基于APDL的下承式拱桥结构优化及动力特性分析

摘要

拱桥在中国有着悠久的历史。拱桥凭借其杰出的布局性能、突出的跨越条件和便捷的施工工序一直是中国桥梁建设工程中的主要桥型之一。下承式拱桥是在传统拱桥构造上改进形成的一种新桥式。是拱肋、吊杆、风撑和梁板构件等共同组合的桥梁，在近几十年的发展中，下承式拱桥已建造了上百余座，最大跨径达到280米，是公路交通大动脉中的重要组成部分。
　　然而，伴着时代的前进，桥梁的跨度条件不断迎接新的提升，桥梁结构形式日新月异，传统的设计手段不易于达到结构的优化要求，因此，优化设计变得越来越重要。A PDL(ANSYS Parametric Design Language)是有限元分析软件ANSYS的一种参数化设计脚本语言，其采用智能化的分析手段，能有效的完成结构优化及网格自适应等有限元分析过程。如果对其输入复杂的数据，使用者可以充分掌控分析实际的属性与数据，对比于传统的有限元分析有了较大能力的扩展，特别是在优化级别等方面。但是，随着桥梁数量的不断增多和桥震灾害的频繁出现，桥梁地震动力响应日益受到世界各国的设计者高度重视，所以，对于优化设计的结构模型，仅从结构的角度考虑优化的结果，解答存在一定的片面性，结构的动力特性分析对于结构的优化设计在一定程度上具有指导意义。
　　针对上述情况，本论文将以一下承式拱桥为工程背景，利用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL建立空间有限元模型，讨论结构在约束条件下的尺寸优化及内部应力位移的影响，对比结构在优化前后的可行性。同时，对模型进行动力响应分析，引入地震反应谱，对比优化前后地震谱响应的变化。并且讨论地震波的瞬态分析，导出模型变化前后的响应曲线。综合对比，反映结构优化模型的可靠性。