地震作用的案例
斜交抗側力構件和最大地震作用方向
零·引言
這篇日記是為了簡要記錄工作中關于斜交抗側力構件與最不利地震作用方向的一點小發現和思考，算不上什么了不起的東西，可能很多經驗老道的工程師早就知道，只是我作為一個新人，遇到了問題之后在網上搜索沒有得到什么有用的答案，前輩雖然給出工程上非常管用的解決方法，但是我還是想探究一下背后的原因，并且希望能從根本上解決問題，所以想明白之后希望記錄下來以供以后其他和我一樣對著干問題有困惑的新人參考。
一·始終斜交的地震最大作用方向
跳槽之后重新開始做建筑結構，最近給一個項目做建模，其中有一個高層，7度（0.15g）抗震，地上17層，乙類建筑。計算時候，結構最不利地震作用方向始終不是x、y軸附近，和兩個軸的偏差一直在20°以上，結構平面布置如下。
對于這個高度的建筑來說，地震作用是荷載作用效應中的大頭，國標對此的要求相當嚴格，如果結構整體最大地震作用方向不是建模時候的x、y方向，則需要在此方向施加地震作用進行一次計算。
按照規范做會有點麻煩，規范要求如下
抗震規范(GB40011-2010)5.1.1 2 有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15°時，應分別計算各抗側力方向的水平地震作用
依據此條文，一般設計工作中，會先在一個坐標系（一般就是建筑平面的軸線方向）下計算結構的最不利地震作用方向，然后在這個最不利方向上計算地震作用，接著會用坐標系x、y向地震作用、最不利方向地震作用的設計結果做包絡設計。
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GeoStudio工程應用實例之55 栓壁墻受地震作用（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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栓壁墻受地震作用 這個例子介紹了如何用QUAKE/W模塊對栓壁墻受到地震作用進行分析。顯示在地震作用下，結構的變形。
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展開 ABAQUS框架-土體結構地震作用時程分析（包含上部框架結構定義、柱下獨立基礎、土體模型） ￥20
l1357vl5uep.mp4
本模型計算框架結構在地震作用下的時程分析，模型建立了框架上部框架結構包括梁、板、柱，柱下獨立基礎以及一定范圍內的土體（定于無限元），包含了結構-土體，即SSI模型，地震作用添加的是Elcentro波，通過該模型，可以學會簡單SSI（structure -soil interaction）模型的定義，地震作用的添加以及無限元的定義。通過學習該模型可類比分析地下結構地層模型的地震作用時程分析，比如地鐵，地下通道，綜合管廊等。
TIM截圖20190218113315.png
砌體結構地震作用倒塌開裂數值模擬
兩個簡單的例子，主要模擬地震作用下砌體結構的倒塌或者開裂。說是地震作用，其實是靜力作用，因為地震激勵本身不是這兩個案例研究的對象 和焦點，兩個案例均屬于概念性計算，不必深究具體參數（如幾何尺度、材料參數等）的精確性，但也不會差得太遠。兩個案例均屬于試算性質，目的在于探討一種方法模式的可行性，計算結果大體規律還不算差，因此與大家分享（也鑒于個別論壇網友私下多有疑問，因此算是一并做一個解答參考）
思路說明 ：
1、兩個計算模型（附件壓縮包），一個作墻體開裂分析，一個做墻體坍塌計算（采用隱式方法）
2、墻體開裂模型，鑒于目前并無完整的關于砌體本構模型的數據（也可能是我沒有找到，如有朋友擁有，愿不吝賜享），因此采用了類似的混凝體開裂本構模型，但具體材料參數，如開裂強度、抗壓強度、彈性模量，大致參考相關砌體規范資料.
3、墻體坍塌模型，采用了adina雙線形彈塑性模型（具有斷裂特征），斷裂點根據規范參數計算。
4、若干個關于復雜非線性計算收斂的控制參數，模型中一并設置完好，供參考，為防止信息丟失，模型為idb格式，8.4.2版本，共4個壓縮包。
最后說明：這兩個案例僅為大家提供思路之用，如果從學術角度或者技術角度審視，歡迎私下交流。
磚墻崩塌
磚墻裂縫.
