一、简介

建筑物的模态分析在现代建筑工程中具有极其重要的意义。首先，它有助于评估建筑结构的动力特性。通过模态分析，可以确定结构的固有频率、振型、阻尼比等关键参数。了解固有频率可以帮助我们确定建筑物在受到外部动力荷载（例如地震、风荷载、机器振动等）时是否会产生共振。共振会对结构造成严重损坏，因此提前了解固有频率对于防范此类风险至关重要。其次，模态分析为结构设计优化提供依据。在建筑设计阶段，分析结果可以优化结构的布局、构件尺寸和材料选择，以提高结构的抗震性能和抗风稳定性。这有助于在保证结构安全的同时降低施工成本，提高经济效益。由于某中转站已使用较长时间，工作站工作的员工在中转站工作时有明显的振动感受。因此，本文利用Ansys对某换乘站进行模态分析，并对其进行准确评估。

2 转运站有限元建模

首先，根据中转站施工图和现场数据，对中转站进行有限元建模。换乘站为钢筋混凝土结构。具体建模过程如下：

1）设置属性：输入不同地点的混凝土强度、现场测量的钢筋和箍筋的强度。对钢筋笼进行建模，首先绘制钢筋的中心线，然后根据钢筋笼的形状和钢筋的分布，在Ansys建模空间中绘制钢筋的中心线。然后定义单元类型：选择适合钢筋的单元类型，并设置相应的单元属性，如截面形状、材料属性等，如图所示。最后通过阵列等方法对整体钢笼进行建模，如图所示。

2）混凝土建模：通过拉伸对外部混凝土柱和换乘站楼板进行建模钢结构建筑固有频率范围，完成各部分的连接，并设置其材料属性如图所示。

图 1 钢筋笼建模——部分

图 1. 钢笼建模 - 细节

图 2. 钢筋笼——整体

图 2. 钢筋笼 - 整体

图 3. 中转站

图 3. 中转站

3）创建连接方式：设置钢筋之间的连接方式为绑定，关闭小滑移，设置搜索半径值为100 mm，设置钢筋与混凝土的连接方式为绑定，关闭小滑移。最后，根据元件尺寸划分网格，如图所示。

图 4. 划分的网格

图 4. 网格划分

3 中转站模态解

1）施加载荷和约束：将柱底部设置为固定约束。

2) 求解器设置：在求解器设置中，指定求解方法和模态提取次数。常见的求解方法有Block Lanczos、Subspace等，并将求解频率范围设置为1~10 Hz。

3）求解计算：提交求解命令，Ansys将自动进行计算，找出结构的固有频率和振动形状。

结果分析

1）根据中转站设备的不同工况，基于Ansys自动分析，中转站结构的前阶水平和竖向自振频率分别为2.4846 Hz和2.5365 Hz，如图，振源根据测量数据的频谱分析可以确定频率范围为1.202 Hz~4.251 Hz。现场动力特性测试结果表明，转运站结构的异常振动是由共振引起的。

图 5. 一阶模式

图 5. 一阶模式

图 6. 二阶模式

图 6. 二阶模式

2) 通过求解，得到中转站结构的三阶模态为5.308 Hz，如图所示。虽然纵向无直接振动源，但由于风的频率和方向不稳定钢结构建筑固有频率范围，且转运站周围全封闭，在风的耦合作用下，很容易引起结构的异常振动。各种原因。

图 7. 三阶模态

图 7. 三阶模式

4. 结论

通过使用Ansys进行模态分析，可以准确获得转运站的固有频率和振型。然后根据结果分析，实际测量的振动源频率在模拟得到的固有频率范围内。因此，引起异常振动的主要原因是结构的共振现象。经分析，主要原因是换乘站的年代久远。其较长，横向强度较低，因此应对柱进行有效加固，对关键部位进行局部加强，加加强筋等，以提高固有频率，避免工作时产生共振。其次，如果转运站纵向刚度较低，应加装纵向支撑，或将结构改为易于通风的状态，防止多种因素耦合，保证共振能有效得到解决。避免了结构的安全稳定运行。