结构简单的桁架桥如何安全有效传力？

在人类文明的长河中，桥梁作为连接彼岸的纽带，不仅承载着交通的重任，更是科技与艺术的结晶。

桁架桥是一种以桁架为主要承重构件的桥梁，由主桁架、上下水平纵向联结系、桥门架、中间横撑架和桥面系组成，结构简单，受力明确（桁架杆件主要承受轴向力）。此类桥梁因节省材料、施工便捷、适用性强、便于进行力学计算等优势，广泛应用于铁路和高速公路等工程建筑领域。

‌当你驱车或漫步于这座宏伟的桥梁之上，‌是否曾好奇，‌这些看似简单却能承受巨大重量的结构，其安全性是如何得到保障的？

‌答案就隐藏在CAE仿真之中。

仿真，‌如同桥梁工程师的“超能力”，‌能够在桥梁动工之前，‌通过计算机模拟其承受风力、‌地震、‌车辆荷载等各种复杂条件下的表现，‌预测潜在的结构问题，‌从而优化设计，‌确保每一座桥梁都能安全、‌高效地服务于社会。

使用伏图（Simdroid）平台，可以对桁架桥的受力和变形分布详细分析，并模拟实际运行工况下的受力响应情况。

一、桁架桥结构受力仿真分析APP应用介绍

基于伏图的隐式结构分析功能，可以方便快捷地建立桁架桥受力分析的仿真流程，并且通过内置的APP开发器，以鼠标拖拽的方式将参数化仿真模型及仿真流程封装为可复用的仿真APP，可大幅提高同系桥梁的建模和分析效率。

本文以下承载式六跨桁架桥为例，开发了桁架桥的结构受力仿真分析APP。工程师无需具备专业的CAE仿真建模知识，只需要进行参数修改和提交计算，就可以实现不同桥梁设计方案的受力分析计算和对比评估，从而掌握当前设计方案的桥梁性能，并指导后续设计方案的优化。（可登陆Simapps网站，搜索APP关键词，在线体验此仿真APP）。

通过该APP可实现：

1) 调整桁架桥尺寸参数，考察不同设计参数下的轴力变化和桥梁变形情况；

2) 调整矩形管截面参数，考察不同截面参数对于桥梁变形的影响；

3) 调整材料参数，考察不同材料对于桥梁变形的影响。

二、桁架桥结构受力仿真分析APP的建模注意事项

1. 关于单元类型的选择

梁单元和杆单元这两种单元类型都可用于模拟细长结构（一个方向上的尺度远大于另外两个方向上的尺度），且它们都有两个节点。但是杆单元的节点只有三个方向的平动自由度，而梁单元的节点既有三个平动自由度，还有三个方向上的转动自由度。因此，杆单元只能承受拉压力，而梁单元还能承受弯矩。

工程中常见的桁架桥，各个杆件之间往往通过焊接、螺接、铆接等方式进行连接。这种连接方式能够传递弯矩，因此选用梁单元模拟更贴合实际情况。又因为桁架杆件主要承受拉压力，所以这里可以忽略梁单元剪切效应，最终选择欧拉梁。

2. 关于梁截面方向的指定

我们采用梁单元搭建模型时，忽略了其截面，但实际上杆件在空间内的装配姿态是确定的，指定梁截面方向就是用于规定梁单元装配姿态的。我们创建的直线模型其实已经确定了一个轴线方向，径向的截面形状大小是通过截面定义来完成的。而我们在定义这个截面的时候是在一个直角坐标系中进行的，这个直角坐标系有两个轴（1轴和2轴）。在指定梁截面方向的时候，指定的就是1轴的方向，这样再结合轴线方向，就完成了梁单元空间姿态的定义。

梁截面定义

三、仿真APP赋能千行百业

相较于传统CAE仿真软件，基于伏图开发的仿真APP更加灵活易用，用户可以零门槛低成本、跨平台跨终端随时随地访问云平台进行仿真分析工作，提升产品研发效率。欢迎访问工业仿真APP商店Simapps，在线体验面向各种产品和场景的仿真APP。

四、关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。（可登陆Simapps网站，申请试用仿真工具Simdroid）