WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«OPERATIONAL MODAL ANALYSIS OF SPORT ARENA STAND STRUCTURE Zhivaev A.A., Boldyrev G.G. ABSTRACT This paper presents the results of ...»

OPERATIONAL MODAL ANALYSIS OF SPORT ARENA STAND

STRUCTURE

Zhivaev A.A., Boldyrev G.G.

ABSTRACT

This paper presents the results of theoretical and experimental investigations

of reinforced ice arena stand structure by means of operational modal analysis. As

a part of experimental study acceleration measurements of stand structure

vibrations caused by natural oscillations were made. While measuring the

reference point acceleration of the stand structure triaxial accelerometers were used. As a result of this study two first forms of acceleration with corresponding frequencies were identified by means of the program ARTeMIS Extractor. The natural frequencies identification of a stand section along one of the axis of the structure was made using SSI method.

Theoretical researches were carried out using finite elements method by means of Ansys 11 program. In order to calculate dynamic properties of the stand the behavior of beams along with stand details was investigated.

When estimating the response behavior of the stand structure towards natural vibration it was found that the initial natural frequency of vertical oscillations is higher than 6 Hz, that does not restrict usage of the constructions mentioned for different purposes according to frequency response criterion.

Keywords: Operational, Modal, Analysis Zhivaev A.A. Penza State University of Architecture and Construction, Penza, Russia,E-mail:zhivaev@geoteck.ru Boldyrev G.G. Penza State University of Architecture and Construction, Penza, Russia, E-mail: g-boldyrev@geoteck.ru

1. Состав конструкций Здание ледовой арены имеет в плане размеры 148,2х88,2 м (рис. 1 а,б).

Отметка верха покрытия +19,35 м. Каркас здания состоит из железобетонных колонн, шарнирно-опертых на них металлических ферм пролетом от 31 до 78 м, железобетонных балок подтрибунного пространства, плит перекрытий в монолитном и сборном исполнениях. Пространственная жесткость каркаса обеспечивается вертикальными связями по колоннам, диафрагмами жесткости, вертикальными и горизонтальными связями по фермам покрытия и распорками.

(б) (а) Рис. 1. Общий вид здания (а) и стальные фермы конструкции покрытия (б) Конструкция трибун представляет собой плитно-стержневую систему, состоящую из сборных железобетонных колонн, балок, трибунных элементов и плит перекрытия. Пролет балок трибуны находится в диапазоне от 5,5 м до 12 м, пролет трибунных элементов находится в диапазоне от 1 м до 12 м.

2. Методика исследований При проведении исследований авторы данной работы руководствовались временными рекомендациями по оценке и проектированию конструкции трибун [1]. Согласно указанному нормативному документу мощная динамическая нагрузка может возникать в процессе поп концертов, когда толпа людей совершает ритмичные движения (прыжки, отстукивание ритма) в такт музыке. Кроме того, толпа может действовать ритмично при проведении спортивных мероприятий, когда люди прыгают на трибуне, качаются, аплодируют. Такое событие, как внезапное вскакивание с места с последующим возвратом на место, может вызывать динамические нагрузки. При проведении различных мероприятий толпа людей способна создавать вертикальные и горизонтальные динамические нагрузки.

На трибуны может воздействовать вертикальная динамическая нагрузка от толпы людей:

в частотном диапазоне 1,5-3,5 Гц для малой группы людей;





в частотном диапазоне 1,5-2,8 Гц для большей группы людей.

Горизонтальное воздействие от толпы людей может возникать в диапазоне частот 0,7-0,9 Гц.

Согласно нормативным требованиям [1], конструкция трибуны удовлетворяет требованиям динамической комфортности и прочности если наименьшая частота собственных вертикальных колебаний составляет не менее 3,5 Гц (для спортивных мероприятий) и 6 Гц (для проведения всех видов мероприятий). Минимальная частота горизонтальных колебаний ограничивается величиной в 3 Гц.

Для сравнения частот собственных колебаний конструкций трибуны с допустимыми частотами была разработана методика идентификации собственных частот колебаний конструкций.

Методика включает три этапа:

2. Предварительные аналитические работы.

3. Полевые работы.

4. Камеральные работы.

Методика исследований включает поиск наиболее эффективных методов идентификации динамических характеристик в виде частот собственных колебаний, форм колебаний и соответствующие коэффициенты демпфирования.

Для измерения ускорения колебаний конструкций трибуны трехкомпонентные акселерометры устанавливались на поверхности покрытия трибуны и крепились при помощи двухкомпонентного клея «холодная сварка». Регистрация отклика точек конструкции выполнялась в течение 30 минут в каждом измерении.

Для анализа выбирались участки данных измерений с наибольшими ускорениями колебаний. Выбранные данные применялись для идентификации частот собственных колебаний и для модального анализа методом SSI [3]. Авторы полагают, что для идентификации частоты собственных колебаний одного из элементов конструкции (железобетонная несущая балка) трибуны достаточно использовать показания одного акселерометра, размещаемый в середине пролета несущих балок.

