地震動(dòng)時(shí)程分析的案例
基于ANSYS的工程結(jié)構(gòu)抗震分析全過(guò)程（含全部程序+使用教程） ￥299
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)置分析類型：將分析類型指定為模態(tài)分析，以便求解結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。
（2）求解參數(shù)設(shè)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(tǒng)；指定提取前10階模態(tài)；設(shè)置頻率范圍，以排除非工程相關(guān)的高階模態(tài)；選用一致質(zhì)量矩陣，以確保模態(tài)結(jié)果的精度；采用PCG迭代求解器提高計(jì)算效率。
（3）模態(tài)歸一化與輸出控制：
設(shè)置MXPAND命令，展開(kāi)模態(tài)振型并進(jìn)行質(zhì)量歸一化，便于后續(xù)分析；不進(jìn)行模態(tài)后應(yīng)力計(jì)算，以簡(jiǎn)化分析輸出；不保存模態(tài)結(jié)果文件，用于快速試算階段。
（4）求解與完成：通過(guò)SOLVE命令啟動(dòng)計(jì)算，最終輸出結(jié)構(gòu)的固有頻率和對(duì)應(yīng)振型信息，用于后續(xù)動(dòng)力響應(yīng)分析。
圖 2 模態(tài)分析結(jié)果
6 動(dòng)力時(shí)程分析
6.1 地震波選取
在PEER強(qiáng)震數(shù)據(jù)庫(kù)中選取典型的EL Centro地震波作為動(dòng)力輸入，加速度時(shí)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(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)響應(yīng)時(shí)程分析，模擬結(jié)構(gòu)在地震波作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。分析流程如下：
（1）地震波數(shù)據(jù)讀取
從外部文件ElCentro.txt中讀取實(shí)測(cè)或合成的地震加速度時(shí)程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為四列（時(shí)間，X、Y、Z方向加速度），共2688個(gè)時(shí)間步。通過(guò)*VREAD語(yǔ)句將其導(dǎo)入數(shù)組，并自動(dòng)計(jì)算時(shí)間間隔dt。
（2）瑞利阻尼系數(shù)設(shè)定
采用經(jīng)典的雙頻點(diǎn)瑞利阻尼方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)第一階（0.708577Hz）與第二階（7.63773Hz）固有頻率計(jì)算出阻尼系數(shù)α與β，對(duì)質(zhì)量項(xiàng)與剛度項(xiàng)進(jìn)行阻尼控制，阻尼比設(shè)定為5%。
展開(kāi) 分享 | 如何建立等延性譜？
通過(guò)非線性動(dòng)力時(shí)程分析可以獲得結(jié)構(gòu)在地震作用下的非線性動(dòng)力響應(yīng)。精細(xì)化的建模計(jì)算在獲得結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)的同時(shí)又可以獲得局部構(gòu)件的響應(yīng)，然而精細(xì)化的模型需要復(fù)雜的建模和較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，大量地震動(dòng)下不同參數(shù)的計(jì)算顯得不切實(shí)際。當(dāng)我們重點(diǎn)關(guān)注的是結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)時(shí)，非線性反應(yīng)譜為估計(jì)結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng)提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法。本文以自復(fù)位模塊柔性支撐鋼框架為例，介紹了一種建立等延性譜的方法。
R-μ-T關(guān)系
為了建立非線性反應(yīng)譜，需要在軟件中建立一系列的單自由度系統(tǒng)，并使用多條不同頻譜特性的地震動(dòng)進(jìn)行時(shí)程分析。
在美國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范ASCE 7-16中，使用強(qiáng)度折減系數(shù)R對(duì)使用線彈性偽加速度譜計(jì)算得到彈性地震力Fe折減獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基底剪力Fy。如圖1所示，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力Fy是小于彈性地震力需求Fe的，因此結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計(jì)強(qiáng)度的地震動(dòng)作用時(shí)，會(huì)進(jìn)入非線性階段。
圖1 強(qiáng)度折減系數(shù)示意圖
單自由度系統(tǒng)使用R值進(jìn)行折減后的非線性響應(yīng)，需要通過(guò)相應(yīng)的非線性動(dòng)力時(shí)程分析確定。
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