晁新強(qiáng)

摘要：應(yīng)用Midas軟件，通過對弧形鋼管雕塑模型的建立，對其進(jìn)行了受力分析及驗算，根據(jù)分析結(jié)果對局部做了適當(dāng)加強(qiáng)，可為類似結(jié)構(gòu)有限元分析提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：Midas 弧形鋼管雕塑 有限元分析

1 工程概況

本鋼管雕塑屬于景觀構(gòu)筑物，位于盤錦市遼河口生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)興遼路-紅海灘大橋東西端兩側(cè)。構(gòu)筑物以風(fēng)帆造型的抽象化藝術(shù)處理為總體輪廓，表面肌理以遼河三角洲濕地植物——蘆葦為裝飾元素，予以藝術(shù)提煉。共計4組，每組形式、尺寸均相同，分別位于紅海灘大橋12、30號橋墩兩側(cè)，互為鏡像關(guān)系。主體結(jié)構(gòu)采用Q235B鋼管，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)?？偢叨燃s38m，下部支點最大跨度約12.3m。建筑效果如圖1所示。

2 模型建立及分析結(jié)果

2.1 主體鋼管結(jié)構(gòu)建模

首先對建筑提供的cad圖進(jìn)行簡化處理，把表面裝飾桿件及裝飾面板去除，分別手算作為恒載輸入模型。同時根據(jù)各個管件中心交叉點的坐標(biāo)建立3維cad模型，確認(rèn)無誤后利用Midas/gen的導(dǎo)入功能導(dǎo)入Midas中。導(dǎo)入時注意cad模型和Midas模型坐標(biāo)系及單位的統(tǒng)一。鋼管雕塑的各個構(gòu)件均采用梁單元模擬，其中部分單元需要釋放端部約束以便更好地反映真實情況。模型共采用節(jié)點188個，梁單元222個。豎向主管件采用鋼管P900x25（下段）及P900x20（上段），水平管件及下部斜撐采用鋼管P600x16邊界條件為：下部各桿件均假設(shè)嵌固于基礎(chǔ)中，即固端約束，如圖2所示。

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圖1 整體立面 圖2 主體結(jié)構(gòu)空間有限元模型

2.2 計算中所采用荷載及參數(shù)

恒載：管件自重按照程序默認(rèn)的方式計算，表面裝飾桿件及面板重量經(jīng)手動計算后折算成線荷載在各個水平管上輸入。

活載：取規(guī)范活荷載0.5kN/m2和按照當(dāng)?shù)貧庀髼l件

計算的雪載及考慮裹冰情況的較不利值輸入。

風(fēng)載：分別按照X及Y向輸入，考慮到本雕塑位于河谷，故對風(fēng)荷載做了適當(dāng)加大。其他參數(shù)按照勘察報告提供數(shù)據(jù)輸入。

2.3 計算結(jié)果

①位移：荷載組合作用下的位移見圖3。由圖3及數(shù)據(jù)可看出，頂部最大位移為276mm。滿足《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》1/75的要求。

②各工況下組合應(yīng)力最大值如圖4所示，可以看出柱為主受力構(gòu)件，但應(yīng)力最大處并不在柱底，而在柱子中部和上部，故柱子變截面位置應(yīng)避開應(yīng)力最大處。同時可以看出離得最近的兩根柱子應(yīng)力值較大故在設(shè)計時做了適當(dāng)加強(qiáng)（內(nèi)部灌了一定高度的混凝土）。水平桿件和斜撐應(yīng)力比較符合預(yù)期，同時也均滿足規(guī)范要求。

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2.4 屈曲分析

由于本工程柱子為空間傾斜且為弧形，為了了解整體在恒活及風(fēng)荷載下的穩(wěn)定性，故又進(jìn)行了整體鋼架的屈曲分析。屈曲分析時以恒、活、風(fēng)載為初始荷載，結(jié)果如表所示：

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可以看出，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有較高的儲備，滿足要求。

3 結(jié)論

由于本工程空間造型復(fù)雜，無法通過常規(guī)的軟件進(jìn)行分析，故采用了Midas/gen有限軟件進(jìn)行了建模和分析。通過分析表明，風(fēng)荷載為主要控制工況，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定均滿足要求，并根據(jù)分析結(jié)果對有針對性的對受力較大的兩根柱子加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB5007-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.

[2]GB50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.

[3]杜振華，鐘光忠，胡華萬.MIDAS在鋼混組合截面計算中的應(yīng)用[J].四川建筑，2010（01）.