桥梁三维有限元模型建模技术研究

(交通运输部公路科学研究所，北京 100088)

引言

对照计算机软硬件技术的发展，在桥梁结构设计中，越来越重视桥梁三维模型的建立，桥梁三维模型既可用于显示桥梁设计细节，也可用来直接进行力学分析和形成2D施工设计图。相对平面模型而言，桥梁结构的实体单元模型可以更精确地模拟桥梁实际受力状态，随着计算机计算性能的逐步提高，实体有限元模型将会逐步应用到桥梁结构设计分析中[1-2]。

空间有限元模型的建模更加复杂，GQJS系统是在桥梁设计基本参数基础上，建立桥梁三维有限元模型。混凝土桥梁采用12节点实体单元，钢箱梁桥梁采用板壳单元，钢筋、拉索及支撑采用杆单元等。对于钢筋混凝土和预应力混凝土结构，钢筋采用空间杆单元，按实际位置建立有限元模型，钢筋坐标位置和单元节点编号相对独立，计算时钢筋与主结构之间通过位移协调关系参与结构受力。

三维有限元结构的建模与显示是分不开的，GQJS系统基于OpenGL图形库函数采用面相对象语言C#开发图形显示平台，可以实时浏览和查询三维有限元模型及单元信息数据。OpenGL是一个性能卓越的三维图形标准，具有使用简便，功能强度等特点[3-4]，它是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。目前，包括Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品，其……