基于ANSYS的單跨簡支梁鋼橋的諧響應分析

王冬麗+袁朝慶

摘要：本文簡述了橋梁健康監測的目的和意義。為研究結構的橋梁健康監測的問題，首先，在ANSYS的有限元理論和實驗室實驗基礎上，建立了應對實驗室模型的有限元模型，用ANSYS軟件進行模擬。通過向中跨中加瞬時激力，對不同的鋼橋損傷模型做和諧響應分析，揭示了頻率振幅圖，從這些圖可以發現“峰值”反應。我們可以識別不同的傷比較索引值和變化的速度。

Abstract： The purpose and meaning of bridge health monitoring is sketched in this paper. In order to study the bridge health monitoring problems， first of all， a finite element model for simply supported steel beam is set up on the basis of the Finite Element Theory and the software ANSYS in response to laboratory experient. ANSYS software is used for simulation. Through adding instantaneous excitation to the mid-span， Harmony Response analysis are done for different steel bridge damage models， to reveal the frequency amplitude diagrams， from which we can find the "peak" response. We can identify the different injury by comparing the index value and the rate of change.

關鍵詞：健康監測；和諧響應分析；響應；識別損傷

Key words： health monitoring；harmony response analysis；response；damage location

中圖分類號：U441+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0131-02

0 引言

橋梁是國家的生命線工程，是國家經濟發展必要的基礎設施，在生產和生活中占有非常重要的地位和作用。通過橋梁結構的健康監測，發現早期不安全隱患，采取橋梁修復措施，大大降低了橋梁養護和維修成本，避免最后因為頻繁檢修，必須關閉交通造成重大的經濟損失。總之，橋梁健康監測利國利民，具有十分重要的意義。基于當前橋梁建設[1]，本文在橋梁結構損傷識別方面做仿真研究。

1 建模和處理

簡支梁鋼橋：576×48×5mm，材料是鋼Q235，損傷的類型是截面削弱。使用ANSYS仿真建模，尺寸如圖1所示。點1、2、3、4按照測試通道位置，分別從左端點75mm，235mm，360mm，504mm；選擇中點F為加載點的；裂紋位置點W（參考：圖1），距離左邊點135mm。點1、2、3、4、F、W都位于模型表面的中線。

該模型采用三維實體建模，參數設置如下：

彈性模量：2.01e11pa，泊松比：0.3，質量密度：7800kg/m3。

在裂縫的部分將網格加密。左節點的極限位移全自由度方向，右端限制UY方向上的位移。分別建立了三個不同損傷的仿真模型：第一個是無損梁，第二個有1mm寬、1mm深裂縫位于距離左端135mm處，第三個有3mm深的裂縫。創建的ANSYS模型圖如圖2、3。

2 ANSYS動態和諧響應分析

諧波響應分析是一個穩態響應技術，用于確定線性結構在承受載荷變化的正弦波形。負載輸入指定一個完整的諧波負載需要輸入三個信息：振幅：2N；相位角：0；強制頻率范圍：4～60Hz。諧響應分析結果見圖4～15。

3 結論

由表1，我們可以看到隨著損傷的增大，幅值變化程度隨之加大。通過振幅變化可以看出最大值在W位置裂縫處，說明可以識別損傷位置。另外，1位置距離損傷最近，與其他部位相比，振幅變化相對是最大的，符合實際損傷情況。由表2的變化率比值可以看出3毫米損傷梁是1毫米損傷梁幅值變化率5倍以上，我們可以判斷損傷程度。說明該方法可以判斷損傷位置和損傷程度。

參考文獻：

[1]胡廣書.數字信號處理-理論、算法與實現[M].北京：清華大學出版社，1997.

[2]劉昌領，陳建義，李清平，仇晨，羅曉蘭.基于ANSYS的六缸壓縮機曲軸模態分析及諧響應分析[J].流體機械，2012（08）.

[3]劉昌領，羅曉蘭.基于ANSYS的六缸壓縮機連桿模態分析及諧響應分析[J].機械設計與制造，2013（03）.