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Abaqus 在桥梁工程中的应用

Abaqus 是功能强大的工程模拟的有限元软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。Abaqus软件包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库,可以模拟典型工程材料的性能,其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料,作为通用的模拟工具, Abaqus软件除了能解决大量结构(应力 / 位移)问题,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析(流体渗透 / 应力耦合分析)及压电介质分析。

abaqus桥梁1.png结构涉及几何非线性问题,这种非线性是由于大位移、弯矩和轴力之间的相互作用而产生的,任何一个实际的工程问题都希望能根据设计方案,从理论上、计算上以及试验上对其进行校核,将方案做得更经济实用,风险降到更低。对于设计之后的分析,用于设计的近似方法已经不能提供足够的精确度,我们必须建立准确的模型,借助计算机精确地分析结构。

1、桥梁施工过程模拟
在桥梁施工方面工程模拟有限元软件Abaqus提供了单元生死(ModelChange)、钢筋混凝土材料属性以及钢筋预紧力等功能。下图是某大桥施工过程的模拟。

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2、桥梁模态分析
Abaqus提供了两种求解振型的方法:Lanczos方法和Subspace两种方法,两种方法各有优缺点,分别实用于规模较大,频率提取多的结构和规模小,频率提取少的结构。下图桥梁长140m,高80m,其一阶和四阶振型如图所示。

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abaqus桥梁5.png3、 美国金门桥地震响应分析
Abaqus有功能强大的显式求解器,下图是利用Abaqus显式求解器对美国金门大桥做的地震响应分析。



4、重庆荆沙长江斜拉桥结构三维仿真
位于湖北省荆州市的荆沙长江公路大桥南汉通航孔主桥如下图所示,主跨布置成160+300+97m,桥梁全长557m,
下图分别是利用Abaqus对该桥做的施工过程模拟、结构动力响应及地震响应分析结果

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abaqus桥梁8.png5、桥梁结构拓扑优化
Abaqus 6.11推出了拓扑优化技术,支持接触、几何非线性、材料非线性及制造约束。一般通过5~50次设计循环将获得满意结果,优化后的几何模型还可以通过Abaqus/CAE导出为STL文件或者INP文件,供设计使用。下图为某桥梁的拓扑优化结果。