梁、懸架橫梁相連，如圖5(c)所示。
根據原因分析所述的第5點將前端的橫向補板與縱向大梁組成的上翼緣對接處界面制出圓弧，如圖9所示；將后端梁組成的腹板優化成帶圓弧過渡的L型結構等措施，如圖10所示，與大梁下翼緣相連，減小應力集中程度。
圖5 后端優化過程
圖6 牽引縱梁組成(1)
圖7 牽引縱梁組成(2)
圖8 縱向梁組成
圖9 橫向補板
圖1 0 后端梁腹板
2.4 優化方案有限元計算情況
2.4.1 公路運行時
剛度工況：車架的垂向變形為6.196 mm, 如圖11所示，小于軸距的2‰(16.49 mm),滿足剛度要求。
圖11 車架變形圖
2.4.2 公路彎曲工況
該工況最大當量應力為140.9 MPa, 出現在牽引橫梁腹板處，如圖12所示，小于該處T700材質的許用應力值194 MPa, 滿足強度要求。
展開 【施工技術】跨高速鋼箱梁頂推施工技術
1 工程概況
本工程主橋橋型為雙拱形塔雙索面斜拉橋，孔跨布置為（90+2×54+90）m。主梁采用等高箱型截面梁，單箱三室直腹板截面，梁高2.4m，寬20（26）m，混合梁體系。其中跨為混凝土梁，總長120m；邊跨為鋼梁，總長168m。鋼-砼結合段設在邊跨，在距次中墩中心6.0m處，結合段長2.0m。
2 跨高速鋼梁施工情況
2.1 跨高速鋼粱結構
跨高速鋼箱梁為全焊鋼箱梁結構。截面外形和副跨混凝土梁截面對應。每300cm設置一道橫隔梁，鋼箱梁頂板板厚采用16mm，底板板厚14mm，邊腹板板厚20mm，中腹板板厚14mm。
鋼箱梁橋面板采用正交異性板構造，頂板行車道范圍內縱向加勁肋為U型板肋，高度280mm，板厚8mm。頂板U型肋布置間距約600mm；翼緣人行道范圍采用T型肋，T肋豎版高150mm，厚10mm，T肋水平板高100mm，厚10mm。箱梁底板加勁肋均采用U型肋，高度200mm，板厚8mm，間距700mm。腹板加勁肋均采用板肋，高度150（180）mm，板厚14mm。橫隔板厚12mm，中室和邊室均設置人孔。
為了使鋼箱梁節段截面特性逐漸過渡，鋼梁梁端頂板、底板U型加勁肋設置倒T型加勁板進行過渡，截面過渡段長度3500mm；該節段頂、底板厚度局部加厚至20mm，腹板局部加厚至24mm。
2.2 鋼梁節段劃分
跨高速鋼箱梁材料為Q345qD，總重量為1162t。鋼梁橫向分為5 個節段，縱向劃分8個節段，全跨共計40個節段，其中最重節段為50t，外形尺寸13200×7072×24
2.3 施工環境
橋梁所經區域分布有林帶、荒地、少量水塘及民房。高速與橋梁斜交，其交角為48°，路肩在順橋向的寬度為37.6m。施工過程中，不得封閉外環線車道或阻斷交通。跨高速橋下凈空不得小于5.5m。
展開 基于ANSYS的西安鐘樓模型建立有限元求解（一）
首先，介紹一下本模型結構的基本情況：
模型的結構由144個構建組成，這些構件包含：柱子、轉換梁、橫梁，挑梁、屋檐扁梁、屋檐懸挑梁、屋頂斜梁等、這些構件一共分為13種截面，下圖展現的為部分構建及其截面設計。
T型懸挑梁
T型懸挑梁
箱型挑梁
工字型橫梁
模型結構建立的截面屬性命令流如下：
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橋梁歷史上的今天(10月31日)
