地震荷載
關(guān)注創(chuàng)建者：汴京抓魚(yú)人 創(chuàng)建時(shí)間：2023-10-26
地震荷載的視頻教程
ABAQUS：砌體磚墻在地震荷載下的響應(yīng)
采用abaqus模擬地震荷載下的砌體磚墻的響應(yīng) 1、混凝土采用CDP模型，磚采用理想彈塑性模型 2、磚之間考慮粘結(jié)力 3、地震荷載采用幫助文檔中的水平與豎直加速度時(shí)程曲線
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abaqus：模擬混凝土重力壩在地震荷載下的響應(yīng)，考慮壩體-水-土相互作用
采用abaqus模擬混凝土重力壩在地震荷載作用下的響應(yīng)，文件為2021版本 1、采用二維模型 2、混凝土采用CDP、土采用摩爾庫(kù)倫、水采用聲學(xué)單元 3、土地基采用無(wú)限元 4、地震荷載采用幫助文檔中帶的水平與豎向加速度時(shí)程曲線
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地震荷載的實(shí)例教程
地震荷載加載前需要對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析求解，來(lái)獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數(shù)，然后再對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強(qiáng)度折減
第二步：模態(tài)分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數(shù)、地震波加載
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術(shù)
地震工況下邊坡可能失穩(wěn)進(jìn)而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，為避免模擬滑坡時(shí)網(wǎng)格產(chǎn)生的畸變問(wèn)題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進(jìn)行滑坡的大變形模擬；土體本構(gòu)采用摩爾庫(kù)倫模型；采用模型底部小范圍內(nèi)的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結(jié)果展示
圖1：藍(lán)色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網(wǎng)格的劃分
圖3：賦予模型初始應(yīng)力
圖4：土體達(dá)到地應(yīng)力平衡時(shí)的應(yīng)力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區(qū)域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產(chǎn)生的位移
圖8：地震波產(chǎn)生的區(qū)域
展開(kāi) 應(yīng)用背景
混凝土大壩、核電站、高層建筑、橋梁等大型土木結(jié)構(gòu)體質(zhì)龐大，在地震荷載的激發(fā)下會(huì)導(dǎo)致支撐土體或巖石的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)與土壤之間的這種相互作用需要精確建模，以設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，正確評(píng)估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗震安全性。這種土壤結(jié)構(gòu)相互作用的工程分析存在若干難點(diǎn)：（一） 對(duì)相關(guān)地震斷層和地質(zhì)特征的了解有限：（二） 現(xiàn)有分析軟件中缺乏準(zhǔn)確的地震輸入方法：（三） 無(wú)法有效地模擬無(wú)限大的土壤域。LS-DYNA現(xiàn)在有一種新的土壤結(jié)構(gòu)相互作用分析方法，它高效、合理地應(yīng)用地震力，并以較低的計(jì)算成本準(zhǔn)確模型無(wú)邊界域。LS DYNA將地震力納入土壤結(jié)構(gòu)模型，只使用土壤結(jié)構(gòu)界面的自由場(chǎng)地面運(yùn)動(dòng), 無(wú)邊界域是采用完美匹配層模擬，可以有效的吸收邊界上的反射波。
案例說(shuō)明
如上圖所示，模型分為三個(gè)部分，柱體，土體和包裹土體的PML土體，材料參數(shù)如下：
PML單元材料為*MAT_PML_ELASTIC，彈性模量和密度均和土體保持一致，除了材料采用230號(hào)材料外，PML土體的單元算法要選擇2號(hào)算法，如下圖所示。
土體和柱體之間采用*INTERFACE_SSI關(guān)鍵字定義接觸，該關(guān)鍵字在地震結(jié)構(gòu)分析中非常常用，具體的用法也可以參考LS DYNA的關(guān)鍵字手冊(cè)，這里不再贅述。
采用*DEFINE_CURVE的定義地震荷載，地震荷載的施加采用*LOAD_SEISMIC_POINT施加在土體和柱體的接觸面上。
計(jì)算結(jié)果
展開(kāi) 3.2 偽靜態(tài)分析