磚墻倒塌模擬動畫
磚墻裂縫發展動畫
計算模型
計算模型.part01.rar
計算模型.part02.rar
計算模型.part03.rar
計算模型.part04.rar
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地震載荷作用下的邊坡穩定性(Seismic Loading)---偽靜態和Newmark位移分析
1 引言
在地震易發的山地區域，地震力會降低邊坡的穩定性，嚴重時會導致邊坡發生破壞。本文首先回顧了近日國內發生的一次地震事件，然后進行了地震載荷作用下的邊坡穩定性分析，主要包括偽靜態分析和Newmark位移分析。
2 四川雅安地震
據中國地震臺網測定，2022年5月20日8時36分，四川雅安市漢源縣宜東鎮(震中)發生了4.8級地震，震源深度20km，震中位于北緯29.67度，東經102.48度。不過，USGS測定的震級是M4.9級(29.929°N, 102.724°E)，震源深度10km。
該地區周邊上次發生過比較強烈的地震是2021年7月14日阿壩州汶川縣的4.8級地震，距離本次震中168公里，而2013年4月20日8時02分雅安市蘆山縣發生的M7.0級地震距本次震中約80km左右。由于本次地震震級較低，因此沒有造成大的損失，除了個別老舊的房屋坍塌和墻壁出現裂縫之外，影響最大的就是部分道路的邊坡發生了破壞，如下圖所示。
3 地震載荷作用
試驗例子取自【HYRCAN多層土邊坡(Non-Homogeneous Slope)穩定性分析以及安全系數的自動提取(JavaScript)】，在此基礎上進行地震載荷作用下的邊坡穩定性分析，為了簡化起見，下面所有的分析僅使用了Spencer方法。
3.1 不考慮地震
首先在不考慮地震的情況下重新計算這個算例，按圓形滑動面計算的最小安全系數FOS=1.374，按非圓形滑動面計算的安全系數FOS=1.358。多層材料模型和各向異性材料模型使用非圓形滑動面計算更合適一些，通過自動搜索技術和優化技術可以找出更合理的滑動面。
展開 地震載荷作用下的邊坡穩定性(Slope Stability Under Seismic Loading)
1 引言
在邊坡工程中，一般我們只考慮地震水平加速度的影響，使用地震載荷系數(Seismic Load
Coeffcient)Sc來表示地震力，水平地震力=邊坡滑塊重量W*Sc 【巖石邊坡平面滑動(Planar Sliding)的安全系數---地震載荷作用(EXCEL解)】，Gravity Dam: 重力式混凝土壩地震力計算】，這個筆記首先討論了HYRCAN在地震載荷作用下的安全系數，然后與SLIDE, Plaxis LE(PLE)的計算結果作了比較。此外，簡要討論了Newmark分析。
2 問題陳述
這個例子邊坡由三種不同的土組成，如下圖所示。邊坡頂部受一均布載荷，同時邊坡也受到0.15g的地震載荷。
土層的物理力學參數如下所示。
3 HYRCAN計算
(1) 模型建立
設定計算方法，然后建立邊坡的幾何模型，材料邊界，設定材料參數并且分配屬性。
展開 【JY】YJK前處理參數詳解及常見問題分析（六）：地震信息
9、用于12層以下規則砼框架結構薄弱層驗算的地震影響系數最大值
該參數用于按照《抗規》5.5.4條簡化方法對12層以下純框架結構的彈塑性薄弱層位移計算。
10、豎向地震作用系數底線值
規范條文：《高規》4.3.15 高層建筑中，大跨度結構、懸挑結構、轉換結構、連體結構的連接體的豎向地震作用標準值，不宜小于結構或構件承受的重力荷載代表值與表4.3.15所規定的豎向地震作用系數的乘積。
軟件處理：當“地震作用計算信息”選擇“計算水平和反應譜方法豎向地震作用”時，該參數被激活。軟件可通過此參數來確定豎向地震作用的最小值，當振型分解反應譜法計算的豎向地震作用小于此值與結構重力荷載代表值的乘積時，將自動取該參數與結構承受的重力荷載代表值的乘積作為豎向地震作用的結果。
程序可根據不同的設防烈度確定該參數的缺省值，同時用戶可人工干預。
11、地震計算時不考慮地下室的結構質量
勾選此項，軟件在計算地震作用時，將不考慮地下室各層的質量。
