一榀框架
關(guān)注創(chuàng)建者：變態(tài)的小蘿莉 創(chuàng)建時間：2019-04-23
一榀框架的視頻教程
OpenSees一榀框架Pushover及地震易損性分析(IDA分析，多次彈塑性時程分析)
1、利用OpenSees軟件進(jìn)行一榀6層3跨框架的地震易損性分析，采用IDA分析方法，最后繪制IDA 曲線和地震易損性曲線。 2、對一榀6層3跨框架進(jìn)行Pushover分析。 可以學(xué)到的知識： 0、易損性分析基本知識？ 1、建模過程（代碼內(nèi)容）？ 2、如何進(jìn)行坐標(biāo)變換，需要注意什么？ 3、節(jié)點(diǎn)質(zhì)量如何計(jì)算？（重點(diǎn)！） 4、如何進(jìn)行框架彈塑性時程分析？
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一榀框架的實(shí)例教程
一、寫在文前
隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，全國各地的建筑迅速的拔地而起，魔都的上海環(huán)球金融中心是其著名標(biāo)志性建筑，以樓高492米直穿云霄。面對復(fù)雜的建筑的設(shè)計(jì)，它是由無數(shù)的梁、柱、板、墻最基本的單元組成，其中最基本的結(jié)構(gòu)是一榀門式框架，在我們對結(jié)構(gòu)仿真中，軟件其實(shí)只是工具，真正對我們設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)的還是對力學(xué)、結(jié)構(gòu)變形機(jī)理的認(rèn)識，這是我們最應(yīng)該掌握的，這樣才能明白軟件是怎么算的，對我們的仿真結(jié)果才可以加以正確的判斷。
接
下來將以最簡單的一榀門式框架為例子，用不同軟件說明對門式框架模擬，并輔以手算過程。
二、 案例詳述—靜力計(jì)算
這是一個一榀門式框架，如圖1，左右兩側(cè)為柱，截面為A-A，寬高為均為5 feet (英尺)，柱高36 feet；上方為梁截面為B-B，寬高分別為5 feet，8 feet，梁長42 feet；梁受均布荷載，荷載總重為4000 kip (千磅力)；OpenSees軟件的建模示意圖，如圖2，右圖為桿件局部坐標(biāo)系示意圖；
圖1 一榀門式框架
圖2 OpenSees軟件的建模示意圖
圖3給出了一榀門式框架部分的命令，具體代碼在附錄中；圖4給出了全局坐標(biāo)系下，單元起始節(jié)點(diǎn)X向、Y向、MZ向的力和彎矩；圖5給出了全局坐標(biāo)系下，單元起始節(jié)點(diǎn)X向、Y向、MZ向的彎矩和轉(zhuǎn)角，具體見附錄；圖5給出了OpenSees算出來的彎矩圖結(jié)果和SAP2000給的彎矩圖，從彎矩圖上看，OpenSees和SAP2000計(jì)算結(jié)果一致。
圖3 部分OpenSees命令
在Sap2000中進(jìn)行建模分析，模型及荷載如圖所示，與OpenSees一樣，僅開啟3自由度(x/z/Roty)進(jìn)行分析計(jì)算。
展開 建模方法
建立一榀框架，層高和跨度均為4m，對框架施加水平正弦節(jié)點(diǎn)位移，位移取5mm。
斜撐式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
肘節(jié)式黏滯阻尼器安裝方式在ETABS中的建模：
運(yùn)動模式
斜撐式黏滯阻尼器在ETABS中的運(yùn)動模式（參微信公眾號“防震技術(shù)）
肘節(jié)式黏滯阻尼器在ETABS中的運(yùn)動模式（參微信公眾號“防震技術(shù)）
滯回曲線
斜撐式 黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對斜撐式安裝方式，施加節(jié)點(diǎn)水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為3.49mm 。
肘節(jié)式黏滯阻尼器在ETABS中的滯回曲線：
針對肘節(jié)式安裝方式，施加節(jié)點(diǎn)水平位移5mm， 阻尼器最大位移約為5.07mm 。
可見，合理的設(shè)計(jì)肘節(jié)式系統(tǒng)，對增加阻尼器的耗能能力有較大的改善。
備注：文中框架并非是剛性框架，因此本次分析考慮了框架和斜撐自身變形對黏滯阻尼器的影響
