結構地震分析的案例
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
近期，人們被日本九州地震和南美厄瓜多爾地震給震怕了，有人調侃“地球進入振動模式”，實際上從長期來看，世界范圍內的地震出現頻率和級別并無異常。在我們的科技水平還無法準確預測地震的時候，防震救災工作就顯得很重要，例如建筑設備的抗震能力能否抵抗住某次大級別地震，關系到人們生命安全問題。
以某個大跨度鋼結構為例，介紹一下CAE方法在地震分析中的應用。
地震分析方法一般分為底部剪力法、反應譜法和時程分析法。CAE領域常用反應譜法或時程分析法，時程分析法采用的載荷是某次具體的地震波，反應譜法是多個地震波的統計結果，由時域轉換成頻域而來，從計算的經濟性和通用性考慮，最常采用的是反應譜法。
地震波反應譜
學過力學的朋友都知道，地震波分為橫波和縱波，由于縱波的傳輸速度比橫波快，從振源首先到達地表，因此震中地區的人們首先感到的是上下震動，然后是橫向振動，豎向地震的加速度值比橫向要小，國標規定取橫向數值的65%，因此對地面設備造成最大破壞的是橫波的剪切作用。CAE分析過程也分為豎向地震和橫向地震。
在abaqus中采用反應譜法進行地震分析，需要先提取結構的頻率，然后再進行反應譜分析，同時輸入定義好的反應譜和阻尼，反應譜可以是加速度譜、位移譜、速度譜等內容：
提交計算后就可以得到結構在地震作用下的響應：
今年7月28日是家鄉唐山抗震40周年紀念日，在技術落后的年代，自然災害帶來的后果是慘痛的。
文章轉載自微信公眾號：SmartFEA
旨在分享知識，若侵即刪
展開 框架結構地震時程分析
框架結構地震時程分析
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
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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
展開 ANSYS框架結構地震時程分析
主要闡述了地震波選波的一些關鍵點，如何根據設計反應譜人工生成地震波，ANSYS讀入地震波的方法以及計算結果的輸出方法以及其他的一些相關技巧。
7月16-18日 北京+線上 | 結構抗震有限元分析方法與工程應用
5、多點激勵時結構隨機地震反應分析
6、考慮空間相關性時結構隨機地震反應分析
7、考慮行波效應的結構隨機地震反應分析
8、Ansys WB隨機振動分析理論
9、PSD曲線擬合
10、PSD分析設置
11、隨機振動1σ 2σ 3σ計算值的解釋
工程實例-1：PCB電路主板和機箱外殼的隨機振動分析
工程實例-2：核電廠房的一致激勵隨機振動分析
工程實例-3：核電廠房的多點激勵隨機振動分析
基于加速度法的結構地震時程反應分析（一致激勵計算方法）
掌握加速度法的計算原理與實現方法
1、加速度法簡介
2、單自由度體系的加速度法
3、多自由度結構的加速度法
4、加速度法的初值問題
5、加速度法的ANSYS workbench實現
工程實例-1：單自由度結構的加速度法分析
工程實例-2：基于加速度法的大跨度橋梁地震時程反應分析
基于位移法的結構地震時程反應分析（非一致激勵計算方法）
掌握位移法的計算原理與實現
方法
1、位移法簡介
2、時程多點激勵技術的原理
3、單自由度體系的位移法
4、多自由度結構的位移法
5、位移法的初值問題
6、位移法的ANSYS workbench實現
工程實例-1：質量-彈簧體系振動的位移法
工程實例-2：基于位移法的大跨度橋梁地震時程反應分析
基于大質量法的結構地震時程反應分析（非一致激勵計算方法）
掌握大質量法的計算原理與實現方法
1、大質量法簡介
2、大質量法的基本原理
3、大質量法的初值問題
4、大質量法的ANSYS
展開 框架結構近場、遠場地震非線性動力分析
遠場、近場地震結果分析
近場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節點650
