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1楼层浇筑过程仿真分析/PREP7!定义单元类型、实常数、截面参数ET,1,BEAM188ET,2,SHELL63MP,EX,1,3.25E10 !定义C40混泥土材料属性MP,PRXY,1,0.17MP,DENS,1,2800MP,EX,2,3.0E10 !定义C30混泥土材料属性MP,PRXY,2,0.17MP,DENS,2,2800MP,EX,3,3.0E10MP,PRXY,3,0.167MP,DENS,3,2800SECTYPE,1,BEAM,RECT !框架柱截面特性，设定为矩形截面梁SECDATE,1,1 ！梁宽1，高1SECTYPE,2,BEAM,RECT !外框架梁截面特性SECDATA,0.3,0.5SECTYPE,3,BEAM,RECT !内框架梁截面特性SECDATA,0.4,0.7SECTYPE,4,BEAM,RECT !次梁截面特性SECDATE,0.2,0.4R,2,0.2 !定义楼板及外墙厚度R,3,0.3 !定义筒体单元实常数!建模K,3000,22,8,72k,4000,1000K,,KFILL,1,12KGEN,5,1,12,,,4 KGEN,11,1,60,,,,3!建立框架柱模型*DO,I,1,541,60L,I,I+60*ENDDOLGEN,3,1,10,1,8,,,2 LGEN,2,1,30,1,,16,,48 LGEN,2,1,10,1,,8,,24 LGEN,2,21,30,1,,8,,24 LGEN,2,1,80,1,28,,,7 LATT,1,,1,,4000,,1 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL!建立外环梁模型L,61,65L,65,89L,89,92L,92,68L,68,72L,72,120L,120,109L,109,61LGEN,10,161,168,1,,,3,60 LATT,1,,1,,4000,,2 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL!建立内框架梁模型L,63,111L,85,89L,89,113L,70,118L,92,96L,92,116LGEN,10,241,246,1,,,3,60 LATT,1,,1,,3000,,3 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLLSEL,U,,,ALL！建立次梁模型L,62,110L,64,112L,69,117L,97,108L,73,77L,80,84L,90,102L,91,103LGEN,10,301,309,1,,,3,60 LATT1,,1,,3000,,4 LESIZE,ALL,2 LMESH,ALLALLS!建立楼层板模型*DO,I,61,64A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,4,1,4,1,,4,,12*DO,I,68,71,1A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,4,17,20,1,,4,,12*DO,I,89,91,1A,I,I+1,I+13,I+12*ENDDOAGEN,10,1,35,1,,,3,60 A,653,656,644,641 AATT,2,2,2AESIZE,ALL,2AMESH,ALLASEL,U,,,ALL!建立外墙模型并划分网格*DO,I,61,64,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,89,91,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,68,71,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,109,112,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,116,119,1A,I,I+1,I+61,I+60*ENDDO*DO,I,61,97,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,65,77,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,68,80,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDO*DO,I,72,108,12A,I,I+12,I+72,I+60*ENDDOAGEN,9,352,382,,,,3,60 AATT,3,2,2AESIZE,ALL,2 AMESH,ALLASEL,U,,,ALL!建立筒体模型A,53,56,656,653A,41,44,644,641AATT,1,3,2ESIZE,1,0MSHAPE,0,2DMSHKEY,1AMESH,ALLASEL,U,,,1A,41,53,653,641A,44,56,656,644AATT,1,3,2ESIZE,1,0MSHAPE,0,2DMSHKEY,1AMESH,ALLNUMMRG,ALLNUMCMP,ALLALLSELSA VEFINISH!