許多情形下，我們把地震載荷作為偽靜力載荷(Pseudostatic Seismic Loading)進(jìn)行簡(jiǎn)單的地震載荷作用分析。通過(guò)指定相應(yīng)的地震荷載系數(shù)(seismic load coefficient)，可以在水平方向和垂直方向上施加偽靜力地震荷載。以前的文章討論過(guò)這種計(jì)算方法，在此不再贅述：
地震載荷作用下的邊坡穩(wěn)定性(Slope Stability Under Seismic Loading)
巖石邊坡平面滑動(dòng)(Planar Sliding)的安全系數(shù)---地震載荷作用(EXCEL解)
Gravity Dam: 重力式混凝土壩地震力計(jì)算
對(duì)于普通的邊坡穩(wěn)定性分析，一般只輸入水平地震載荷系數(shù)即可(Loading > Seismic Load), 在這種情況下計(jì)算的安全系數(shù)FOS=0.978。比較上面得出的FOS=1.358，可見(jiàn)地震荷載破壞了邊坡的穩(wěn)定性，導(dǎo)致邊坡發(fā)生破壞。
3.3 臨界地震系數(shù)分析
臨界地震系數(shù)(Critical Seismic Coefficient)是安全系數(shù)FOS=1時(shí)對(duì)應(yīng)的地震系數(shù)。本項(xiàng)目計(jì)算出的臨界地震系數(shù)ky=0.14, 這意味著如果小于這個(gè)數(shù)值邊坡就會(huì)發(fā)生破壞。
3.4 Newmark位移分析
Newmark位移分析(Newmark Displacement Analysis) 用來(lái)確定地震載荷導(dǎo)致的臨界Newmark位移，計(jì)算原理基于1965年Newmark提出的"滑塊法(sliding block method)"，估算地震引起的邊坡位移，一些研究人員也通過(guò)增加孔隙水壓力來(lái)估算地震引起的邊坡位移。這種分析方法比較簡(jiǎn)單，目前主要應(yīng)用在極限平衡法分析中。
展開(kāi) 圖9 給出了橫向地震荷載作用下5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向、水平向應(yīng)力變化特征，其與縱向地震波作用下的應(yīng)力演化特征基本一致。在2 種地震波作用下，3 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)出應(yīng)力先減小后增大，最后再減小至某穩(wěn)定范圍內(nèi)的特點(diǎn)。本文認(rèn)為：在加載初期，由于坡面崩塌，3 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的顆粒遷移，離開(kāi)坡面，應(yīng)力降至最小；在加載后期，上部崩塌的顆粒在坡腳堆積，3 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的上覆壓力增大，進(jìn)而引起內(nèi)部應(yīng)力增大；隨著持續(xù)加載，顆粒不斷滑動(dòng)，趨于新的平衡狀態(tài)，應(yīng)力值也逐漸達(dá)到恒定值。從應(yīng)力降低的幅度來(lái)看，在2 種動(dòng)力條件下，坡體大部分區(qū)域的應(yīng)力降低至初始應(yīng)力的1/10，顯然不利于邊坡穩(wěn)定，特別是在震后降雨、山洪暴發(fā)期易引發(fā)次生災(zāi)害。
對(duì)比圖8 和圖9，可知對(duì)于不同的動(dòng)力荷載，碎石土豎直邊坡的響應(yīng)機(jī)制明顯不同，其中1，2，3 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力在2 種地震波作用下無(wú)明顯差異，這是因?yàn)? 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離臨空的豎直坡面較近，顆粒間的相互作用力小于4，5 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所以在地震波作用下其應(yīng)力衰減較快。而4，5 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向應(yīng)力值在橫向地震波作用下的衰減速度要小于在縱向地震波作用下的衰減速度，5 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平應(yīng)力的變化規(guī)律也是如此。上述現(xiàn)象說(shuō)明縱向地震波作用下的碎石土內(nèi)部應(yīng)力的釋放要快于橫向地震波作用下，在地震波作用初期該現(xiàn)象易引發(fā)邊坡失穩(wěn)。
圖8 縱向地震波作用下的應(yīng)力演化特征圖
圖9 橫向地震波作用下的應(yīng)力演化特征圖
圖10 給出了地震荷載作用結(jié)束時(shí)坡體內(nèi)力鏈接觸分布特征，力鏈的形狀與顆粒間接觸應(yīng)力的大小有關(guān)，力鏈越細(xì)，表明接觸力越小。
展開(kāi) 
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海洋環(huán)境荷載的精確模擬
采用Morison方程等進(jìn)行波浪荷載計(jì)算
支持風(fēng)、流、冰、地震等多種環(huán)境荷載組合
可模擬極端海況（如百年一遇臺(tái)風(fēng)）與疲勞海況
2.