節點530
節點410
節點290
節點170
節點32
最大值
5.907
5.475
4.657
3.472
2.391
1.182
最小值
-4.946
-4.518
-3.798
-2.813
-1.760
-0.956
遠場地震作用下選取特征點加速度最值對比/m/S2
最值
節點650
節點530
節點410
節點290
節點170
節點32
最大值
4.14596
3.63658
3.2745
2.8727
2.3499
1.26615
最小值
-3.6055
-3.690
-3.6656
-3.2505
-2.42285
-1.34764
可以看出，相同峰值加速度工況下，無論是位移還是加速度放大效應，近場地震波作用下框架結構頂部節點的放大效應要大于遠場地震波，所以，在地震時程分析過程中，不能忽略近場地震波的放大作用。
展開 ANSYS地震時程分析如何考慮結構自重的影響
很多朋友在用ANSYS做地震時程分析時，一直苦于如何在地震時程分析中考慮結構的恒載。
目前兩種比較典型的錯誤做法是：
一、先做靜力恒載工況分析，打開預應力pstres開關；然后轉到時程分析
結果：該做法結構恒載對后續時程分析毫無作用，結構時程分析的初始狀態依然是0。
二、直接將重力加速度加在地震波上，例如，acel,9.8+aceq(i)
結果：該做法相當于將重力加速度帶入了積分，相當于放大了地震波。
正確做法：在地震時程計算前，通過關閉與打開時間積分效應，來模擬結構恒載對地震時程分析的影響，一個典型的考慮結構恒載的地震時程分析步驟如下：
/solu
antype,trans
trnopt,full
timint,off !關閉時間積分效應
time,1e-6 !設置極小的時間荷載步
acel,,9.8 !施加重力加速度
solve !恒載求解
kbc,1 !階躍荷載
timint,on !打開時間積分效應
!==========
!讀取地震波
!==========
alphad,a
betad,b !阻尼定義
nsubst,1 !子步數定義
*do,i,1,N
time,0.02*i !時間點
acel,,aceq(i)
solve
*enddo
!========
save
展開 應用ABAQUS進行復雜建筑結構的彈塑性地震反應分析
Abaqus上海土木研討會上的演講ppt.
Abaqus.rar
【CAE案例】鋼筋混凝土結構的非線性地震分析的建模和實驗驗證
應用的地震信號為單軸垂直的，測試程序包括了9個遞增的加速度等級。
圖4 CEA測試模型
在通用結構仿真軟件中使用的計算模型由2500個用來模擬混凝土的DKT單元與1900個用來模擬鋼筋的GRILLE單元組成。使用實驗測得的數據設置楊氏模量等相關材料參數，在瞬態計算中，使用了二階NEWMARK時間積分法，增加了瑞利阻尼。分別使用ENDO_ISOT_BETON和GRILLE_CINE_LINE定義混凝土和鋼筋的非線性本構模型。
圖5 樓板DKT模型
03 結果分析
如下圖所示，針對Nada?_B模型的驗證，在兩種不同加速度時序載荷作用下，通用結構仿真計算的模型位移值與實驗值體現出非常好的一致性。尤其是最大位移量的計算上，計算值與實驗值的差異非常小。
圖6 Nice S1加速度時序譜與Meledy Ranch加速度時序譜下位移的計算值與實驗值
如下圖所示，針對Endo_Isot_Béton模型的驗證，對于非線性與線性計算結果，通用結構仿真計算值與實驗值都有著較好的匹配度。
圖7 樓板實驗線性（左）與非線性（右）實驗值與計算值比較
04 結論
在本次研究中，針對兩種鋼筋混凝土模型：2D各向異性的Nada?_B模型，與3D各向同性Endo_Isot_Béton模型，設計了相關實驗，并與通用結構仿真計算結果進行對比，結果證明這兩種計算模型都有著較高的精度。