文中僅展示一個簡單案例，具體可參考文章：【04】黏滯阻尼器不同安裝方式的適用性及位移放大系數(shù)推導(dǎo)（第2篇）- 肘節(jié)型，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)肘節(jié)式系統(tǒng)，如需要模型，歡迎關(guān)注公眾號《防震技術(shù)》，后臺留言發(fā)送0314獲取。
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點(diǎn)“在看”給我一個小心心
展開 前面文章主要講解了梁單元與其他類型單元鉸接的情況，從本篇文章開始，將主要講解梁單元與各類單元剛接的情況，而這也是我們?nèi)粘９こ讨斜容^常見的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開始說起。
盡管現(xiàn)在的ANSYS版本已經(jīng)摒棄了很古老的2D梁單元，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類方面仍具有一定的講解價值，例如我們計(jì)算一榀框架的時候多數(shù)時候是采用2D平面單元的。
2D梁單元包括：beam3、beam23、beam54
2D實(shí)體單元：plane單元
一般來講，2D梁單元與2D實(shí)體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無非是建立自由度之間的關(guān)系方程，但值得注意的是由于采用了局部區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，因而在建立關(guān)系的局部區(qū)域內(nèi)可能會有應(yīng)力集中的情況，后處理當(dāng)中應(yīng)格外注意。
約束方程法后續(xù)講解3D梁單元連接時會詳細(xì)說明，此處簡單說下偽梁法與MPC法。
其實(shí)偽梁法與MPC法原理基本一樣，構(gòu)造一個虛擬梁單元，使虛擬梁單元與外部梁單元剛接，虛擬梁單元與內(nèi)部實(shí)體單元強(qiáng)制剛接，從而間接實(shí)現(xiàn)外部梁單元與實(shí)體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁單元時，虛擬梁單元應(yīng)至少與實(shí)體單元的兩個節(jié)點(diǎn)相連，剛度可取為無窮大或者實(shí)際梁單元的10^5倍。
下面以一個小案例來演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計(jì)，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。
展開 在上一篇文章《石化控制室抗爆設(shè)計(jì)——動力分析方法概況》中，我們介紹了三種動力分析的方法，分別是：等效靜力法、單自由度體系動力分析、有限元方法。
目前較常用的是方法二：基于單自由度體系的圖解法。該方法的局限性也比較強(qiáng)，只能用于那些能簡化為單自由度的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)、不能考慮構(gòu)件之間的耦合效應(yīng)、不能得到構(gòu)件反力時程、質(zhì)量/剛度傳遞系數(shù)為近似值、不能考慮二階效應(yīng)、抗力函數(shù)必須是理想彈塑性等。
在《Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities 》這本書中，作者將有限元方法看作是一種高級方法，可以避免以上單自由度方法的缺點(diǎn)。
接下來，我們看下在RFEM5中如何實(shí)現(xiàn)多自由度體系的動力彈塑性分析。為了與單自由度體系圖解法的結(jié)果形成對比，本篇文章先進(jìn)行一個簡支梁的動力彈塑性分析，下一篇文章再對一個框架進(jìn)行分析。
展開 一號模型：一個中規(guī)中矩的樓
地震作用最大的方向 = 89.966°
一號模型屬于非常乖的那種結(jié)構(gòu)， 地震作用最大的方向 = 89.966°，也就是y軸方向，因?yàn)橘|(zhì)量偏心的原因略有一點(diǎn)點(diǎn)偏差。
二號模型：一個殘缺的樓
地震作用最大的方向 = 85.060°
二號模型經(jīng)受了大刀闊斧的改造，對角x軸各砍掉兩跨半，y軸砍掉一跨半，基本上已經(jīng)完全歪過來了，饒是如此，它的角度也沒有非常明顯的改變， 地震作用最大的方向 = 85.060°。
一號和二號對比，可以看出來了，對于框架結(jié)構(gòu)，直接砍柱造成的平面不規(guī)則并不會導(dǎo)致顯著的不利地震作用方向變化。
