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POST26 5
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MTMD 196
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