地震荷載的案例
ANSYS強度折減法邊坡穩定性分析及地震荷載分析 ￥30
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬 ￥70
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術
地震工況下邊坡可能失穩進而出現滑坡現象，為避免模擬滑坡時網格產生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進行滑坡的大變形模擬；土體本構采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結果展示
圖1：藍色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網格的劃分
圖3：賦予模型初始應力
圖4：土體達到地應力平衡時的應力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產生的位移
圖8：地震波產生的區域
展開 LS DYNA PML完美匹配層單元的簡單應用
應用背景
混凝土大壩、核電站、高層建筑、橋梁等大型土木結構體質龐大，在地震荷載的激發下會導致支撐土體或巖石的運動，進而進一步影響結構本身的運動。結構與土壤之間的這種相互作用需要精確建模，以設計抗震結構，正確評估現有結構的抗震安全性。這種土壤結構相互作用的工程分析存在若干難點：（一） 對相關地震斷層和地質特征的了解有限：（二） 現有分析軟件中缺乏準確的地震輸入方法：（三） 無法有效地模擬無限大的土壤域。LS-DYNA現在有一種新的土壤結構相互作用分析方法，它高效、合理地應用地震力，并以較低的計算成本準確模型無邊界域。LS DYNA將地震力納入土壤結構模型，只使用土壤結構界面的自由場地面運動, 無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。
案例說明
如上圖所示，模型分為三個部分，柱體，土體和包裹土體的PML土體，材料參數如下：
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號材料外，PML土體的單元算法要選擇2號算法，如下圖所示。
土體和柱體之間采用*INTERFACE_SSI關鍵字定義接觸，該關鍵字在地震結構分析中非常常用，具體的用法也可以參考LS DYNA的關鍵字手冊，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。
計算結果
展開 地震載荷作用下的邊坡穩定性(Seismic Loading)---偽靜態和Newmark位移分析
3.2 偽靜態分析
許多情形下，我們把地震載荷作為偽靜力載荷(Pseudostatic Seismic Loading)進行簡單的地震載荷作用分析。通過指定相應的地震荷載系數(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。以前的文章討論過這種計算方法，在此不再贅述：
地震載荷作用下的邊坡穩定性(Slope Stability Under Seismic Loading)
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
對于普通的邊坡穩定性分析，一般只輸入水平地震載荷系數即可(Loading > Seismic Load), 在這種情況下計算的安全系數FOS=0.978。比較上面得出的FOS=1.358，可見地震荷載破壞了邊坡的穩定性，導致邊坡發生破壞。
3.3 臨界地震系數分析
臨界地震系數(Critical Seismic Coefficient)是安全系數FOS=1時對應的地震系數。本項目計算出的臨界地震系數ky=0.14, 這意味著如果小于這個數值邊坡就會發生破壞。
3.4 Newmark位移分析
Newmark位移分析(Newmark Displacement Analysis) 用來確定地震載荷導致的臨界Newmark位移，計算原理基于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增加孔隙水壓力來估算地震引起的邊坡位移。這種分析方法比較簡單，目前主要應用在極限平衡法分析中。
