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关于大型城市雕塑的结构、模态分析

2021-11-09

大型城市雕塑想要在恶劣环境下承受住不同程度的影响,需要做好相关的分析和工作,具体有哪些呢?下面一起随广西城市雕塑小编来看下:


大型城市雕塑


(一)结构模型简介


大型城市雕塑强度及刚度分析 将实际的梁、柱及钢混凝土复合墙板分别按三维梁单元、板壳单元建模。共有梁柱单元3194个,墙板单元7273个,计算未知量达46092个,在结构底部即莲花座顶处施加约来,本结构的外部荷载及结构自重通过刚架和钢混凝土复合墙板传给下部基础。


(二)刚度验算


1.各荷载组合工况下结构的位移


(1)荷载组合工况1作用下的位移


(2)荷载组合工况2作用下的位移


(3)荷载组合工况3作用下的位移


(4)荷载组合工况4作用下的位移


在荷载工况4作用下,肩膀处发生zui大位移为101mm(-Y向),位移与高度之比为1:318.8。可见该结构偏柔符合超大高宽比结构的特征。


(三)强度分析


1.各荷载工况下钢框架杆件的zui大应力比


由杆件的计算应力比可知,zui大应力比为0.91,大多数杆件的应力比在0.10~0.5之间。说明结构具有足够的安全储备。


(四)大型城市雕塑中的模态分析


大型城市雕塑中的模态分析在结构的地震作用确定过程中是必不可少的一个环节,用于确定结构的自振特性,即结构的固有频率和振型。


结构的固有频率和振型是结构本身所固有的极其重要的力学性能,将直接影响到风和地震这两类动力荷载作用于结构自身的效应,反过来,它们又是衡量一个结构质量和刚度是否合理的重要指标。模态分析的实质是一种坐标转换,其目的在于把原物理坐标系统中描述响应的向量,放到所谓的“模态坐标系统”中来描述这一坐标系统的每一个基向量是振动系统的一个特征向量。


运用这一坐标系的好处是:利用各特征向量之间的正交性,可使描述响应向量的各个坐标互相独立而无耦合,也就是根据结构的振动方程可得到的两个不同频率所属的固有振型之间是正交关系,这样就可单独得到每一振型对响应所作的贡献,为以后的振型组合提供了理论依据。因此,模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量。


SAP2000提供了两种模态分析的方法,比较而言由于Ruz法求得的特征向量均与荷载有关,因此避免了不参与动态响应对结构精度没有帮助的振型的计算。本章采用SAP2000进行地震作用分析,模态分析选用Rit向量法。


分析结果表明:结构的低阶振型主要表现为以手臂振动为主的局部振动,它们的振动频率远小于结构整体振动的频率,是结构的软弱部分,结构整体振动模态从第7阶开始,表现为结构整体沿Y向振动,自振周期为0.97571s;第21阶振型表现为结构的整体扭转振动,自振周期为0.72085s;第26阶振型开始表现为结构整体沿X向的振动,自振周期为0.59670s。

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