展開 基于能力保護原則的橋梁抗震設計 附公路橋梁抗震設計細則JTGT B02-01-2008下載
④判斷墩柱是否在E2的地震作用下屈服：當E2地震作用下的最大彎矩小于屈服彎矩Mu時，則表明在E2的地震作用下，墩柱未達到屈服狀態，支座、蓋梁、基礎設計值則采用E2地震作用下的最大彎矩、剪力；當E2地震作用下的最大彎矩大于屈服彎矩Mu時，則表明在E2的地震作用下，墩柱已經屈服，支座、蓋梁、基礎設計值則采用E2地震作用下的超強彎矩和剪力。
(2)計算墩頂位移和墩柱塑性鉸區域塑性轉動能力
E2作用下，計算墩頂位移和墩柱塑性鉸區域塑性轉動能力，計算結果小于等于最大容許位移和最大容許轉角，則驗算通過。
(3)進行下部結構能力保護設計
墩柱在E2地震作用下屈服，墩柱作為延性構件設計，橋梁支座、蓋梁、基礎作為能力保護構件設計，墩柱的抗剪強度按能力保護原則設計，墩梁固結的橋梁主梁節點也應采用能力保護設計。
①墩柱抗剪強度計算：墩柱剪力設計值根據塑性鉸區域的截面超強彎矩來計算，墩柱超強彎矩Myo=1.2Mu，剪力設計值根據墩柱塑性鉸區的超強彎矩計算。
對于簡支梁和連續梁，獨柱結構塑性鉸一般在柱底，墩柱剪力設計值為塑性鉸區域的超強彎矩除以柱高；
對于墩梁固結的鋼構橋，墩底和墩頂均可能形成塑性鉸，墩柱剪力設計值為墩底、墩頂塑性鉸區域的超強彎矩之和除以柱高；
雙柱結構塑性鉸在柱頂和柱底位置，橫橋向地震作用下，會在墩柱中產生較大的動軸力，而墩柱軸力的變化會引起鋼筋混凝土墩柱抗彎承載力的改變，《城抗規》建議采用靜力推倒方法，通過迭代計算出各墩柱塑性區域截面超強彎矩，從而計算剪力。
②蓋梁設計：根據墩柱塑性鉸區域的超強彎矩并考慮恒載效應進行強度校核。雙柱墩和多柱墩橋梁，橫橋向地震作用下，鋼筋混凝土墩柱作為延性構件產生彈塑性變形耗散地震能量，而蓋梁作為能力保護構件，應保持彈性。
展開 【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準（GB/T 51408-2021）
【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準（GB/T 51408-2021）
1.0.3 特殊設防類建筑遭受極罕遇地震時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。注：特殊設防類建筑需考慮極罕遇地震的驗算。
3.1.1 【條文說明】建議特殊設防類建筑宜提高一度設計
3.1.3 隔震結構基于中震設計，中震下結構彈性分析，罕遇地震下結構彈塑性分析（小于中損）；特殊設防類和房屋高度超過24m的重點設防建筑，對結構進行極罕遇地震作用的結構變形（表4.7.3-3）和支座變形驗算（4.6.6-2，對特殊設防類建筑，在極罕遇地震作用下隔震橡膠支座的極限水平變形值可取各層橡膠厚度之和的 4.0倍；彈性滑板支座、摩擦擺隔震支座的極限水平變形值可取產品水平極限位移；隔震層宜設置超過極罕遇地震下位移的限位裝置。）。
3.2.2 場地為IV類時，隔震結構應采取有效措施?！緱l文說明】指出，放寬IV類場地的限制，可上部結構增設阻尼裝置，優化隔震層阻尼設置。
3.2.3 地基基礎中震設計驗算。
3.3 特殊設防類結構應增設觀測系統。
4.1.1-4 抗震設防烈度 7度(0.15g)、8度和9度時的長懸臂或大跨結構，以及 9度時的高層建筑結構 ，應計算豎向地震作用 。
4.1.4 當處于發震斷層10km以內時，隔震結構地震作用計算應考慮近場影響，乘以增大系數，5km及以內宜取1.25，5km以外可取不小于 1.15。
4.2.1 隔震結構設計反應譜采用三段式，計算罕遇地震和極罕遇地震作用時，場地特征周期應分別增加 0.05s和 0.10s。
展開 【JY】YJK前處理參數詳解及常見問題分析（一）
對于獨立的彈性節點，分配的風荷載直接作用在相應節點上。
在自動計算風荷載時，只考慮順風向，不考慮橫向風的影響。
一般方法不能計算屋頂的風吸力和風壓力。
在計算風荷載作用效應時，僅做正向風（如+X向）的內力計算，對于負向風（如-X向）不再做內力計算，直接取正向風的內力計算結果，再取反號后作為負向風的計算結果。對于剛性板，在剛性板塊質心處標示剛性板塊包含的所有節點風荷之和，對于彈性節點則標示該彈性點上分配到的風荷載。