展開 
基于離散元循環荷載作用下的邊坡穩定性分析
圖9 給出了橫向地震荷載作用下5 個監測點的豎向、水平向應力變化特征，其與縱向地震波作用下的應力演化特征基本一致。在2 種地震波作用下，3 號監測點均表現出應力先減小后增大，最后再減小至某穩定范圍內的特點。本文認為：在加載初期，由于坡面崩塌，3 號監測點的顆粒遷移，離開坡面，應力降至最??；在加載后期，上部崩塌的顆粒在坡腳堆積，3 號監測點附近的上覆壓力增大，進而引起內部應力增大；隨著持續加載，顆粒不斷滑動，趨于新的平衡狀態，應力值也逐漸達到恒定值。從應力降低的幅度來看，在2 種動力條件下，坡體大部分區域的應力降低至初始應力的1/10，顯然不利于邊坡穩定，特別是在震后降雨、山洪暴發期易引發次生災害。
對比圖8 和圖9，可知對于不同的動力荷載，碎石土豎直邊坡的響應機制明顯不同，其中1，2，3 號監測點的豎向應力和水平應力在2 種地震波作用下無明顯差異，這是因為3 個監測點距離臨空的豎直坡面較近，顆粒間的相互作用力小于4，5 號監測點，所以在地震波作用下其應力衰減較快。而4，5 號監測點的豎向應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 號監測點水平應力的變化規律也是如此。上述現象說明縱向地震波作用下的碎石土內部應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象易引發邊坡失穩。
圖8 縱向地震波作用下的應力演化特征圖
圖9 橫向地震波作用下的應力演化特征圖
圖10 給出了地震荷載作用結束時坡體內力鏈接觸分布特征，力鏈的形狀與顆粒間接觸應力的大小有關，力鏈越細，表明接觸力越小。
展開 鋼架結構計算及加固方案分析 ￥15
《建筑荷載設計規范》（GB 50009）</p><p>2. 《鋼結構設計標準》（GB 50017）</p><p>3. 《建筑抗震設計規范》（GB50011）</p><p>荷載信息：</p><p>根據項目所提供圖紙上的荷載添加：</p><p>靜載荷：單個點350KN；</p><p>風載荷：當地基礎風壓為0.4KN/m^2；</p><p>地震荷載：地震設防烈度6（0.05g），場地類別II類，設計地震分組：第一組；地震效應增大系數1.0； 多遇地震；設計特征周期,0.65s；阻尼比,0.05?？蚣芙Y構抗震等級為四級，結構安全等級為二級。地震荷載工況為rx、ry。</p><p>根據《建筑抗震設計規范》（GB50011）表5.5.1所描述：多高層鋼支架層間位移角限值為1/250。
展開 反應譜分析與Pushover分析
反應譜分析是根據結構自身特性及場地特征確定的地震加速度最大值，然后將此加速度值作用值施加至結構上，進一步求得結構在地震作用下的荷載值，然后將地震荷載與其他荷載進行組合合理選擇結構各構件的配筋或者截面。 Pushover分析則是在已知結構構件配筋和截面的情況下，施加等效靜力荷載（根據地震作用確定），來確認地震作用下整體結構的性能目標，以及確定塑性鉸出現順序，指導結構工程師來確認需要構造加強的部位。 通過以上介紹可以看出，這兩種分析方法是相輔相成，共同完成抗震設計。而且，Pushover分析中的需求譜是通過加速度反應譜轉化求得，Pushover分析亦可采用反應譜分析多的層剪力分布模式加載。二者從本質上都是將動力問題簡化為靜力問題，便于工程師理解和使用。
展開 北美最高建筑—紐約世貿中心結構分析
紐約地區的高層建筑設計主要由風荷載控制，這種外形可以有效減小塔樓風壓。
框架體系結構用鋼大約為45000噸
塔樓的總高度（包括塔尖）為1776英尺，主體結構的高度與原世貿大樓的高度相同（1368英尺）
二、結構創新技術
塔樓的基礎和地下結構采用擴展和條形基礎建立在曼哈頓的基石上，每平方英尺可以承受60噸或更多的力。由于空間限制，例如靠近地鐵線路，有時需要深挖基礎以獲得更大的地基承載力，此時的地基承載力達到了114噸每平方英尺。在巖石下80英尺的地方放置錨桿來抵御極端風事件帶來的傾覆作用。
地鐵在塔樓地下西部運行（挖掘下來的基石通過擋土墻包圍，保持世貿中心本來的地下水位）。因為施工時必須保證地鐵線路的正常運行，施工順序在地下結構設計時就成了首要考慮的因素。臨時結構鋼框架被引入并整合到結構中。用于臨時支撐樓板的永久和臨時鋼架跨越在鐵軌上方，而一些塔樓的柱子則被轉移至遠離鐵軌。