至此，模型已经全建立完毕！进入求解模块/SOLUANtYPE,STATICDELTIM,0.1,0.05,0.2AUTOTS,ONNLGEOM,ONPRED,ONLNSRCH,ONNSEL,S,LOC,Z,0D,ALL,ALLACEL,,,10!开始施工过程的模拟ESEL,ALLEKILL,ALLESEL,ALLNSEL,ALLD,ALL,ALL!首先修建柱子和梁，同事再修建楼板！将柱、梁和楼板所属的单元激活，并删除其全部约束ESEL,S,TYPE,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,2NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSNSEL,R,LOC,Z,0D,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE!激活第二至第十层的柱、梁和楼板单元*DO,I,2,10,1ESEL,S,TYPE,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*IESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,2NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*IESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE*ENDDO!至此，梁、柱和楼板施工完毕!以下进行外墙及隔墙的施工ESEL,S,MAT,,3 NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3 ESLN,R,1 EALIVE,ALL NSLE,S DDELE,ALL,ALL ALLSESEL,S,MAT,,1 NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,0,3 ESLN,R,1 EALIVE,ALL NSLE,S DDELE,ALL,ALL ALLSNSEL,S,LOC,Z,0 DDELE,ALL,ALL NSEL,ALL ESEL,ALL SOLVE!激活第二至第十层的墙面单元*DO,I,2,10,1ESEL,S,MAT,,3NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*I ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLALLSESEL,S,MAT,,1NSLE,SNSEL,R,LOC,Z,3*(I-1),3*I ESLN,R,1EALIVE,ALLNSLE,SDDELE,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,ALLSOLVE*ENDDOFINISH!求解过程结束!进入通用后处理器查看结果/POST1PLNSOL,U,XPLNSOL,U,yPLNSOL,U,zPLNSOL,S,XPLNSOL,S,YPLNSOL,S,Z!查看柱子和梁的轴力，剪力和弯矩ESEL,S,TYPE,,1ETABLE,IF,SMISC,1 !定义轴力单元列表1 ETABLE,JF,SMISC,7 !定义轴力单元列表2 ETABLE,II,SMISC,2 !定义剪力单元列表1 ETABLE,JI,SMISC,8 !定义剪力单元列表2 ETABLE,IM,SMISC,6 !定义弯矩单元列表1 ETABLE,JM,SMISC,12 !定义弯矩单元列表2 PLETAB,IF,NOA V !显示轴力单元列表1 PLETAB,JF,NOA V !显示轴力单元列表2 PLETAB,II,NOA V !显示剪力单元列表1 PLETAB,JI,NOA V !显示剪力单元列表2 PLETAB,IM,NOA V !显示弯矩单元列表1 PLETAB,JM,NOA V !显示弯矩单元列表2 FINISH2.斜拉桥三维仿真分析/filname,cable-stayed bridge,1 keyw,pr_struc,1/prep7!定义单元类型!定义材料属性mp,ex,1,3.5e10mp,prxy,1,0.17mp,dens,1,2500mp,ex,2,10e15mp,prxy,2,0mp,dens,2,0mp,ex,3,1.9e10mp,prxy,3,0.25mp,dens,3,1200mp,damp,3,0.5!定义实常数!定义实常数r,1,25.6,5.46,546.133,16,1.6r,2,16,29.417,15.394,3.4,4.7r,3,54,364.5,162,6,9r,4,40,213.3,83.3,5,8r,5,1,1/12,1/12,1,1r,6,0.012,0.012 !索的!创建节点和单元!建立主梁节点/view,1,1,1,1/angle,1,270,xm,0/replot*do,i,1,59 !此循环用于建立主梁的半跨节点x=-174*2+(i-1)*6 !最左端x=174*2，x=0左边的节点x坐标值，间距为6y1=-14 !