“哨兵”——一个会喷火的雕像
“哨兵”是一座位于英国伯明翰的16m高的雕塑，包括3个半型材铝合金喷火器喷向不同的方向，支承在一块钢的“水蒸气底板”上。它体现了喷火器奔放的动感，用来纪念附近的布朗维奇城堡工厂，英国大部分的战时喷火器产于这里。Manswell被指定来设计这座雕塑并利用LUSAS Civil&Structural来优化单元尺寸从而将艺术家Tim Tolkein的梦想变成现实。 Maunsell事先进行了讨论， 选择弯曲变T型截面来做水蒸气底板。雕塑的初始LUSAS三维模型提供了荷载效应的*初估计，选定了基本构件的尺寸。然后，建立了雕塑的更精确的三维和CAD模型，这为利用LUSAS进行更详尽的分析提供了重要保障。 超出设计标准 由于形状复杂、梁非常细柔，设计规范在此不能应用。因此，需要更详尽的LUSAS分析来确定结构单元间的复杂的相互作用及其受弯性能。同时，对结构精确的自然频率的分析也是必要的，以考察其在风荷载作用下的性能。
分 析 利用LUSAS Civil&Structural，在一个更详尽的三维薄板模型中，进行了静力、频率和受弯分析。这些分析可以帮助精细调整构便和板的尺寸，取得受弯模式和抗弯安全系数，同时，得到考察抗风性能所必需的自然频率，这些都是结构设计中需考虑的主要问题。 风 荷 载 自然频率的分析显示了结构需要加强的部位，同时，英国风荷载规范BS 6399可以用来做统计分析以确定风力的量值。BS 6399是必须采用的规范，对于结构静力分析来说，此规范要求分类因子Kf 一定要不大于零。当Kf 在0.1和0.2间变化时，这说明结构的动力效应还不是很大，此时静力分析仍然可以适用，但是要加上动力放大因子。当Kf 的值超过了2.0 ，结构的静力分析方法不再适用。Kf 取决于结构的自然频率。在使用BS 6399规范时，要求自然频率1.0以上。通过增加雕塑子框架的截面尺寸和在经过的底板间增加夹板等方法可增加结构刚度，直到结构的自然频率足够高为止（大约1.33Hz）。同时，选择采用螺栓连接，因为其阻尼性能要好于焊接连接。 屈曲分析 屈曲分析包括钢构件的局部应力计算，动态受弯效应的计算及相应的受弯特征值分析，它决定了结构在自重和风荷载下的抗弯能力。 由于结构的自重和风荷载的作用，需要进行结构特征值屈曲分析。LUSAS Civil & Structural 的图形输出可以容易的观察失效模态以及需要检查的薄弱环节。在*初的分析中，结构一阶屈曲模态出现在子框架中，结构的失稳因子在2.5以上。但是刚开始分析得到的频率小于1.0，因此又增加了子框架的截面尺寸，这样使得一阶屈曲模态转移到了分枝上。经过对基础截面的加厚和更多分支的相互连接，使得结构的自然频率增加到1.34Hz，而失稳因子增加到了3.5。
该项目的审核工程师Nick King说：“LUSAS Civil&Structural使得在预算紧张情况下的安全设计成为可能，如果没有象LUSAS这样的分析工具，在没有一点信心的情况下，我们很难完成这个项目。它的旋转、缩放、定义组、等值图、模态动画等功能，使得我们更容易的理解和观察结果。如果没有象LUSAS这样的分析工具，我们几乎不可能有把握我将它完成。” 他又补充道：“我们尽可能的细化结构分析，但没有进行完整的非线性屈曲分析和风洞测试。但如果有更多的时间和预算，这对减少子框架和夹板的尺寸无疑是有利的。如果做到这一点，那么我们就可以使用LUSAS的整个几何和材料非线性屈曲分析功能了。”
“LUSAS Civil&Structural使得在预算紧张情况下的安全设计成为可能，如果没有象LUSAS这样的分析工具，这个项目可能不会在具有哪怕一点自信心的情况下完成。” ——Nick King, Maunsel项目的审核工程师 |