塔樓的穩定體系，通過地下結構進行提升，達到自平衡。塔樓結構是一個混合體系， 混凝土核心筒框架外包圍了鋼樓板骨架和周邊韌性鋼框架。鋼筋混凝土核心筒體系在塔樓中心如同脊椎，為重力荷載、風荷載和地震荷載提供承載力。核心筒在底部幾乎是正方形，基礎挖深大約為110英尺——足夠承擔本塔樓的重量，包括設備間和各種形式的出口。墻體之間采用鋼筋混凝土墻寬翼緣梁連接混凝土剪力墻，周邊加入柔性框架，增強建筑冗余度，并進一步提高側向風荷載和地震荷載作用下的整體建筑性能。周邊框架包圍了所有垂直和傾斜構件，形成了管狀結構。
塔樓的反棱柱幾何外形在其獨特結構條件下，需要特殊的節點設計和制造方法。為進一步提高抗側力體系，核心筒部分通過伸臂桁架與外框架結構相連。由此，周邊框架核心筒體系可以使塔樓更加安全。
展開 堤防大壩設計，七大要點！
六、應力應變計算
高土石壩一般要用有限元法計算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應力應變，以判斷是否發生剪切破壞、有無過量的變形、是否存在拉力區和裂縫、防滲土體是否發生水力劈裂，為壩體穩定分析和與土壩連接建筑物設計提供依據。
七、抗震設計
強烈的地震往往造成極大的破壞，水庫的修建往往可以誘發地震。水庫誘發地震主要是指由于水庫蓄水后，庫水滲透到巖石中，使巖體孔隙水壓力增大，導致斷層面的有效應力減小、抗剪強度降低，以至產生滑動。通過抗震計算使水工建筑物滿足穩定要求和強度要求。
為了減小地震荷載，應將壩址選在地震運動較弱，對壩體抗震有利的地段，避開不利的地段，不得在危險地段建壩。地震震級是表示地震時釋放能量大小的尺度。地震烈度是指某一地區地面和各類建筑物遭受一次地震影響的強弱程度。一次地震只有一個震級，然而隨震中距離的遠近，卻可以有不同的烈度。
地震荷載是大壩遭受地震時所承受的荷載，包括地震慣性力、水平向地震動水壓力和地震動土壓力。其大小與建筑物所在地區的地震烈度有關。地震荷載計算方法有動力法和擬靜力法兩種。
抗震設計時常用到基本烈度和設計烈度?；玖叶仁侵附ㄖ锼诘貐^在今后一定時期內可能遭遇的最大地震烈度。作為抗震設計中實際采用的烈度，稱為設計烈度。對于重要建筑物的設計烈度可在基本烈度的基礎上提高1度。
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展開 無縫預制混凝土橋梁的好處和抗震設計要求
橋臺的抗橋梁慣性荷載能力應與可以可靠調動的土壤阻力、橋臺墻的結構設計、以及是否允許墻體被設計地震損壞等方面相匹配。側墻承載力應根據合理的被動土壓力理論進行評估。
在地震荷載作用下，土壓力對橋臺墻的作用從靜態變為兩種可能的狀態：
? 動態主動壓力狀態，墻體遠離回填；
? 被動壓力狀態，橋梁慣性荷載將墻體推向回填。
占主導的土壓力狀態取決于地震引起的橋臺墻、橋梁上部結構和橋臺結構的運動幅度。半整體式橋臺和相應的荷載圖如圖2所示。
橋臺抗力應限制在根據美國州公路和運輸官員協會《LRFD橋梁抗震設計指導規范》規定程序所得值的70%。橋臺剛度Keff和被動能力Pp應具有雙線性或其他更高階非線性關系的特征。當背墻的運動以平移為主時，可以假設被動壓力在高度上呈均勻分布狀態。
在半無縫或L型橋臺后方土壤的被動壓力耐受能力將通過上部結構大幅度縱向位移進行調動時，橋梁可以設計成以橋臺作為縱向抗震系統（ERS）的關鍵元件。橋臺需設計成能夠承受設計地震位移。如果設計中包括了橋臺剛度和承載力，則應該意識到，通過橋臺位移產生的被動壓力區，會延伸到通常用于工作靜載設計的主動壓力區之外。橋梁的動態分析中不需要考慮作用在橋臺上的動態主動土壓力。
無縫小跨度橋梁也可以使用圖3示土工合成墻和結構性土（SE）墻進行支撐。橋梁應符合以下要求：
1.墻體總高度應在10米或以下，其中包括保留的擋土高度，至埋入式擴展基礎的底部。
2.對于結構性土墻，橋梁基礎的前緣應至少距離面板背面1.2米。
展開 適用于ABAQUS的黏彈性邊界(粘彈性邊界)及等效地震荷載施加插件程序 v3.2.1 ￥9999
本程序已停售，由于之前有人購買所以無法刪除帖子，價格設置為防拍價，請勿購買，謝謝
液化分析和評價(Liquefaction Analysis and Evaluation)文獻聚合
Day (2002) 編寫的<巖土地震工程手冊>是一本非常不錯的參考書.