桥面宽28米，故左边节点为-14y2=14 !桥面宽28米，故右边节点为-14n,3*(i-1)+1,x !建立主梁节点3*（i-1）+1为节点号n,3*(i-1)+2,x,y1 !以下两行建立桥面两边节点n,3*i,x,y2 !能想出这种建模命令的绝对是编程高手，哈哈*enddo !完全可以先建立端部的三个节点，然后用这三个节点在x 方向上复制59份，间距为6!建立主梁单元type,1real,1mat,1*do,i,1,58,1 !以下循环建立建立桥面中线主梁单元j=3*(i-1)+1e,j,j+3*enddo!建立鱼刺刚横梁type,1real,5mat,2j2=3*ie,j,j1e,j,j2*enddo!建立半跨主塔i=59*3 !变量用于记录桥面的节点数，即至此已经建立了59*3个节点了，用于指导以后设定节点的编号n,i+1,-174,-10,-30 !以下两行记录塔脚节点n,i+2,-174,10,-30n,i+3,-174,-15 !以下两行用于建立与桥面齐高的主塔节点n,i+4,-174,15*do,j,1,5,1 !以下循环用于建立索塔在桥面以上的节点k=i+4+jn,k,-174,0,60+(j-1)*18*enddo!建立下索塔单元type,1real,4mat,1e,i+1,i+3 !以下用于建立主塔在桥面以下的两根塔柱单元e,i+2,i+4!建立中索塔单元type,1real,3mat,1e,i+3,i+5 !以下用于建立倒Y分叉点到桥面间的两根塔柱单元e,i+4,i+5!建立上索塔单元type,1real,2mat,1*do,j,1,4,1 !以下用于建立倒Y分叉点以上的塔柱单元k=i+4+je,k,k+1*enddo!建立与塔的倒Y分叉点链接的索单元type,2real,6mat,3e,i+5,89e,i+5,90!建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的索单元*do,j,1,8,1!此循环用于建立主塔倒Y分叉点以上第一个张拉点连接的所有索单元，共32个e,i+6,89+3*je,i+6,89-3*je,i+6,90+3*je,i+6,90-3*j!建立与主塔的其他三个张拉点连接的单元*do,k,1,3,1*do,j,1,7,1e,i+6+k,113+(k-1)*21+3*j !一共有28个索单元连接在每个张拉点上e,i+6+k,65-(k-1)*21-3*je,i+6+k,114+(k-1)*21+3*je,i+6+k,66-(k-1)*21-3*j*enddo*enddo!生成全桥模型节点i=i+9 !记录半跨的所有节点数nsym,x,i,all !用映射法直接建立另半跨节点esym,,i,all !用映射法直接建立另半跨单元nummrg,all !合并所有节点和单元!建立索塔连接横梁单元type,1real,5mat,2j=ii=i-9n,1000,-174e,1000,i+3e,1000,i+4n,2000,174e,2000,i+3+je,2000,i+4+j!施加主塔的四个脚上的全约束nsel,s,loc,z,-30d,all,allallsel!在左桥端施加y,z约束nsel,s,loc,x,-348 !仅给左端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyd,all,uzallsel!在右桥端施加y约束nsel,s,loc,x,348 !仅给右端主梁施加约束nsel,r,loc,y,0d,all,uyallselnumcmp,all!施加重力场acel,,,9.8!耦合节点,耦合跨中由于对称而重复的单元节点以及两主塔上塔横梁和主梁的重合节点，cpintf,uzcpintf,rotxcpintf,rotz!成桥状态的确定!静力的初步计算!直接进行静力计算/solusolvefinish!得到最大位移为1.288m，由于偏差太大需要重新计算（与事实不符）!修改实常数后重新计算：令r,6,0.012,0.012,即给索以预应变0.012/solu !为了将计算应力用于下面的动力分析，这里打开预应力和集中质量设置开关lumpm,onpstres,onsolvefinish!求得最大位移为0.0329m，说明已经达到成桥状态要求,(与事实不符)!模态分析!分析设置/soluantype,2!MODOPT,LANB,20!EQSLV,SPARMXPAND,10, , ,0LUMPM,1PSTRES,1MODOPT,LANB,20,0,100, ,OFFUPCOORD,1,ON !更新模型计算坐标，目的是为了将预应力效应准确的应用能够到模态分析上来!分析设置完毕solvefinish!激励耦合分析!恢复成桥静力计算结果RESUME, cable-stayedbridge,db, !路径：utility menu>file>resume jobname.db!生成地震激励向量，将记事本格式的地震波数据调入到工作目录下,并执行以下命令*DIM,aay1,ARRAY,2,50,1*DIM,aaz1,ARRAY,2,50,1*CREATE,ansuitmp*VREAD,aay1(1,1),'tjx','txt',' ',50(e9.3,e11.3)/INPUT,ansuitmp*CREATE,ansuitmp*VREAD,aaz1(1,1),'tjy','txt',' ',50(e9.3,e11.3)*END/INPUT,ansuitmp!输入车辆激励波，Z=1000*cos(10*t).车子跨越一个单元的时间为0.1秒（速度216公里/小时），全桥共696米，历时11.6秒，纵向共116个单元，117个节点n=117 !定义向量维数*dim,fcar,array,n !定义车载荷向量*do,i,1,n,1 !以下循环为生成车载荷数据，即向“farc”矩阵中写入数据tt=(i-1)*0.1fcar(i)=1000*cos(10*tt)*enddo!输入风载荷激励p=50*sin(1.5*t)。