程序采用這種簡化算法對于比較規則的工程，即樓板剛度較大情況時，其計算結果是能夠滿足設計要求的。但對于平、立面變化比較復雜，或者對風荷載有特殊要求的結構或某些部位，例如空曠結構、體育場館、有大懸挑結構的廣告牌、候車站、收費站等，則計算方式就顯得有些簡單。
3、地震作用計算信息
不計算地震作用、計算水平地震作用、計算水平和豎向地震作用、計算水平和規范簡化方法豎向地震作用、計算水平和反應譜方法豎向地震作用、豎向地震的局部模型獨立求解算法。
選擇“計算水平地震作用”，則軟件只計算水平地震作用，分X、Y方向；如果設置了“水平力與整體坐標夾角”Ang，則X正向指與整體坐標系逆時針轉動Ang后方向；如果設置了“斜交抗側力構件方向角度”，則除了沿整體坐標系的X、Y方向計算地震作用外，再沿斜交抗側力構件方向計算地震作用。
YJK對反應譜法計算豎向地震提供3種算法：
1、對水平地震和豎向地震整體求解算出，這種算法需要計算的振型個數較多，有時不得不采用RITZ 向量法計算。（RITZ 向量法可以快速獲取豎向振型）。
2、是把水平地震作用的計算與豎向地震作用計算分別進行，也就是說對豎向地震單獨求解，以求得比較大的豎向地震作用的質量參與系數。
展開 3d3s多高層模塊常見問題解答
同樣的，當用戶在高層風荷載參數設置對話框中選用“風力作用面來自剛性隔板范圍同時又在模型中施加了桿件導風荷載，則程序同時將兩者都考慮。因此，添加一個模型的風荷載，只需用以上任何一種方法即可，不能重復施加。
問題三：豎向地震荷載施加時，什么時候考慮豎向地震作用系數和豎向地震影響系數最大值。
按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 4.3.2 條規定，9 度抗震設計以及 8 度設計時的大跨度、
長懸臂結構應考慮豎向地震作用，包括第 10.2.4 條的轉換構件以及第 10.5.2 條的連體結構的連接體。
9度抗震設計時，整體結構的豎向地震作用可按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 4.3.14 條的方法計算，即按影響系數最大值考慮；8、9 度時，大跨度、長懸臂結構構件的豎向地震作用可按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 4.3.15 條的規定近似考慮，對于 8 度 0.3g 的情況，豎向地震作用標準值可取結構或結構構件重力荷載代表值的 15%.當然，有條件時或設計需要時，采用豎向加速度反映譜方法或動力時程分析方法計算結構豎向地震作用時更合適的方法。
無論采用何種方法計算豎向地震作用，均應按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 5.6.3 條的規定進行地震作用效應的組合，即把豎向地震作用效應作為一個組合工況考慮。
抗規 5.3.2，跨度、長度小于規范第 5.1.2 條第 5 款規定且規則的平板型網架屋蓋和跨度大于 24M 的屋架、屋蓋橫梁 托架的豎向地震作用標準值，宜取重力荷載代表值和豎向地震作用系數的乘積，豎向作用系數可按表 5.3.2 采用。
按豎向地震作用系數考慮
大跨度空間結構的豎向地震作用，尚可按豎向振型分解反應譜方法計算。
展開 
基于ANSYS/Workbench軟件的球罐有限元分析
3)地震作用工況。
下支柱下端當量應力：
157.34 MPa≤[σ]C=230 MPa
下支柱上端當量應力：
213.31 MPa≤[σ]C=230 MPa
地震作用工況支柱穩定性應力滿足要求。
4 結 論
1)采用Solidworks進行快速建模并導入到ANSYS/Workbench中，運用其自帶的MESH網格劃分模塊可實現高質量六面體網格的快速劃分，很大程度縮短了模型前處理的時間。
2)通過對上述3種工況下ANSYS/Workbench計算出的球罐相貫部位的應力強度及穩定性進行校核，其結果均滿足材料的許用極限，符合壓力容器分析設計標準JB 4732-1995(2005年確認)的相關要求。