3 液化原理
土的液化現象可以描述為由于土骨架的孔隙壓力積聚而導致的剪切強度下降。無粘性土的抗剪強度τ主要取決于內摩擦角和作用在土骨架上的有效應力. 當飽和松散的砂土受到由基巖剪切波向上傳播引起的地震荷載時，砂開始沉降和變密。然而，與水排出所需的時間相比，循環應力作用的持續時間非常短，以致土的體積收縮不可能立即發生，多余的孔隙壓力將逐漸累積起來。當孔隙壓力等于總應力，從而將有效應力降低到零時，砂將暫時完全失去其剛度和剪切強度。這樣的狀態被稱為 "初始液化"。在初始液化開始時，松散的砂會經歷沒有限制的變形或流動，對變形不產生阻力. 因此，支撐在液化沉積物上方或內部的結構會發生明顯的沉降和傾斜；水向上流到表面，造成砂沸騰, 導致埋在地下的結構變得有浮力，漂浮到表面。這種現象被稱為 "液化"，顯然這是任何類型的建筑都要避免的一種情況。
相對密實的砂沉積物需要更多的重復循環應力或更大強度的循環應力才能形成初始液化狀態。 然而，隨后的地震應力應用將導致由擴張趨勢引起的孔隙壓力下降， 因此，土將形成足夠的剪切阻力以防止進一步流動。在發展阻力的過程中，土將不得不經歷一定程度的變形。隨著地震荷載的持續，產生穩定狀態所需的變形量可能會增加，但它永遠不會大于某個極限。不同的調查者將這種現象稱為 "有限應變勢的初始液化"、"循環流動性 "或其他類似的術語。
液化勢(Liquefaction Potential)是指對飽和無粘性土層施加地震剪應力所導致的一系列事件中的任何一種，該事件最終可能導致抗剪能力的喪失或超應變的發展。
展開 【CAE案例】氣冷反應堆堆芯中開裂石墨磚局部變形效應模擬
整合code_aster以及由格拉斯哥大學（University of Glasgow）開發的裂紋分析工具MoFEM的石墨磚裂紋發展分析模型，其中
【模型1】一個石墨磚單元；
【模型2】用于研究老化堆芯中的局部變形對相鄰組件影響的模型，其中包含中心產生裂紋的石墨磚單元及其相鄰單元;
【模型3】可用于分析反應堆在地震荷載下響應的完整反應堆模型。這些模型旨在與其他模型對比，提供可能的附加功能并提升準確度和使用性能。本期我們主要關注第二種模型。
圖2 AGR反應堆堆芯中的石墨磚及其模型
（從左到右：使用MoFEM的裂紋發展模型；開裂石墨磚對相鄰組件的影響；地震荷載下反應堆的響應）
02 輻射作用下石墨磚的材料行為
石墨磚在APR反應堆常年運行過程中經快速中子輻照會導致其尺寸的變化（圖3），并與輻射氧化作用一起共同改變材料的微結構與內部應力。隨著時間流逝，石墨磚內部應力不斷增大，強度不斷降低，正是這種現象導致石墨磚中裂紋的產生。EDF的合作伙伴開發了一種特殊的材料行為法則，即最初用于ABAQUS模型的一種用戶自定義材料（UMAT），而得益于code_aster與UMAT的接口，這一材料法則現可直接用于code_aster模型。
釋放內部應力并出現裂紋的石墨磚在輻射作用下發生的持續變形會使相鄰組件產生位移。針對這種現象，將利用下文提到的CBNA模型進行分析。
圖3 石墨磚在輻射作用下幾何形狀的演變
03 CBNA模型
CBNA模型用于研究出現裂紋的石墨磚及其相鄰組件之間的相互作用，由一塊燃料磚及其周圍所有部件組成。模型的大小由在X、Y、Z三個方向上的模塊數決定。此三維模型的復雜性主要來源于各相鄰組件之間大量的接觸面，code_aster中的接觸算法因此受到了考驗。