第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述1.1 钢筋混凝土结构的特性1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况；2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征；3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况；4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩；5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段；6.产生裂缝以后成为各向异形体。
混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。
11.2 混凝土结构分析的目的和主要内容《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。
一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。
二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应满足工程设计的精度要求。
（2）结构作用效应分析：根据结构施工和使用阶段的多种工况，分别进行结构分析，确定最不利荷载效应组合。
ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：113.010PaE=，746.510mI-=，426.810mA-=，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS平台上，完成相应的力学分析。
图3-19框架结构受一均布力作用图3-20单元划分、节点位移及节点上的外载解答对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作(tepbytep)(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):beam3→Run→OK(2)设置计算类型(3)选择单元类型(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preproceor→MaterialProp→MaterialModel→Struc tural→Linear→Elatic→Iotropic:E某:3e11(弹性模量)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口(5)定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYSMainMenu:Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealContantSetNo:1(第1号实常数),Cro-ectionalarea:6.8e-4(梁的横截面积)→OK→Cloe(6)生成几何模型生成节点ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Creat→Node→InActiveCS→Nodenumber1→某:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→某:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→某:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→某:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Create→Element→AutoNum bered→ThruNode→选择节点1，2(生成单元1)→apply→选择节点1，3(生成单元2)→apply→选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加某方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnNode→选择节点1→apply→Directionofforce:F某→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Preure→OnBeam→选取单元1(节点1和节点2之间)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角节点加约束(8)分析计算(9)结果显示(10)退出系统(11)计算结果的验证与MATLAB支反力计算结果一致。
