基于ANSYS软件二次开发的钢管砼拱桥吊装施工控制及仿真分析

摘要

在扩大基建、拉动内需的政策指引下,中国桥梁事业蓬勃发展.钢管混凝土拱桥因其造型美观、造价低廉、承载潜力大而得到广泛应用.分析及控制拱肋吊装施工过程中的扣索受力成为设计、施工人员共同关注的问题.扣索控制的优劣直接影响着拱肋线形的好坏,从而对于成桥承载受力有着重要影响.若施工控制不好将对拱肋合龙造成困难,甚至导致事故的发生.为了解决这个问题,设计人员常常采用有限元方法计算扣索受力及拱肋控制标高,并根据计算结果设计扣索吊装位置,在此过程中大量重复编程及计算工作占用了很多工作时间,另外在扣索吊装位置的选定过程中又没有明确的方法,只能根据大量的计算结果人工寻找优化方案,这些都制约着设计工作的开展.近年来大量商用的有限元软件不断推出更新.利用这些现有的软件资源解决设计过程中具有共性的问题成为设计人员关注的方向.该文通过一种高级语言对ANSYS这一运用范围广泛的商用有限元软件进行二次开发,将大量重复的机械计算过程封装成为一个整体.使普通技术人员可以从大量重复计算工作中脱离出来,专注于其他设计工作.对设计人员来说,有限元计算只是设计工作的一部分.在拱肋的施工过程中,如何合理的分布扣索吊装位置,则涉及到扣索施工的优化处理.若仅以人工的经验处理这样一个非线性问题,势必带来很大的误差.而现今又没有有效的理论处理类似的问题,所以需要对扣索吊装位置预测进行必要的探讨.该文利用BP网络来建立施工中的关键控制数据(关键受力点的受力大小、扣索控制点标高值、扣索受力最大及最小值等)与扣索及拱肋连接点之间的映射关系,通过网络的自学习功能得到稳定的网络.然后根据设计要求,分析各个关键控制数据,并预测最佳的扣索连接位置,从而减少了完全由人工选择扣索连接点时对设计人员经验和运算能力的要求,尽量减少人为误差造成的计算偏差.算例结果表明该程序具有计算精度高、节省时间、人机对话、使用方便等特点.论文在ANSYS二次开发、扣索位置预测方法、扣索索力计算方面提出了创新点.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1问题的提出

1.1.1钢管混凝土拱桥的特点及现状

1.1.2钢管混凝土拱桥吊装施工索力控制的研究现状

1.1.3钢管混凝土拱桥吊装施工索力控制的研究现状

1.2仿真计算概述

1.2.1计算的要求

1.2.2一般计算方法

1.2.3计算方法中存在的不足

1.3论文目的

1.4论文程序计算方法

1.5意义

第2章CAE技术在工程设计方面的应用

2.1引言

2.1.1 CAE技术的概念

2.1.2 CAE技术概况

2.1.3 CAE技术的应用

2.1.4 CAE软件一般求解步骤

2.2大型有限元分析软件ANSYS简介

2.2.1有限元方法概述

2.2.2 ANSYS软件的发展及特点

2.2.3 ANSYS软件的优点

2.2.4 ANSYS软件的二次开发

2.3 ANSYS命令流文件的编制

2.3.1 ANSYS命令

2.3.2 ANSYS参数化设计语言APDL简介

2.4小结

第3章神经网络方法

3.1神经网络概述

3.1.1神经网络的主要特征

3.1.2神经网络的学习及应用

3.2 BP网络综述

3.2.1神经网络的发展

3.2.2 BP网络特点及原理

3.2.3 BP网络在本文程序中的运用

3.3小结

第4章钢管砼拱桥吊装施工计算模型建立

4.1绪言

4.2大跨度钢管混凝土拱桥的施工过程

4.3模型的构造及简化

4.4钢管混凝土拱桥吊装分析

4.4.1扣索施工预测计算方法的选择

4.4.2有限元模型的建立

4.5小结

第5章程序设计及算例验证

5.1 ANSYS调用方法

5.1.1基本原理

5.1.2 ANSYS调用实现

5.2 ANSYS与主程序数据交换

5.2.1交换数据方法的实现

5.3 VB程序与FORTRAN程序混合编程

5.4程序执行说明

5.5算例分析

5.5.1参数生成

5.5.2参数预测

5.5.3优化后的计算结果及分析

5.6小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

6.2.1程序未涉及方向

6.2.2程序的改进方向

6.3总结

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文