大型城市雕塑中的模態分析是什么?

2019年09月23日 作者:博仟雕塑公司

抽象大型城市鑄銅雕塑

大型城市雕塑中的模態分析在結構的地震作用確定過程中是必不可少的一個環節,用于確定結構的自振特性,即結構的固有頻率和振型。

結構的固有頻率和振型是結構本身所固有的極其重要的力學性能,將直接影響到風和地震這兩類動力荷載作用于結構自身的效應,反過來,它們又是衡量一個結構質量和剛度是否合理的重要指標。模態分析的實質是一種坐標轉換,其目的在于把原物理坐標系統中描述響應的向量,放到所謂的“模態坐標系統”中來描述這一坐標系統的每一個基向量是振動系統的一個特征向量。

運用這一坐標系的好處是:利用各特征向量之間的正交性,可使描述響應向量的各個坐標互相獨立而無耦合,也就是根據結構的振動方程可得到的兩個不同頻率所屬的固有振型之間是正交關系,這樣就可單獨得到每一振型對響應所作的貢獻,為以后的振型組合提供了理論依據。因此,模態分析的關鍵在于得到振動系統的特征向量。

SAP2000提供了兩種模態分析的方法,比較而言由于Ruz法求得的特征向量均與荷載有關,因此避免了不參與動態響應對結構精度沒有幫助的振型的計算。本章采用SAP2000進行地震作用分析,模態分析選用Rit向量法。

分析結果表明:結構的低階振型主要表現為以手臂振動為主的局部振動,它們的振動頻率遠小于結構整體振動的頻率,是結構的軟弱部分,結構整體振動模態從第7階開始,表現為結構整體沿Y向振動,自振周期為0.97571s;第21階振型表現為結構的整體扭轉振動,自振周期為0.72085s;第26階振型開始表現為結構整體沿X向的振動,自振周期為0.59670s。

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