3)經過計算分析得出地震作用工況下球罐拉桿承受的荷載最大，其整體的變形最為顯著。因此球罐設計過程中，關注地震作用工況下球殼應力分布情況的同時還應重點關注支柱及拉桿的應力分布情況，確保球罐遭遇的地震作用在其地震設防烈度范圍內時仍然能夠安全運行。
4)借助ANSYS/Workbench強大的后處理能力，通過使用其Probe探針功能可以快速求解出球罐支柱下端的固定約束對其產生的約束反力和反彎矩，同時還能求解出彈簧約束對支柱的反作用力，大大減少了模型的后處理時間，提高了球罐分析設計的效率。
【免責聲明】 文章為轉載，版權歸原作者所有。如涉及作品版權問題，請告知，本人將即刻作出相應處理
展開 結構地震波作用下的頻率響應模擬 ￥400
本案例仿真了一結構在一側受到低頻振動作用下的頻率響應結果，如圖1所示。
圖1 仿真結果
【02】建筑結構隔震層隔震支座布置原則
簡析
布置原則
同一隔震層可采用不同型號的支座，應根據支座在罕遇地震下的性能發揮合理選擇型號，當采用不同型號支座時，隔震支座底面宜布置在相同標高位置上，便于施工；
當需采用錯層隔震時，相鄰隔震層的層間位移角不應大于1/1000；
當上部結構存在剪力墻時，需采用隔震層轉換層時，應當根據剪力墻位置合理設置隔震支座型號和數量；
隔震層支墩尺寸構造上應匹配隔震支座尺寸，一般疊層橡膠支座連接板尺寸較支座有效尺寸大于100mm，支墩大小較連接板尺寸大于100mm，可提離支座、大型號橡膠支座需根據產品深化設計；
隔震層支墩間宜居中布置拉梁，當采用柱頂隔震且隔震層層高較低，為不影響建筑功能，可優化獨立柱設計以滿足剛度等要求時可不設置拉梁；
當布置鉛芯隔震橡膠支座以滿足抗風要求而導致隔震能力下降較為明顯時，可在隔震層周邊對稱、分散布置抗風裝置，一般情況下，抗風裝置應保證在小震和風荷載作用下正常使用，在遭遇設防地震時脆性斷裂，不影響隔震層水平運動；
橡膠隔震支座在罕遇地震作用下拉應力一般不大于1.0MPa，須注意上海標準Ⅲ、IⅣ類土時不宜超過0.5MPa。
拓展·獨立柱設計
獨立柱按懸臂柱進行受力分析；
獨立柱的邊、角柱在罕遇地震作用下容易產生嚴重破壞，對獨立柱的角柱、邊柱內力取值考慮隔震支座受耦合地震效應的影響，乘以放大系數 1.20；
柱子截面尺寸，應滿足受力要求；
柱子截面尺寸需滿足擱置隔震支座的構造要求；
柱長細比宜接近 5；
柱子軸壓比宜小，使其具有較好的延性；
獨立柱抗震等級不小于二級。
展開 【CAE案例】支持地震風險評估的土壤-結構相互作用的概率計算
1979年，第一次完成了地震的風險評估，在1990年法國也完成了第一次EPS。
EPS方法需要的輸入為：
1、初始事件（電路故障、地震等）；
2、系統的組成部分；
3、他們的不確定性。
輸出為：
1、最終的風險；
2、各組成部分對最終風險的影響。
圖一 EPS流程示意圖
02 研究方法
易損性曲線不僅隨著平板的加速度的變化而變化，也和土壤的加速度有關，如下圖二所示。為了求出不確定性曲線，研究人員使用結構仿真進行計算。有兩種計算方法，第一，通過ISS（Interaction Soil-Structure）和各組成部分進行易損性的完整計算；第二，分開計算，首先通過ISS計算得到平板的頻譜，其次進行各組分的易損性計算。在這兩種情況下都通過結構仿真和Miss3D進行ISS的概率計算。
圖二 物體不確定性組成
拉丁超立方抽樣作為一種不確定性傳播的概率方法有以下幾個優勢：首先對參數空間有良好的代表性，因為其以等概率間隔繪制并根據超立方體隨機組合；其次它對線性情況的收斂性較好，只需要大約三十次循環計算就足夠。圖三為拉丁超立方抽樣的示意圖。
圖三 拉丁超立方抽樣示意圖
研究人員得到了以下兩個模型，鏈狀模型和板狀模型，示意圖如下圖四。
圖四 鏈狀模型（左）和板狀模型（中、右）
計算前準備五個隨機變量，類型有三種：1、土壤的加速度；2、結構的楊氏模量和阻尼；3、土壤的楊氏模量和阻尼，其中土壤的楊氏模量和阻尼是相關變量，他們的關系如下圖五所示。
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