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展開 基于粘彈性人工邊界的網架結構的摸態分析和地震分析（原創，如轉載，請注明出處）
分析類型：基于WORKBENCH的網架結構的摸態分析和地震分析
分析平臺：WORKBENCH17
技術難點：粘彈性人工邊界在WORKBENCH中的實現；WORKBENCH中的梁體單元連接
實現過程：
1、網架，柱采用梁單元188；
2、地基采用solid185
3/在網格邊界上所有結點加法向和切向combin14號單元用以模擬粘彈性人工邊界（有關理論可參考劉晶波老師的相關文章）。combine14單元的兩個結點，其中一個與實體單元相連，另一個結點固定。
(粘彈性人工邊界在ANSYS中的實現可參考我以前發的帖子《ANSYS知識普及系列15——粘彈性人工邊界在ANSYS中的實現》，網址為http://www.yqgqt.org.cn/content/post/292722)
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：考慮粘彈性人工邊界的建筑抗震分析。提高分析精度。
工程意義：建筑結構抗震
研究對象：網殼結構
代做業務：地震動力學分析
展開 結構抗震有限元分析方法與工程應用
工程實例-2：拱橋地震反應譜分析
工程實例-3：考慮流固耦合的核電壓力容器響應譜分析
工程實例-4：基于反應譜的核電廠安全殼地震響應計算
隨機振動
分析
掌握隨機振動分析理論、流程和計算技巧
1、隨機振動分析簡介
2、隨機振動理論基礎
3、生成功率譜密度（PSD）的方法
4、一致激勵時結構隨機地震反應分析
5、多點激勵時結構隨機地震反應分析
6、考慮空間相關性時結構隨機地震反應分析
7、考慮行波效應的結構隨機地震反應分析
8、Ansys WB隨機振動分析理論
9、PSD曲線擬合
10、PSD分析設置
11、隨機振動1σ 2σ 3σ計算值的解釋
工程實例-1：PCB電路主板和機箱外殼的隨機振動分析
工程實例-2：核電廠房的一致激勵隨機振動分析
工程實例-3：核電廠房的多點激勵隨機振動分析
基于加速度法的結構地震時程反應分析（一致激勵計算方法）
展開 
一致輸入和多點輸入下超長鋼框架結構動力彈塑性時程分析
0 概況
地震地面運動是一個復雜的時間和空間過程。在同一次地震中，結構尺度范圍內不同點的地震動過程是不同的，這是因為地震波在傳播過程中具有行波效 應、相干效應和場地效應等。嚴格來說，所有結構的地震反應分析，均應考慮地 震動空間變異性的影響。只是當結構尺度較小或采用整體基礎時，這種影響可能 較小，通常可按一致激勵進行分析。但是，隨著結構尺度的不斷擴大(如大跨結構)和延長型結構(如長大橋梁、超長航站樓指廊)的興建，地震動空間變異性的影響越來越顯著。
常規的結構地震分析是一致輸入下的結構地震反應分析，即假定地震波是同時到達結構、并且場地也是均勻的。在結構尺度很小時，這種近似不會對結構反應分析帶來很大的誤差；但是當結構的尺度很大、即大跨空間結構時，這種近似就不再能準確地表達出結構的反應，有時候引起的誤差是相當大的。此時，需要進行多維多點輸入的反應分析。
針對罕遇地震作用,本文采用位移輸入模式，對超長鋼框架結構建立有限元計算模型，分別采用一致激勵輸入和多點激勵輸入方法，進行動力彈塑性時程分析。通過數值模擬研究發現，在超長結構中（例如航站樓等）采用多點激勵輸入計算結構在罕遇地震作用下的響應更合理。
1.計算原理
1.1一致位移輸入模型
在絕對坐標系下，地面與結構一起運動，結構自由度可分成上部結構自由度及與基礎相連的支座自由度兩類，此時結構在地震作用下的動力平衡方程可寫成：
1.2 多點位移輸入模型
由D ?Alembert原理，一般采用集中質量矩陣，大跨結構(包含基礎在內)在地震作用下的震動微分方程是：
在時程分析中，多采用時域內逐步積分方法。
展開 【JY】YJK前處理參數詳解及常見問題分析（六）：地震信息
往期精彩
#性能分析
【JY】基于性能的抗震設計淺析（一）
【JY】基于性能的抗震設計淺析（二）