可擴(kuò)展研究方向
基于本模型的參數(shù)化特性，用戶可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)：
聯(lián)方型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模態(tài)特性與頻率分布規(guī)律研究；
參數(shù)變化（矢高、環(huán)數(shù)、徑數(shù)）對(duì)動(dòng)力性能的影響分析；
屈曲與穩(wěn)定性分析；
動(dòng)態(tài)荷載與地震響應(yīng)模擬；
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化與輕量化設(shè)計(jì)；
與 Python 或 MATLAB 聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批量分析與可視化報(bào)告生成。
風(fēng)荷載及地震作用荷載計(jì)算原則：
1）風(fēng)荷載計(jì)算：
根據(jù)設(shè)備廠家提供，分為兩個(gè)方向分別計(jì)算
2）地震作用程序自動(dòng)計(jì)算
根據(jù)原有設(shè)計(jì)圖紙的支架體系及構(gòu)件截面，支架理論計(jì)算模型如下圖3。
土木工程
進(jìn)行薄殼地震作用、風(fēng)荷載響應(yīng)分析中，單元能有效模擬殼體的振動(dòng)與失穩(wěn)，為結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。且單元計(jì)算的共振頻率與實(shí)測(cè)值偏差小于 2%。
補(bǔ)充EAS與ANS概念原理
在計(jì)算力學(xué)領(lǐng)域，殼單元的精度與效率始終是研究者關(guān)注的核心。當(dāng)殼體結(jié)構(gòu)面臨面內(nèi)彎曲、出平面彎曲或復(fù)雜變形時(shí)，傳統(tǒng)單元常因 “鎖定” 現(xiàn)象（如剪切鎖定、厚度鎖定）導(dǎo)致結(jié)果失真。
（7）加載方式：重力荷載：通過(guò)加速度場(chǎng)模擬；地震荷載：在結(jié)構(gòu)上施加慣性力。
圖 1 鋼筋混凝土高層框架結(jié)構(gòu)有限元模型
5 模態(tài)分析
本分析采用ANSYS的命令流方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，以獲取其前10階固有頻率和振型。分析過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：
（1）設(shè)置分析類(lèi)型：將分析類(lèi)型指定為模態(tài)分析，以便求解結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。
</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問(wèn)題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無(wú)誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。
</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問(wèn)題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無(wú)誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。
</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問(wèn)題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無(wú)誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。
</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問(wèn)題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無(wú)誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。
</p><p>慣性荷載：考慮結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和慣性效應(yīng)，如地震荷載或加速度。</p><p>在施加荷載和定義問(wèn)題參數(shù)后，必須進(jìn)行核查，確保所有設(shè)置正確無(wú)誤。然后，使用有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，得到模型的響應(yīng)。</p><p>（3）后處理（Post-processing）：</p><p>求解完成后，進(jìn)入后處理階段，這一階段的目的是分析和解釋求解結(jié)果。