上海長江大橋主航道橋為雙塔雙索面分離式鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為92+258+730+258+92m，主梁采用分離式雙主梁形式，單個箱梁為扁平閉口流線型鋼箱梁，含風嘴全寬51.5m，梁高4m，全橋共分99個階段，標準階段長度15m。橋塔為人字形，橋塔總高212.32m，橋塔與主梁間設四個粘滯阻尼器。斜拉索采用扭絞型平行鋼絲斜拉索，全橋共192根斜拉索，按空間扇形雙索面布置，梁上索距15m，塔上索距2.3m，每根拉索含151~409根7mm鍍鋅鋼絲，鋼絲標準強度1670MPa。橋面設雙向6車道，設計中預留了軌道交通線空間，高速公路設計車速100km/h，設計荷載按公路-I級，軌道交通設計速度90km/h，列車按10輛車編組，車輛軸重為120kN，主通航孔單孔雙向通航凈空為585mx52.7m(寬x高)。在斜拉橋主跨長度排名中位于世界第15、中國第十。上海長江隧橋項目榮獲第11屆中國土木工程學會詹天佑獎。
10. 2010年10月31日，中國黑龍江大慶龍鳳濕地跨線橋建成通車。橋梁總長3990米，寬31米，雙向6車道，橋梁最高點18米，主橋設置景觀標志，兩座70米高的巨型鐵塔高聳在大橋之上，距地面88米。
11. 2013年10月31日，日本茨城縣水戶市新水府橋開通。新水府橋為六跨連續鋼箱梁橋，跨徑組合為51.9+57+72+2x60+50.9m，橋寬14.5m。
12. 2014年10月31日，荷蘭賴斯韋克路口平轉橋(draaibrug De Oversteek Rijswijk)正式開通。橋梁為單塔單索面斜拉開啟人行和自行車橋，橋長35m，塔高18m。
13. 2015年10月31日，中國河南鄭州隴海路高架跨南水北調特大橋建成通車。
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屢冠全球！江蘇14座跨江大橋美不勝收！
8.蘇通長江大橋：位于江蘇省東部的南通市和蘇州（常熟）市之間，是交通部規劃的黑龍江嘉蔭至福建南平國家重點干線公路跨越長江的重要通道，也是江蘇省公路主骨架網“縱一”——贛榆至吳江高速公路的重要組成部分，是我國建橋史上工程規模最大、綜合建設條件最復雜的特大型橋梁工程。蘇通大橋工程規模浩大，其主跨跨徑達到1088m，是世界位居第二大跨徑的斜拉橋（截止2017年，最大斜拉
橋主跨是俄羅斯的跨東博斯魯斯海峽的主跨1104mde 俄羅斯島大橋）；其主塔高度達到300.4m，為世界第二高的橋塔（第一高橋塔為俄羅斯的跨東博斯魯斯海峽的俄羅斯島大橋，其橋塔高超過320m）；跨江大橋總長8206m，其中主橋采用 100+100+300+1088+300+100+100（其中主橋長約1088米）=2088米的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。專用航道橋采用140+268+140=548米的T型剛構梁橋，為同類橋梁工程世界第二；南北引橋采用30、50、75米預應力混凝土連續梁橋。建設蘇通大橋對完善國家和江蘇省干線公路網、促進區域均衡發展以及沿江整體開發，改善長江安全航運條件、緩解過江交通壓力、保證航運安全等具有十分重要的意義。
9.泰州長江大橋：位于江蘇泰州與鎮江、常州市之間，東距江陰長江公路大橋57公里，西距潤揚長江公路大橋66公里，路線起自寧通高速公路宣堡鎮西，于永安洲北部跨越長江（左汊）至揚中，于揚中南跨越夾江（右汊），經姚橋、孟河，止于常州湯莊，接滬寧高速和擬建的常州繞城公路西段。工程全長62.088公里，全線采用雙向六車道高速公路標準，項目總投資93.7億元，用了主跨2×1080米的三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，系世界首創。北汊跨江主橋工程：北汊跨江主橋采用2×1080=2160米的三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，是目前世界上該種橋型的最大跨徑。
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