Для идентифицикации частоты колебаний необходимо определить формы колебаний, получаемые в результате модального анализа. Однако модальный анализ является трудоемкой процедурой, т.к. возникает необходимость формирования сенсорной сети из акселерометрова на конструкции трибун. Если количество акселерометров меньше, чем число узлов сети, то выполнить модальный анализ можно только при выполнении нескольких сеансов измерений для одной и той же конструкции. При этом часть датчиков во всех сеансах измерений остается неподвижной (reference sensors), а часть датчиков приходится перемещать по конструкции (moving sensors). Указанное обстоятельство увеличивает время проведения исследований для одной конструкции. Так как конструкция трибуны состоит из однотипных повторяющихся сборных железобетонных элементов, то целесообразно выполнить модальный анализ только для одного из типовых фрагментов конструкции трибун, который включает сборную железобетонную балку и покрытие (рис. 2). Динамические характеристики типовых фрагментов будут иметь схожие величины.

В данной работе модальный анализ выполнен для одного фрагмента трибуны с наибольшими пролетами балок и покрытия трибуны. Для остальных фрагментов трибуны была выполнена идентификация частот собственных колебаний. Идентифицированные частоты исследованных фрагментов трибуны сравнивались с допустимой величиной.

Ниже представлен пример применения методики для одного типового фрагмента трибуны.

3. Модальный анализ фрагмента трибуны Модальный анализ был выполнен методом конечных элементов для фрагмента трибуны, который показан на рис. 2 жирными пунктирными линиями. Этот фрагмент характеризуется наибольшим пролетом трибунных элементов.

–  –  –

Численный расчета был выполнен с использованием программы ANSYS 11.0 Workbench [2]. Для вычисления динамических характеристик трибуны была рассмотрена работа балок трибуны совместно с трибунными элементами покрытия. Колонны и плиты перекрытия в расчете не рассматривались.

Согласно документации для трибунных балок и трибунных элементов использованы следующие материалы (параметры арматуры не приведены, т.к.

арматура в модели не рассматривалась как отдельный конструктивный элемент):

бетон для трибунных балок и элементов марки B30. Начальный модуль упругости Eb 32,5 ГПа, коэффициент Пуассона 0,18, плотность 2500 кг/м3;

сталь для арматуры и закладных деталей с модулем упругости Eb 206 ГПа, коэффициент Пуассона 0,3, плотность 7850 кг/м3.

Модель, составленная в ANSYS, содержит следующие типы конечных элементов: SOLID186, CONTA174, TARGE170. Для моделирования трибунных элементов, балок трибун, закладных деталей применен конечный элемент SOLID186. Для моделирования контактов между элементами конструкций применены конечные элементы CONTA174 и TARGE170.

В результате расчета были получены две первых частоты собственных колебаний 9,3 Гц и 16,2 Гц. Соответствующие формы колебаний показаны на рис. Ошибка! Источник ссылки не найден. и Ошибка! Источник ссылки не найден. совместно с экспериментально полученными формами колебаний.

4. Экспериментальный модальный анализ фрагмента трибуны Для рассматриваемого фрагмента трибуны (рис. 2) был выполнен модальный анализ методами FDD и SSI с использованием программы ARTeMIS Extractor [3].

В эксперименте было использовано 4 акселерометра, один трехкомпонентный и три однокомпонентных датчика В ходе эксперимента трехкомпонентный акселерометр являлся опорным и не передвигался на другие точки измерений. Однокомпонентные акселерометры перемещались в различные точки измерений. Всего для фрагмента трибуны было выполнено 4 сеанса измерений. Для объединения данных различных сеансов измерений применен алгоритм из работы [4].

В результате анализа были идентифицированы две первые формы колебания с соответствующими частотами при помощи программы ARTeMIS Extractor.

Степень схожести двух форм колебаний принято выражать MAC критерием (modal assurance criterion) [5], который вычисляется по следующей формуле:

{ A}T { B } MAC, ({ A}T { A})({ B }T { B })

–  –  –

Из таблицы 1 видно, что формы колебаний, полученные различными экспериментальными методами близки друг к другу. На рис. 3,4 показаны первая и вторая формы колебаний, полученные из экспериментальных данных и из конечно-элементной модели.

–  –  –

5. Идентификация частот собственных колебаний Идентификация частот собственных колебаний фрагмента трибуны была выполнена методом SSI [3]. Найденный спектр частот показан на рис. 5.

Рис. 5. Отклик фрагмента трибуны Первая собственная частота колебаний составляет 9,92 Гц, коэффициент демпфирования 0,124. Зафиксирована гармоника на частоте 11,77 Гц.