第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述1.1 钢筋混凝土结构的特性1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况；2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征；3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况；4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩；5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段；6.产生裂缝以后成为各向异形体。
混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。
1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。
一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。
二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应满足工程设计的精度要求。
（2）结构作用效应分析：根据结构施工和使用阶段的多种工况，分别进行结构分析，确定最不利荷载效应组合。
基于Ansys的框架结构优化设计摘要：在实际工程问题中，经常遇到各种框架结构的优化问题，大多基于Ansys分析软件求解已知载荷、稳定条件下的框架结果最小体积，即最小质量以减少施工材料控制最优成本。
本文通过对一常见的矩形截面的四边框架结构进行优化设计分析，提高了对Ansys分析软件的运用能力，加深了对起运行机制的认识，为以后熟练地运用该软件打下基础。
关键词：框架结构矩形截面优化设计Ansys软件1.工程背景框架结构由于具有自重轻、造价较低和施工简单等诸多优点，在包括大型工业厂房在内的工程领域得到了广泛的应用[1].随着对设计质量要求的不断提高，人们一直在探索如何在保证框架结构安全的前提下，减少材料用量，降低成本，以满足经济性的要求。
框架结构的优化设计思想从MICHELL[2]框架理论的出现至今已有近百年历史，BENDSOE等[3]提出的多工况拓扑优化方法标志着对优化设训一研究进入了新的阶段。
国内学者也在该领域进行了大量的研究，如隋允康等对框架结构离散变量的优化问题进行了研究，通过函数变换找到了满应力的映射解，并结合框架拓扑优化特点提出了ICM(独立、连续、映射)方法[4]。
随着计算机技术的发展，人们开始利用ANSYS等软件对工程结构进行有限元分桁和优化设计。
APDL是ANSYS参数化设计语言，它是一种通过参数化变量方式建立分桁模型的脚本语言[5-6], ANSYS提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。
除此之外，用户还可以利用自己开发的优化算法替代ANSYS本身的优化方法进行优化设计。
本文利用APDL优化设计模块编制用户程序，对一个实际框架进行了结构优化。
结果表明运用ANSYS进行框架结构优化设训一可以有效提高设计质量，具有广泛的运用前景。
2.框架结构模型假设在工程应用中，实际的析架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。
但根据对析架的实际工作情况和对析架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用析架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其他杆件传到节点上，这就使得析架节点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于铰的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。
文章编号：1009-6825（2012）28-0032-03基于ANSYS 的框架—配筋砌块砌体混合结构分析★收稿日期：2012-07-13★：国家自然科学基金重点基金项目（项目编号：51178390）作者简介：马建勋（1961-），男，博士生导师，教授马建勋祁星星张明（西安交通大学，陕西西安710049）摘要：以一幢18层框架—配筋砌块砌体混合结构为算例，运用有限元软件ANSYS 对其进行了结构模态分析以及地震作用下的结构响应分析，并与相同结构尺寸、同等约束条件及荷载条件下的框架结构进行了对比分析，得出同等条件下，框架—配筋砌块砌体混合结构在地震作用下的承载力有很大提高，且最大位移比框架结构也减小了45%，研究成果对今后同类工程有一定的参考价值。
