Midas在鋼管雕塑分析中的應用

摘要：應用Midas軟件，通過對弧形鋼管雕塑模型的建立，對其進行了受力分析及驗算，根據分析結果對局部做了適當加強，可為類似結構有限元分析提供一些借鑒。

關鍵詞：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筑物，位于盤錦市遼河口生態經濟區興遼路-紅海灘大橋東西端兩側。構筑物以風帆造型的抽象化藝術處理為總體輪廓，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，互為鏡像關系。主體結構采用Q235B鋼管，基礎采用樁基礎。總高度約38m，下部支點最大跨度約12.3m。建筑效果如圖1所示。

2 模型建立及分析結果

2.1 主體鋼管結構建模

首先對建筑提供的cad圖進行簡化處理，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。同時根據各個管件中心交叉點的坐標建立3維cad模型，確認無誤后利用Midas/gen的導入功能導入Midas中。導入時注意cad模型和Midas模型坐標系及單位的統一。鋼管雕塑的各個構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：下部各桿件均假設嵌固于基礎中，即固端約束，如圖2所示。

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圖1 整體立面 圖2 主體結構空間有限元模型

2.2 計算中所采用荷載及參數

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

活載：取規范活荷載0.5kN/m2和按照當地氣象條件

計算的雪載及考慮裹冰情況的較不利值輸入。

風載：分別按照X及Y向輸入，考慮到本雕塑位于河谷，故對風荷載做了適當加大。其他參數按照勘察報告提供數據輸入。

2.3 計算結果

①位移：荷載組合作用下的位移見圖3。由圖3及數據可看出，頂部最大位移為276mm。滿足《高聳結構設計規范》1/75的要求。

②各工況下組合應力最大值如圖4所示，可以看出柱為主受力構件，但應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避開應力最大處。同時可以看出離得最近的兩根柱子應力值較大故在設計時做了適當加強（內部灌了一定高度的混凝土）。水平桿件和斜撐應力比較符合預期，同時也均滿足規范要求。

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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荷載下的穩定性，故又進行了整體鋼架的屈曲分析。屈曲分析時以恒、活、風載為初始荷載，結果如表所示：

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可以看出，結構穩定具有較高的儲備，滿足要求。

3 結論

由于本工程空間造型復雜，無法通過常規的軟件進行分析，故采用了Midas/gen有限軟件進行了建模和分析。通過分析表明，風荷載為主要控制工況，結構的強度剛度穩定均滿足要求，并根據分析結果對有針對性的對受力較大的兩根柱子加強。

參考文獻：

[1]GB5007-2003，鋼結構設計規范.

[2]GB50135-2006，高聳結構設計規范.

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