Заключение В результате измерений отклика трибунных конструкций от естественного уровня вибрации выявлено, что первая собственная частота вертикальных колебаний исследованных конструкций выше 6 Гц, что не ограничивает эксплуатацию указанных конструкций для различных мероприятий по частотному критерию [1], в том числе спортивных мероприятий и концертов. Однако следует иметь ввиду, что метод, примененный в данной работе гарантируют безопасную эксплуатацию исследованных конструкций при нормативном воздействии на них нагрузок от людей (зрителей), и не гарантирует безопасной эксплуатации исследованных конструкций от неравномерной осадки фундаментов колонн, перегрузки конструкции трибуны свыше нормативных нагрузок и иных факторов.

Литература

1. Dougill, J. W., Blakeborough, A., Cooper, P., Doran, S. M., Ellis, B., Everall, P. F., Ji, T., Levison, J., Maguire, J., Moreley, S., Otlet, M., Parke, G. A. R., Parkhouse, G., Pavic, A., Railton, L., Reid, W., Westbury, P., Willford, M. and Wright, J. (2001). Dynamic performance requirements for permanent grandstands subject to crowd action, Interim Guidance on Assessment and Design. The Institution of Structural Engineers, London, pp. 1-22.

2. ANSYS, Inc. Simulation Driven Product Development. www.ansys.com.

3. Structural vibration solutions A/S. Software for operational modal analysis.

URL: http://www.svibs.com.

4. Dhler M., P. Andersen, L. Mevel Data Merging for Multi-Setup Operational Modal Analysis with Data-Dirven SSI. Proceedings of the 28th International Modal Analysis Conference (IMAC) Jacksonville, 2010. Florida, USA – 10 p.

5. Rades, M. Mechanical Vibrations II. Structural Dynamic Modeling.




Похожие работы:

«Урок 12 Русский язык Страница 1 — Какая это улица? — Это Бродвей. Урок 12 Русский язык Страница 2 — Какая это река? — Как_ это музей? — Это Нева. — Это "Эрмитаж". —Как_ это мост? — Как_ это магазин? — Это Аничков мост. — Это "Гостиный двор". — Как_ это станция? — Как_ это место? — Это станция "Москов— Это Стрелка Васильская". евского острова....»

«Величие Прабхупады Сатсварупа дас Госвами Книга рекомендуется к изучению Вайшнавским институтом высшего образования во Вриндаване. Содержание I. Оценка роли Шрилы Прабхупады в парампаре 5 2. Как мы можем удовлетворить Шрилу Прабхупаду 12 3. От...»

«Interswift 6600 Не содержащее оловоорганических соединений противообрастающее покрытие ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА Запатентованное не содержащее оловоорганических соединений самополирующееся противообрастающее покрытие на основе уникальной технологии акрилатов меди. НАЗНАЧЕНИЕ Применяется в судостроении и судоремонте. И...»

«УТВЕРЖДЕНО Решение Комиссии Таможенного союза 18.11.2010 № 317 (в редакции решения Комиссии Таможенного союза 18.11.2010 № 455) Единые формы ветеринарных сертификатов (в ред. Решений Комиссии Таможенного союза от...»

«ОЦЕНКА БЕЗУБЫТОЧНОСТИ, ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВН. http://www.economy.nayka.com.ua/?op=1&z=1882 Електронне наукове фахове видання Ефективна економіка включено до переліку наукових фахових видань України з питань економіки (Наказ Міністерства освіти і науки Укр...»

«" ^.(СОГЛАСОВАНО ^^уководигель ГЦИ СИ ВНИИМС В. Н. Яншин /J М 2005 г. ' У jJA& i4 " Внесены в Государственный реестр средств Весы подвесные измерений л NT Регистрационный.O S _ Выпускаются по технической документации фирмы "Bizerba", Германия. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ...»

«его исследований природы Ростовского уезда (Приложение). Документы архива Государственного музея-заповедника "Ростовский кремль" (ГМЗРК) дают некоторые сведения о биографии М. П. Ильина. Михаил Петрович Ильин ро...»

«сообщения объединенного института ядерных исследований дубна РЮ-86 613 А.В.Беляев, Н.Г.Симонова, С.К.Слепнев, Ю.И.Сусов АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ КАРЕТКАМИ И ФПУ НА HPD (с) Объединенный институт ядерны...»

«Красный грузовик серого цвета / Sivi kamion crvene boje Сербия и Черногория / Словения / Германия, 2004, 95 мин. Автор сценария и режиссер: Срджан Кольевич Оператор: Горан Воларевич Монтаж: Марко Глусач Композ...»

«§ 1.1. Фотоэффект. Под фотоэффектом понимают изменение состояния электронов в веществе под действием света (электромагнитного излучения). Различают внутренний и на внешний фотоэффекты. Явление внутреннего фотоэффекта проявляется в полупроводниках, в некоторых...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.