关键词：框架，配筋砌块砌体，ANSYS ，模态分析中图分类号：TU398．5文献标识码：A框架—配筋砌块砌体混合结构是将混凝土框架与配筋砌块砌体剪力墙组合，通过构造措施使配筋砌块砌体墙既充当建筑围护构件又作为结构受力构件，共同承受水平和竖向荷载，从而形成一种既经济、适用、空间布置灵活，又具有良好抗震性能的结构体系。
混凝土框架—配筋砌块砌体混合体系综合了框架结构和配筋砌块砌体剪力墙结构两种结构体系的优点，不但克服了框架结构刚度低、配筋砌体结构平面布置不灵活等局限性，而且构造了双重抗侧力体系，形成了多道抗震防线，提高了结构的抗倒塌能力。
其次，由于配筋砌块砌体一般为纵横向均为单层钢筋，钢筋直径较小，而且钢筋间距较大，故用钢量与框架剪力墙相比明显减少［1］。
在施工方面，配筋砌块在工厂加工完成，减少了现浇混凝土量，而且砌筑时不用模板，施工速度快，而且砌体可以作为混凝土结构的模板和支撑，节省了模板，更方便了施工，同时由于砌体墙面平整，施工期间损耗小，节省墙面抹灰。
1有限元模型1．1分析对象介绍参考文献［2］［3］，采用一个18层钢筋混凝土框架—配筋砌块砌体混合结构的例子，结构标准层如图1所示，底层层高4．5m ，其他层层高3．5m ，总高度为64m ，设计地震烈度为8度，地震分组为第一组，Ⅱ类场地。
随着制造业的发展，投入设计、生产的新技术复杂度日益增加，产品开发阶段需要验证的物理现象的范围正逐步扩大，困难程度也在不断提高。
为了充分应对这些挑战，CAE已经在各行各业中广泛应用。
今天，CAE已经是产品生命周期中不可或缺的一环。
尤其是在世界发达国家，CAE更是在各行各业中被活学活用。
ANSYS是一家多物理域CAE仿真公司。
ANSYS的软件在世界各地的公司和研究机构广泛应用于结构、振动、热传导、电磁场、压电、声学等物理现象的研究。
上述物理现象的组合就是耦合问题，ANSYS软件能够根据不同的设计目的来灵活地实现这样的耦合分析。
ANSYS提供了名为ANSYS Workbench的集成环境，它把前后处理器和各个领域的求解器集成在其中。
用户可以在统一的环境下运行多物理仿真分析。
这是ANSYS的一大优势。
在产品开发方面，现在的市场竞争需要先进的技术和知识。
为了开发具有竞争力的产品，借助ANSYS的产品优势可以让您事半功倍。
功能对应表ANSYS 的操作环境前处理器各种分析功能多物理场解决方案提高计算效率不同行业的分析案例优化数据管理其它相关产品2 定制后处理器ANSYS Workbench 环境对应的功能。
ANSYS Mechanical APDL 环境对应的功能。
此目录中的产品名称侧重于ANSYS 的功能介绍。
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相应的运行环境，用以下图标标识。
关于该目录的产品名称Workbench Mechanical APDL ANSYS DesignSpace 线性结构分析、传热分析ANSYS Professional NLS 线性、非线性结构分析、稳态传热分析ANSYS Professional NLT 线性、非线性传热分析、线性结构分析ANSYS Structural ANSYS Multiphysics 所有的分析功能仿真产品学术版线性、非线性结构分析ANSYS Fluent 热流体分析ANSYS CFX 热流体分析ANSYS CFD 热流体分析软件ANSYSLS-DYNA PC Windows 专用跌落、冲击分析ANSYS LS-DYNA 跌落・冲击分析ANSYS Explicit STR ANSYS Workbench 专用冲击分析ANSYS HFSS 高频电磁场分析ANSYS Maxwell 低频电磁场分析ANSYS Icepak 电子设备专用热流体分析ANSYS Academic Teaching 网格划分产品ANSYS Extended Meshing ANSYS Fatigue Module 扩展网格划分器学术版ANSYS Autodyn 爆炸、冲击分析ANSYS Mechanical 结构、传热分析ANSYS CFD-Flo 热流体分析ANSYS Emag 低频电磁场分析ANSYS 产品结构功能扩展选项分析能力※需要单独购买许可证方可使用。
三梁平面框架结构的有限元分析针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E =⨯，746.510m I -=⨯，426.810m A -=⨯，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。
图3-19 框架结构受一均布力作用（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK(11) 计算结果的验证与MA TLAB支反力计算结果一致。
基于ANSYS 的框架结构分析摘要：本文简述了框架结构的优缺点，提及了结构分析的重要性，通过使用ANSYS 软件，建立了一个两跨十二层的框架结构模型，并对其进行了结构静态分析，模态分析，特征值屈曲分析以及地震反应时程分析。
关键词：框架结构；ANSYS；静态分析；模态分析；特征值屈曲分析；地震时程分析1.引言框架结构作为一种常用的结构体系，对其结构进行合理分析至关重要。
行业内对框架结构的分析方法众多，且电算逐渐趋于主流。