【JY】淺析消能附加阻尼比
【JY】近斷層結構設計策略分析與討論
【JY】淺析各動力求解算法及其算法數值阻尼(人工阻尼)
理念
【JY|體系】結構概念設計之(結構體系概念)
【JY|理念】結構概念設計之(設計理念進展)
【JY】有限單元分析的常見問題及單元選擇
【JY】結構動力學之顯隱式
【JY】淺談結構設計
【JY】淺談混凝土損傷模型及Abaqus中CDP的應用
【JY】淺談混凝土結構/構件性能試驗指標概念（一）
【JY】淺談混凝土結構/構件性能試驗指標概念（二）
#概念機理
【JY】基于Ramberg-Osgood本構模型的雙線性計算分析
【JY】結構動力學初步-單質點結構的瞬態動力學分析
【JY】從一根懸臂梁說起
【JY】反應譜的詳解與介紹
【JY】結構瑞利阻尼與經濟訂貨模型
【JY】主成分分析與振型分解
【JY】淺談結構多點激勵之概念機理（上）
【JY】淺談結構多點激勵之分析方法（下）
【JY】板殼單元的分析詳解
【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
【JY】振型求解之子空間迭代
【JY】橡膠支座精細化模擬與有限元分析注意要點
【JY】推開土木工程振型求解之蘭索斯法(Lanczos法)的大門
【JY】基于OpenSees和Sap2000靜力動力計算案例分析
【JY】建筑結構施加地震波的方法與理論機理
【JY】力薦佳作《結構地震分析編程與應用》
#軟件討論
【JY】復合材料分析利器—內聚力單元
【JY】SDOF計算教學軟件開發應用分享
【JY】Abaqus案例—天然橡膠隔震支座豎(軸)向力學性能
【JY】Abaqus6.14
展開 【CAE案例】結構仿真對層壓木質結構的地震響應進行自動化非線性建模中的應用
01 研究背景
本次研究對象木質結構，這種傳統材料其實有著顯著的各向異性。使用木頭制作的交叉層壓板（圖2），即CLT板同樣具有各向異性。CLT板材在兩個主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩定性，在墻面和地板的建造中都有使用。
圖1 木材的各向異性
圖2 CLT板的結構
木質結構在地震的整體表現主要由接觸和離散的連接結構決定。連接結構對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應，并且板與板之間的接觸是單邊的。
圖3 地震對結構的作用方式
02 自動化建模方法
藍色：墻面
黃色：墻間接觸面
綠色：墻地板接觸面
暗紅：地板面
鮮紅：角支架（只有抗剪剛度的K_T_D_L 彈簧）
黑色：WC/WFC/FC（有抗剪剛度和軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
紫色：拉力構件（只有軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
圖5 拉力構件的力學響應
圖6 網格
模型一共有449個面（61個CLT板），204個有接觸和摩擦的邊緣，1543個離散元件代表9種連接構件，211個板件連接。所有的組和連接區域都是自動生成的。
03 計算結果
線性模型
無摩擦接觸
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
低加速度時的兩種建模的差別
（左）直接連接，（右）有接觸和摩擦
（左）時變場驗證，（右） 累計場驗證
04 結論與展望
檢驗的應力場包括：
1. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結合產生的板在縱向的應力；
2. 垂直于板的剪切力產生的縱向剪切應力；
3.
展開 框架結構 剪力墻結構 ABAQUS水平地震力計。算 ,push over ，動力時程計算 ，反應譜
框架結構 剪力墻結構 ABAQUS水平地震力計。算 ,push over ，動力時程計算 ，反應譜(二維建模，三維建模)