展開 全網首發！基于ANSYS的工程結構抗震分析全過程（含全部程序+使用教程） ￥299
（7）加載方式：重力荷載：通過加速度場模擬；地震荷載：在結構上施加慣性力。
圖 1 鋼筋混凝土高層框架結構有限元模型
5 模態分析
本分析采用ANSYS的命令流方式對結構進行模態分析，以獲取其前10階固有頻率和振型。分析過程包括以下幾個步驟：
（1）設置分析類型：將分析類型指定為模態分析，以便求解結構的固有頻率和振型。
（2）求解參數設定：
采用Lanczos方法，這是一種高效的特征值求解方法，適用于大型稀疏系統；指定提取前10階模態；設置頻率范圍，以排除非工程相關的高階模態；選用一致質量矩陣，以確保模態結果的精度；采用PCG迭代求解器提高計算效率。
（3）模態歸一化與輸出控制：
設置MXPAND命令，展開模態振型并進行質量歸一化，便于后續分析；不進行模態后應力計算，以簡化分析輸出；不保存模態結果文件，用于快速試算階段。
（4）求解與完成：通過SOLVE命令啟動計算，最終輸出結構的固有頻率和對應振型信息，用于后續動力響應分析。
圖 2 模態分析結果
6 動力時程分析
6.1 地震波選取
在PEER強震數據庫中選取典型的EL Centro地震波作為動力輸入，加速度時程如下圖。
圖 3 EL Centro地震波
6.2 在ANSYS中施加地震慣性力
本分析采用ANSYS平臺進行結構的地震動響應時程分析，模擬結構在地震波作用下的動態響應特性。分析流程如下：
（1）地震波數據讀取
從外部文件ElCentro.txt中讀取實測或合成的地震加速度時程數據，數據格式為四列（時間，X、Y、Z方向加速度），共2688個時間步。通過*VREAD語句將其導入數組，并自動計算時間間隔dt。
展開 裝配式結構的節點到底是啥樣的？
（1）柱-柱連接
裝配式混凝土框架結構中，預制柱之間的連接往往關系到整體結構的抗震性能和結構抗倒塌能力，是框架結構在地震荷載作用下的最后一道防線，及其重要。預制柱之間的連接常采用灌漿套筒連接的方式實現，灌漿套筒預埋與上部預制柱的底部（見圖1（a）），下部預制柱的鋼筋伸出樓板現澆層之上，預留長度保證鋼筋在灌漿套筒內的錨固長度加上預制柱下拼縫的寬度。現場安裝時，通過“定位鋼板”等裝置固定下部伸出鋼筋，使得下部伸出鋼筋與上部預制柱的套筒位置一一對應，如圖1（b）所示。待樓層現澆混凝土澆筑、養護完畢后，吊裝上部預制柱，下部鋼筋伸入上部預制柱的灌漿套筒內，預制柱經過臨時調整和固定后，進行灌漿作業。預制柱可以制作成方柱或圓柱等多種形式，采用灌漿套筒的柱-柱連接均可以實現較好的連接效果，如圖1（c）和（d）所示。
由于灌漿套筒直徑大于相應規格的鋼筋直徑，為了保證混凝土保護層的厚度，預制柱的縱向鋼筋相對于普通混凝土柱往往略向柱截面中間靠近，使得有效截面高度略小于同規格的普通混凝土柱，在預制柱計算和設計時，需要額外注意。柱腳的灌漿套筒預埋區域形成了“剛域”，該處實際截面承載力強于上部非“剛域”部位，在地震荷載下，容易導致“剛域”上部混凝土壓碎破壞，故在灌漿套筒上部不高于50mm的范圍內必須要設置一道鋼筋，提高此處混凝土的橫向約束能力，加強此處的結構性能。
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