一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，包括以下步骤：步骤一，实物建模；步骤二，分析建模；步骤三，实物模型和分析模型比较和校准；步骤四，模态实验；步骤五，模态分析；步骤六，模态实验和模态分析数据结果比对；步骤七，分析模型的修正；步骤八，振动台考核试验；步骤九，分析模型时程分析；步骤十，振动台考核实验和时程分析数据结果分析和比对。本发明专利技术分析建模与实物建模互相参照比对，以实验为依据，将分析模型不断修正，与实物模型保持高度一致；实验实测数据与分析数据结果误差较小，分析间数据结果准确度高，表明分析数据准确可靠；分析过程全面引入实验手段，准确度高、可信度高、误差范围小。误差范围小。误差范围小。

【技术实现步骤摘要】
一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法


[0001]本专利技术涉及抗震性能分析
，尤其涉及一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法。

技术介绍

[0002]随着当前信息通信技术高速发展，信息通信网络建设日趋成熟，因此信息安全可靠具有极其重要的意义。作为信息通信网络的重要基础，机房设备及设施可靠性备受关注，一旦地震来临，设施脱落、设备倒塌将会造成通信中断、信息丢失等难以估量的巨大损失。走线架作为信息通信行业机房内承载线缆的载体，需要具备优良的抗地震性能。当前机房用走线架结构种类较多，根据其工作环境可以分为室内走线架和室外走线架；根据其所用材料分为铝合金走线架和钢制走线架；根据其截面形式可以分为扁钢走线架、C型钢走线架、U型钢走线架、4C型铝合金走线架。当前市面上流行的多为U型钢走线架和4C型铝合金走线架，其结构美观、安装扩容方便、吊挂应用灵活而广泛应用于机房和数据中心等场所。
[0003]当前信息通信行业对以走线架为代表的设施的抗地震性能重视程度不够，盲目认为走线架为柔性结构，在既有以往地震中发生破坏概率较小的情况下不会发生破坏。设计院方案设计时采用静力简化方法进行相关承载和地震载荷验算，供应商投标生产时因无法提供后期的布置方案只进行相关承载实验或者验算，运营商验收运维时采纳设计院和供应商方案后并未再进行抗地震性能评估，考虑美观布置后对抗震加固有所忽视。
[0004]当前国内诸多学者对走线架结构抗震性能进行了研究。一般认为支撑式走线架是由铝合金杆件通过半刚性连接节点而形成“框架结构”，吊挂式走线架属于吊杆传力的悬吊结构。学者王燕、同济大学李国强、学者胡习兵均针对半刚性框架结构的连接节点、位移响应和阻尼进行动力学分析和弹塑性地震分析研究，认为节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，半刚性节点对地震位移反应影响较大，在不显著增加顶部结构位移的情况下可以有效减小柱底剪力，结构的位移刚度越大，阻尼对结构振幅的衰减效应越大。中科大完海鹰等对半刚性框架结构进行弹性时程分析，认为半刚性连接框架自振周期比刚性连接的范围更宽更大，可能受到高频段结构的动力响应，因此结构节点不应过柔，增加柱间支撑可以减小结构侧移。研究员王前信对悬吊结构的地震作用计算进行研究，讨论了不同悬吊结构自振特性的分析方法和地震作用的确定方法。东南大学涂永明等对建筑减振体系次结构的抗侧性能进行研究，认为主结构的阻尼是影响次结构摆动响应的重要因素。天津大学陈志华等对悬吊结构吊杆悬挂形式进行改变，认为适当改变悬吊形式可以控制侧移，进行隔震减震。
[0005]本专利技术选择悬吊钢制走线架结构为研究对象，认为上述学者研究内容对走线架连接节点刚度、阻尼和吊挂形式以及减小侧移方面颇有建树和成效，但是走线架结构在地震中的实际表现、实际连接节点形式模拟、建模准确性及抗地震性能评估方法是否可靠等方面有待深入研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，解决走线架结构在地震中的实际表现、实际连接节点形式模拟、建模准确性及抗地震性能评估方法是否可靠的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，实物建模：根据走线架的结构进行实物建模；
[0010]步骤二，分析建模：利用计算机采用Optistruct、Ansys和Abaqus三款有限元软件进行分析建模；
[0011]步骤三，实物模型和分析模型比较和校准：将步骤一中建立的所述实物模型与步骤二中建立的所述分析模型进行比较，对所述分析模型进行校准；
[0012]步骤四，模态实验：根据所述步骤一中建立的所述实物模型，模拟走线架顶部吊挂安装形式设计实验用夹具，将所述夹具安装到振动台上，在所述振动台和所述走线架上布置传感器，所述振动台输入白噪声激励，测试得到所述走线架的振型和频率；
[0013]步骤五，模态分析：根据步骤二中建立的所述分析模型，利用计算机采用Optistruct、Ansys和Abaqus三款有限元软件进行模态分析得到所述走线架的振型和频率；
[0014]步骤六，模态实验和模态分析数据结果比对：通过所述模态实验和所述模态分析数据结果比对，确定所述分析模型建立的准确度；
[0015]步骤七，分析模型的修正：当通过步骤六中模态实验和模态分析数据结果比对得出所述分析模型的误差落在允许范围之外时，应当重复步骤二至步骤六，对所述分析模型进行修正；当通过步骤六中模态实验和模态分析数据结果比对得出所述分析模型的误差落在允许范围之内时，确立输入模型；
[0016]步骤八，振动台考核试验：通过所述振动台输入地震波，对实验用所述夹具进行刚度分析，通过频率和放大率来判断所述夹具的刚度变化情况，并明确输入位置，通过所述传感器的测量结果得出所述走线架中部位置的相对位移和绝对位移；