這樣的話我的項(xiàng)目平面不規(guī)則就不是問題的關(guān)鍵了，同時另一個問題來了，什么會導(dǎo)致框架體系最不利方向的改變？框架體系下，梁柱組成的一榀榀框架所在平面是其最強(qiáng)的抗側(cè)力方向，我猜如果有斜交布置的框架就可能導(dǎo)致最不利方向改變，于是三號模型誕生。
三號模型：一個被砍角的樓
地震作用最大的方向 = 70.929°
三號和一號的區(qū)別就在于砍掉一個小小的角，然后把對角的位置添加了框架梁，這樣形成了斜交框架，這兩榀斜交框架還真是給力， 地震作用最大的方向 = 70.929°，瞬間就掰過來20°，超過規(guī)范限值了。
展開 
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一榀框架的最新內(nèi)容
建模方法
建立一榀框架，層高和跨度均為4m，對框架施加水平正弦節(jié)點(diǎn)位移，位移取5mm。
如果分析的是一榀框架，那么需要用1kpa乘以柱間距獲得單位爆炸力產(chǎn)生的線荷載。
5、基于OpenSees和SAP2000靜力動力計(jì)算案例分析
作者：
建源之光
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1824247
面對復(fù)雜的建筑的設(shè)計(jì)，它是由無數(shù)的梁、柱、板、墻最基本的單元組成，其中最基本的結(jié)構(gòu)是一榀門式框架，在我們對結(jié)構(gòu)仿真中，軟件其實(shí)只是工具，真正對我們設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)的還是對力學(xué)、結(jié)構(gòu)變形機(jī)理的認(rèn)識，這是我們最應(yīng)該掌握的
面對復(fù)雜的建筑的設(shè)計(jì)，它是由無數(shù)的梁、柱、板、墻最基本的單元組成，其中最基本的結(jié)構(gòu)是一榀門式框架，在我們對結(jié)構(gòu)仿真中，軟件其實(shí)只是工具，真正對我們設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)的還是對力學(xué)、結(jié)構(gòu)變形機(jī)理的認(rèn)識，這是我們最應(yīng)該掌握的，這樣才能明白軟件是怎么算的，對我們的仿真結(jié)果才可以加以正確的判斷。
接
下來將以最簡單的一榀門式框架為例子，用不同軟件說明對門式框架模擬，并輔以手算過程。
sap2000入門之-鋼框架設(shè)計(jì)
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sap2000界面介紹及一個簡單的計(jì)算實(shí)例
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Abaqus柱子熱力耦合分析（火災(zāi)試驗(yàn)?zāi)M）
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Abaqus混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)?zāi)M
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OpenSees剪力墻擬靜力試驗(yàn)?zāi)M
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Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP）4種混凝土本構(gòu)，3種損傷
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OpenSees一榀框架
盡管現(xiàn)在的ANSYS版本已經(jīng)摒棄了很古老的2D梁單元，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類方面仍具有一定的講解價值，例如我們計(jì)算一榀框架的時候多數(shù)時候是采用2D平面單元的。
②橫向框架在15m范圍內(nèi)框架至少需拉通一榀，縱向框架至少需拉通2榀。
③電梯井、樓梯間禁止采用懸挑結(jié)構(gòu)。
④高層建筑設(shè)置角窗或凸窗時，建筑物陽角的角點(diǎn)處必須設(shè)置豎向受力構(gòu)件。
⑤劇場、體育館、會堂等大跨度、空曠的公共建筑不宜采用純框架結(jié)構(gòu)體系。
框架體系下，梁柱組成的一榀榀框架所在平面是其最強(qiáng)的抗側(cè)力方向，我猜如果有斜交布置的框架就可能導(dǎo)致最不利方向改變，于是三號模型誕生。
