1。3 通用有限元软件的介绍

上面提到了很多有限元软件，这里就对此做一些详细的介绍。有限元软件是利用 有限元分析方法快速发展起来的一类软件。国外的有限元软件还是挺多的。目前流行

的主要软件有 ANSYS,ABAQUS,ADINA 和 MIDAS 等[9]。国内在这方面的软件还不是很成 熟，但是很多软件在某一些方面还是取得了很大的突破，发挥了不小的作用。

ANSYS 是一种功能强大的有限元分析软件，它集静力学，流体，热场，磁场和结 构等研究为一体，具有极其强大的求解和优化功能。ABAQUS 涉及从简单到复杂的材 料性能的研究，它包括极其丰富的材料模拟库，可以模拟工程上各种材料性能。ADINA 是近几年来发展最为迅猛的有限元软件，由于其自身所独特的计算理论，独创了很多 计算方法，已经越来越被科学家们所青睐。而 MIDAS 这款有限元软件，由于它和 NASA 有着特别的关系，所以多被用于航天领域，它的求解效率甚至比 ANSYS 还要高[6]。 1。4 本文主要研究内容

本论文主要对跨径为 48m 的下承式钢桁架桥梁的安全性能的分析和经济性能的 优化，其中的主要内容有以下三点：

（1）对于 48m 的下承式钢桁架桥，计算该结构的一些主要参数，并用传统的力学 理论计算方法求得各杆件的内力和最大挠度，从而为与有限元分析的数据作比较。

（2）利用三维软件 Solidworks 建立模型，并把全桥仿真模型导入到 Workbench 中进行有限元分析，对桥梁的进行静力学分析，模态分析和疲劳分析，并将得到的结 果与力学理论计算结果作比较并进行分析。

（3）为了使桥梁的结构更经济，总费用更节约，在满足安全性能的前提下，对钢 桁架桥梁进行形状拓扑优化，并对优化后的模型进行静力学分析，与优化前的计算结 果作对比，分析两者的对比结果。

第二章 钢桁架桥力学计算和三维建模

2。1 钢桁架桥梁的基本介绍

对于桥梁，有三点是最基本的要求。第一，桥梁的强度对人身安全有着重大意义， 所以桥梁除了总质量要轻以外，还要有一定的机械强度。第二，所投入使用的桥梁的 占用空间肯定要尽可能的小，这样才会有更多的空间留给车辆通行。第三，要便于安 装制造。

桥梁杆件的联结方式、截面选择和杆件搭建倾斜的角度都是门学问。由于销接结 构会日久生锈，转动不灵，精度难以保证，早已淘汰。实际桁架桥中大都通过刚性连 接，节点联结方式广泛采用铆钉连接。而在钢桁架桥结构中，大部分构件是由钢板焊 接成的工字梁截面。一般斜杠的的水平倾角设置在 45~ 55比较经济。对于高强度螺 栓的选择也需要视情况而定，高强度螺栓大致有三种，分别是高强度螺栓摩擦型连接， 高强度螺栓承压型连接和承受拉力的高强度螺栓。结合实际中的应用，目前来看，第 一种性能的高强螺栓应用的最多。

由于现实中钢桁架桥梁比较的多，且研究起来比较有针对性，相对容易研究其力 学性能，所以本论文就是对钢桁架桥梁进行一些力学分析及优化改进，图 2-1 就是比 较常见钢桁架桥梁：

图 2-1 64m 下承式钢桁架桥

简支钢桁架桥结构比较简单，制造安装相对方便，适用于小跨径桥梁。随着跨径 不断增大，桁架高度就会不断增高，经济效益就会降低。一般跨径在 100m 以上的钢 桁架桥采用悬臂结构或者连续桁架，这种结构在节点处会产生负弯矩，用钢量变少， 但是结构稍复杂。

钢桁架桥梁一般由主桁，上平纵联，下平纵联，桥面系和桥门架等组成[1]。其中 下弦杆、上弦杆和竖杆构成主桁架，它的作用是将载荷传递给墩台并且主要承受竖向 的载荷。联结系一般分为上平纵联和下平纵联。主要的作用就是配合主桁架一起稳定 结构，增强稳定性并且承受横向载荷以免桥梁剧烈晃动。当然，桥面系是桥梁必不可 少的一部分，横梁，纵梁和他们之间的联结系一般构成了桥面系，但是本文主要针对 刚桁架杆件的力学性能的分析，对桥面上的支撑板等不做研究，所以在建模时可以考 虑不计。