[0017]步骤九，分析模型时程分析：选取Abaqus和Ansys两款有限元软件同时计算、相互比较，得出分析模型的输入位置及所述走线架中部位置的相对位移和绝对位移；
[0018]步骤十，振动台考核实验和时程分析数据结果分析和比对：振动台考核实验数据结果与Ansys分析对比，Abaqus和Ansys的数据结果分析对比，当误差落在允许范围之外时，重复步骤九；当误差落在允许范围之内，基于Ansys走线架设施建模及分析方法，在分析与实测比对中误差满足工程应用要求，可推广应用。
[0019]进一步的，所述步骤二中，吊杆的高度和间距与实物建模保持一致，所述吊杆顶部螺纹与所述夹具连接简化为固定点，所述吊杆底部螺纹与转接件连接简化为所述吊杆与横梁刚性共节点连接，所述横梁与横撑螺栓连接简化为刚性共节点连接。
[0020]再进一步的，所述步骤二中，Optistruct软件梁单元建模时，所述横撑和所述横梁截面位置是以梁单元中线所在截面剪切中心决定，实物建模时所述横梁与所述横撑居中位置采用螺栓连接即认为梁单元中线在实物参考点处，所述横梁和所述横撑初始建模时梁单元截面和实物模型有所差异，为了保证分析建模模型的可靠性和准确性，需要将所述横撑和所述横梁截面进行偏置，偏置距离以所述剪切中心为初始原点、所述实物参考点为目标
点进行距离换算，在建模时进行相应方向和相应长度的偏置。
[0021]再进一步的，所述步骤二中，Ansys软件梁单元建模时，所述横撑和所述横梁截面位置是以梁单元中线所在端部节点决定，实物建模时所述横梁与所述横撑居中位置采用螺栓连接即认为梁单元中线在所述实物参考点处，所述横梁和所述横撑初始建模时梁单元截面和实物模型有所差异，为了保证分析建模模型的可靠性和准确性，需要将所述横撑和所述横梁截面进行偏置，偏置距离以所述端部节点为初始原点、所述实物参考点为目标点进行距离换算，在建模时进行相应方向和相应长度的偏置。
[0022]再进一步的，所述步骤二中，Abaqus软件梁单元建模时，所述横撑和所述横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，实物建模：根据走线架(1)的结构进行实物建模；步骤二，分析建模：利用计算机采用Optistruct、Ansys和Abaqus三款有限元软件进行分析建模；步骤三，实物模型和分析模型比较和校准：将步骤一中建立的所述实物模型与步骤二中建立的所述分析模型进行比较，对所述分析模型进行校准；步骤四，模态实验：根据所述步骤一中建立的所述实物模型，模拟走线架顶部吊挂安装形式设计实验用夹具(13)，将所述夹具(13)安装到振动台(12)上，在所述振动台(12)和所述走线架(1)上布置传感器，所述振动台(12)输入白噪声激励，测试得到所述走线架(1)的振型和频率；步骤五，模态分析：根据步骤二中建立的所述分析模型，利用计算机采用Optistruct、Ansys和Abaqus三款有限元软件进行模态分析得到所述走线架(1)的振型和频率；步骤六，模态实验和模态分析数据结果比对：通过所述模态实验和所述模态分析数据结果比对，确定所述分析模型建立的准确度；步骤七，分析模型的修正：当通过步骤六中模态实验和模态分析数据结果比对得出所述分析模型的误差落在允许范围之外时，应当重复步骤二至步骤六，对所述分析模型进行修正；当通过步骤六中模态实验和模态分析数据结果比对得出所述分析模型的误差落在允许范围之内时，确立输入模型；步骤八，振动台考核试验：通过所述振动台(12)输入地震波，对实验用所述夹具(13)进行刚度分析，通过频率和放大率来判断所述夹具(13)的刚度变化情况，并明确输入位置，通过所述传感器的测量结果得出所述走线架(1)中部位置的相对位移和绝对位移；步骤九，分析模型时程分析：选取Abaqus和Ansys两款有限元软件同时计算、相互比较，得出分析模型的输入位置及所述走线架(1)中部位置的相对位移和绝对位移；步骤十，振动台考核实验和时程分析数据结果分析和比对：振动台考核实验数据结果与Ansys分析对比，Abaqus和Ansys的数据结果分析对比，当误差落在允许范围之外时，重复步骤九；当误差落在允许范围之内，基于Ansys走线架设施建模及分析方法，在分析与实测比对中误差满足工程应用要求，可推广应用。2.根据权利要求1所述的悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，其特征在于：所述步骤二中，吊杆(2)的高度和间距与实物建模保持一致，所述吊杆(2)顶部螺纹与所述夹具(13)连接简化为固定点，所述吊杆(2)底部螺纹与转接件连接简化为所述吊杆(2)与横梁(4)刚性共节点连接，所述横梁(4)与横撑(3)螺栓连接简化为刚性共节点连接。3.根据权利要求2所述的悬吊钢制走线架设施建模和抗震性能分析方法，其特征在于：所述步骤二中，Optistruct软件梁单元建模时，所述横撑(3)和所述横梁(4)截面位置是以梁单元中线所在截面剪切中心(5)决定，实物建模时所述横梁(4)与所述横撑(3)居中位置采用螺栓连接即认为梁单元中线在实物参考点(6)处，所述横梁(4)和所述横撑(3)初始建模时梁单元截面和实物模型有所差异，为了保证分析建模模型的可靠性和准确性，需要将所述横撑(3)和所述横梁(4)截面进行偏置，偏置距离以所述剪切中心(5)为初始原点、所述实物参考点(6)为目标点进行距离换算，在建模时进行相应方向和相应长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永强，张学中，孙国良，杜文嫚，张珊珊，
申请(专利权)人：信通院保定科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：