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奥运主火炬

  • 不锈钢燃气结构

  • 三维静态、动态及屈曲分析

  • 临界连接状态下结构位移的计算

  

澳大利亚**的土木结构工程咨询公司之一Tierney & Partners,正负责为2000年悉尼奥运会开幕式设计奥运主火炬、桅杆以及传送装置。LUSAS土木和建筑分析软件被用来协助这个**工程的发展。


概述

主火炬是一个多孔、波浪型壳结构,重8.5吨,由不锈钢制成。它是一个开口直径为10m的圆锥壳,厚度从中心的0.85m递减到边缘的0.15m。在开幕式上,火炬从所放置的地平面以下的位置升起,然后沿着倾斜的支架升高到一点,接着从这一点被提升到距地面50m的桅杆上。主火炬在LUSAS土木和建筑中采用三维壳单元建模,并对它进行三维静态、动态以及屈曲分析,来研究自重、风以及在火炬传输到*终位置的过程中引起的动态作用的影响。


复杂结构需要进行精确的刚度评估。机械构件需要补偿在运输的各个阶段火炬的位移偏差,这是至关重要的。


设计开发

主火炬在LUSAS Civil&Structural中使用3D壳单元进行了建模,并进行了3D静态,动态和屈曲分析,以研究在将主火炬运送到其*终休息位置时产生的自重,风和动态效应。LUSAS表明了主火炬在各种瞬态荷载和支撑条件下如何顺利的完成,而且突出了那些与高局部应力相关的单元。如果一些单元或连接将失败,则可以预见加载路径和整体的行为都将重新安排。这进一步增加了对LUSAS模型的信心,从而进一步增强了对整个结构的信心。



LUSAS分析的结果证实了初步的假设,壳(尽管是波浪型)的刚度在火炬结构的强度和刚度中起了很重要的作用。由于多孔、波浪型的壳离散地连接到内部框架上,使这个框架变得非常的轻。由于工程接近完工而且装备的重量正逐渐从*初的5吨提高到*后的8.5吨,这一点也是至关重要的。




获得的结果是在期望的范围内的。事实上,初次结果显示的变形稍微低于初始的估计值。然而,随着越来越多的气体、电力和机械设备被安装,初始主火炬的原重量被增加了60%后,这个“好处”也没有了。由于存在壳,主火炬结构能够吸收不断增加的荷载,而不影响其正常的工作。此外,一些连接结构,特别是在靠近摇篮支撑的临界部分,需要被大幅度的修改,以适应操作要求(附上和拆卸燃气线路以及从事/分离机械部件)。时间不允许重建主火炬,以测试它的改变。然而,为了深入了解已经获得的主火炬构件的行为,可以修改模型相关构件的一些属性,使得在短时间内快速实用的按要求的改变进行修改。


该项目的工程师Zlatko Gashi说:“当需要对该结构的行为进行可靠精确的理解时,这只能通过考虑所有相关的结构构件来实现。忽略一些构件可能会大大低估结构的强度和刚度。精密复杂的结构需要一个建模和分析工具,例如LUSAS,它能够处理结构设计的所有方面,而不会加重设计师的负担来使用一个更复杂的工具。此外,在建模前仔细的计划,并设想未来可能发生的修改和临界问题,是成功设计的一个关键,并确保在项目的设计和施工阶段,可以从模型中获得所有的优点。”


The Cauldron in its legacy form as a sculpture/fountain in Cathy Freeman Park.

 

在该项目中使用LUSAS:

  • 有这样一个先进的工具是必不可少的。用一个一般的工具来模拟这种结构是不可能的。

  • 简单、直观的建模。

  • 可以一起使用的大量的单元类型。

  • 随着设计的进行,可以方便地进行分阶段建模。

  • 单独的几何和结构(属性)层。一旦几何特征被创建,可以很容易地使用各种结构属性。

  • 可以通过荷载工况来改变支承条件(不需要多个单独的模型)。

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