桥梁结构分析中有限元软件选用简介

发布时间：2022-11-12 00:13:29

建材发展导向桥梁结构分析中有限元软件选用简介秦爱红1　王　慧1　李克建2（1.青岛理工大学琴岛学院，山东　青岛　266106；2.青岛地矿岩土工程有限公司，山东　青岛　266071）摘　要：桥梁结构设计中普遍采用有限元分析软件进行分析，文章结合目前情况，分析了SAP、ANSYS等软件应用于桥梁结构的局限性，并简单介绍了目前应用较多的桥梁结构有限元分析软件桥梁博士、Midas/Civil、BIM软件。关键词：有限元；Midas/Civil；BIM1　有限单元法概述有限单元法（TheFiniteElementMethod，简写为FEM），是将弹性力学理论、计算数学知识和计算机软件相结合进行求解的一种数值分析技术。其基本思路是“化整为零，积零为整”，即其求解步骤为：将所要求解的问题划分为单元，单元之间用节点相连接；用方程式建立节点之间的关系；然后各个方程组合成方程组；计入边界条件对方程组求解即可。2　有限单元法在桥梁结构分析中的地位复杂的桥梁结构在进行处理时，采用经典的弹性力学分析方法解决的问题并不多。而简化之后的结构力学方法，在以前的结构分析和设计中是可行的，也得到广泛地应用，但所需人数之多，计算周期之长也是必然存在的。有限单元法是在传统力学原理基础上，以电子计算机为工具，对复杂的桥梁结构问题进行数值分析的一种方法。随着有限元法和计算机分析技术的发展，越来越多的工程问题用有限单元法求解成为可能，各种专用、通用有限元分析软件已经成为桥梁结构技术人员必备的分析工具。所以对于从事桥梁结构分析与设计的桥梁工程师来说，运用有限单元法是必然的。学习有限元法，一方面能利用现有的成果和计算程序，掌握建模技术，解决工程中的实际问题，另一方面也可以改进现有方法以及计算程序并发展新的单元、算法等能力。3　桥梁结构分析中有限元分析软件选用简介20世纪70年代，美国率先研究出用于结构分析的软件SAP，并在航天航空、土木工程以及机械工程等各个领域得到了大力推广。由各种局部构件组成的组合体系可以利用SAP软件进行分析。截止到20世纪80年代末国内外研究人员进一步推出了其他跟SAP软件相类似的其它软件。例如ADINA软件、FEM软件、ANSYS软件以及大连理工大学开发的JIFEX系统。但是，利用ADINA软件、FEM软件、ANSYS软件以及大连理工大学开发的JIFEX系统等等这些软件进行桥梁结构设计与分析有一定局限性，主要表现在：描述结构时所用到的数据文件特别复杂；利用上述软件无法模拟桥梁施工过程中的各个具体环节；无论对于空间影响面还是线性影响线，上述软件均无法实现自动加载；上述软件均不能进行结构调值分析；这些软件不能模拟混凝土收缩徐变等问题。针对此种种原因，桥梁工程师们需要开发出更合理的桥梁设计软件来进行桥梁结构设计与分析。近些年来在桥梁设计与计算中应用较多的桥梁结构专用设计和分析软件是桥梁博士、Midas/Civil以及新出现的BIM软件。桥梁博士是将可视化的数据处理、结构分析、管理数据库等合为一体的综合性较强的桥梁结构分析与设计软件。桥梁博士的编制依照桥梁结构的设计与施工过程进行，结合现2018年第17期行的桥梁结构设计规范，同时对现代计算机的强大功能加以利用。桥梁博士软件考虑到桥梁结构各种构件的相互组成以及施工情况，计算更准确；对输入数据的容错性进行了改革，提高了结构工程师的工作效率。桥梁博士软件其实用性很强、自动化程度较高、可操作性也很好，很好的提高了桥梁结构的设计能力。其在公路工程、铁路工程部门的设计院及研究所中被广泛采用。MIDAS/Civil是通用的空间有限单元法分析软件，可适用于建筑工程、桥梁工程、地下工程、民航工程、港口及大坝等结构的设计计算中。尤其是用于桥梁工程时，MIDAS/Civil可结合国内的最新规范以及工程习惯，在前处理、建模、后处理等各个方面提供了较多的实用功能，目前在各本科、研究生教育中及各大设计院、研究所中得到广泛推广。在桥梁结构的整个发展过程中，BIM软件可以把原本的平面结构设计改为立体结构设计，从而可以使得整个桥梁的建设施工过程更加的简单，同时也能够增快桥梁的运行效率，很好的解决了公路及铁路的交通问题。对于桥梁结构的设计师来说，在桥梁结构设计初期阶段，采用BIM软件，设计师们能够掌握桥梁结构在其实际的施工过程中可能遇到的问题，并针对这些问题预先采用合理的方法进行解决，进一步确保桥梁结构的施工速度，减少施工过程中各种资源和材料的浪费。由于我国桥梁工程数量非常多，若采用先进的BIM软件及其技术，能够很好的帮助设计师们更好的设计桥梁模型，优化桥梁的各种设计方案，从而可以有效保证桥梁工程的总体施工质量。4　结语近些年来，桥梁结构分析与设计计算中可选择的有限元分析软件较多，其中在各大土木工程桥梁专业本科及研究生教育领域、各大公路工程及铁路工程部门设计院、研究所中采用较多的是桥梁博士与MIDAS/Civil，目前随着BIM技术的突飞猛进，其在桥梁结构设计领域中的应用也越来越广泛。参考文献：[1]蔺鹏臻,刘世忠.桥梁结构有限元分析[M].北京:科学出版社,2008.[2]羊日华,王新忠,黄国平.有限元分析软件MIDAS在桥梁工程课程设计教学中的应用[J].河北:教育教学论坛,2016.[3]刘延宏.BIM技术在铁路桥梁建设中的应用[J].铁路技术创新,2015.[4]沈典栋.大跨径预应力混凝土连续梁桥施工预拱度控制研究[D].武汉理工大学,2003作者简介：秦爱红（1981.09-），女，汉族，现任教于青岛理工大学琴岛学院土木工程系，主要从事土木工程专业桥梁方向的研究。130

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