基于预应力索的塔楼结构非线性时程分析

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在结构体系中存在很多非线性现象。 为了在动力学分析中逼真地对其进行建模,开发了附加模块RF-DYNAM Pro - Nonlinear Time Histoey附加模块。 为了说明附加模块的工作原理,下面以一个例子说明该过程。

结构体系与初步研究

该结构体系是由管道截面RO 355.6 x 10和钢结构强度S235组成的塔架。 在塔的中部由两根预应力钢索支撑并固定在基础上。 绳索中的预应力达到100 kN。

K

在进行时程分析之前,先进行模态分析,分析动力学行为。 因为模态分析总是线性的,所以不考虑索的影响。 绳索由线性桁架代替。 RF-DYNAM Pro附加模块提供了更真实的模拟电缆行为的选项。 使用“自然振动工况”选项卡中的“刚度修改”功能。 此选项允许您更改用于确定特征值的几何刚度矩阵。 因此,对于该示例,可以通过导入相关荷载工况来考虑索的预应力。

考虑到预应力可以显着提高固有频率,而不考虑预应力,并且可以真实地显示结构的固有频率。 了解固有频率非常重要,可以转换阻尼,了解结构的行为。 两种调节模式形状的值如下:

特征向量编号:角频率ω[rad / s]固有频率f [Hz]有效模态质量系数[ - ]
112,9262.0570.281
681.31012.9410.345

输入RF-DYNAM Pro - 非线性时程分析

这里分析的情况是水平风荷载作用的大小为10 kN,作为塔上端的单个荷载。 在这个例子中大大简化了风的运动,并用瞬态时间图表示。

K

通过考虑“非线性时程分析”附加模块中的所有非线性,考虑了索的特性。 这包括在压力作用下索的失效以及预应力的影响。

在这种情况下选择“非线性隐式Newmark分析”。 对于该求解器,需要足够小的时间步长才能得到精确的结果。 为此目的,可以进行时间步长收敛研究。 对于这个例子,选择0.001s的时间步长。 较小的时间步长不会产生更精确的结果。

此外,绳索的预应力为“条件”。 该状态应为静止状态,即在整个时间过程中都存在预应力。

Lelier's阻尼测量值为0.02,假设为阻尼。 因为隐式Newmark分析需要定义Rayleigh阻尼,所以必须转换Lehr的阻尼。 在程序中通过定义两个控制模态形状的角频率来实现。 该公式如下:

${\mathrm D}_{\mathrm i}\;=\;\frac{\mathrm\alpha}{2\;\cdot\;{\mathrm\omega}_{\mathrm i}}\;+\;\frac{\mathrm\beta\;\cdot\;{\mathrm\omega}_{\mathrm i}}2$

结果评估

有很多功能可以评估结果。 一方面,结构体系的运动可以通过图形显示,既可以是每个保存的时间步长,也可以是动态包络线,也可以是时间过程中的动画。 另一方面可以使用时间进程监视器进行评估,可以选择任何节点或杆件,结果随时间变化。

对于塔架,顶部节点处的变形和加速度是有效的。 根据加速度可以另外确定均方根。 可以将这些结果与要求的值进行比较。

图片 01 - 系统

图片 04 - 时序图中的评估: 转变

预应力对绳索的轴向力有影响。 轴向力始终为87.7 kN。 因此,两根绳索始终保持在受拉区域,并且不会出现故障。

[THESIS.TITEL]

另一种选择是将结果导入荷载工况(导出单个时间步长的结果)或结果组合(导出动态包络线的结果)。 通过这些结果可以在设计模块中进一步验证。

关键词

时间历史,

参考

[1]   Manual RF-DYNAM Pro. Tiefenbach: Dlubal Software, October 2018.

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