ANSYS 软件是一种大型通用的有限元分析软件，界面直观，已广泛应用于结构力学(包括线性与非线性)、结构动力学、传热学、流体力学等。
它可以对房屋建筑、桥梁、隧道以及地下建筑物等工程结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析，因而在结构分析中应用广泛。
2.框架结构优缺点框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。
结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，广泛用于住宅、学校、办公室，也有根据需要对混凝土梁或板施加预应力，以适用于较大的跨度；框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。
框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
框架结构体系的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。
3.基于ANSYS 的框架模型分析3.1. 工程实例工程实例为某十二层框架结构，首层层高6米，其它层层高3米，结构平面如图1所示，其主要承重构件的截面尺寸及材料力学性能：框架柱：600mm×600mm 混凝土柱；外环梁：300mm×600mm混凝土梁；楼面梁：10×600工字钢，高H=600mm，宽B=200mm，翼缘厚度t1=16mm，腹板厚t2=10mm；楼面板：120mm 厚混凝土楼面板。
材料特性：采用C30混凝土，弹性模量E=3.0×1010N/m2，主泊松比ν=0.2，密度ρ=2500Kg/m3；型钢钢材，弹性模量E=2.1×1011N/m2，泊松比ν=0.3，密度ρ=7800Kg/m3。
计算结构的模态、特征值屈曲分析以及在7度（0.15g）水平惯性力和自重作用下的结构变形。
地震反应谱分析，按7度多遇地震，地震影响系数为0.08，第一组，III类场地，卓越周期Tg=0.45s。
平面布置见图1.图1 平面布置图3.2. 单元类型选择模型和单元选择是进行建筑结构动力分析的关键。
本文将梁柱作为杆系，因为杆系模型能够较好地分析结构的受力和破坏状态，引入三维梁单元BEAM4；混凝土板则引入壳单元SHELL63。
BEAM4梁单元最大特点是可以考虑剪切变形和翘曲，同时也支持大转动和大应变等非线性行为，适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，用其模拟框架结构中的梁和框架柱。
SHELL63单元可以同时承受壳面内、外的荷载，同时具有壳单元算法和膜单元算法，该单元还考虑了应力刚化效应以及大变形效应，用其模拟楼板。
BEAM4单元：框架柱截面：600mm×600mm；外环梁：300mm×600mm；楼面梁：10×600工字钢，高H=600mm，宽B=200mm，翼缘厚度t1=16mm，腹板厚度t2=10mm；SHELL63单元：楼面板：120mm厚混凝土楼面板。
材料特性见题例。
3.3. 模型建立3.3.1. 建立几何模型按照设计书的具体坐标建立关键点，连接关键点生成线，从而建立框架的梁柱框架。
再在梁柱框架的基础上建立楼板平面，完成几何建模。
详见图2--图4。
图2 模型关键点图3 梁柱框架图图4 生成的框架结构几何模型3.3.2. 建立有限元模型对几何模型进行网格划分，形成计算分析的有限元模型。
网格划分前首先设置好不同构件的材料参数，再对网格的尺寸进行设定。
该模型的网格尺寸由平面各条边的划分数决定，底层柱单元划分数NDIV为10，其余柱划分数为5，所有框架中梁的划分数为8。
网格尺寸设定后，进行划分网格。
详见图5与图6。
图5 框架梁、柱有限元单元图6 框架结构有限元计算模型示意图3.3.3. 加载和求解对柱底施加位移约束，见图7。
并施加水平风荷载。
重力方向朝下，大小为9.8N,活荷载方向朝下，大小为3.0N，X、Y向风荷载基本风压=0.25KN/M2,体形系数为1.0。
最终模型详见图8。
图7 约束布置图图8 有限元模型4. 结构静态分析通过静态分析，可以求解出相应的位移与应力，以及相对的约束支座反力，便于分析和验算。
详见图9-图17。
图9 X方向位移图10 X方向应力图11 Y方向位移图12 Y方向应力图13 Z方向位移图14 Z方向应力图15 总位移图16 XY剪应力图17 结构约束反力计算列表5. 结构模态分析模态分析用来确定结构的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析等其它动力分析的基础。
通过模态分析，在结构抗震设计时可有意识地避免共振。
模态分析属于线性分析，也就是说，在模态分析中只有线性行为是有效的。
如果在分析中指定了非线性单元，在计算中将被忽略并被作为线性处理。
其次在模态分析中，材料的性质可以是线性的、各项同性的或者正交各向异性的、恒定的或者与温度相关的。
要使用模态分析，模型有如下限制：（1）结构刚度和质量为定常；（2）模态分析对重启动无效，如果要施加不同的边界调节，则进行一次新的模态分析；（3）除非使用专门的阻尼分析选项，模态分析中不能有阻尼项。
阻尼分析不能用于后续的谱分析；（4）结构没有时变的力、位移、压力或者温度荷载，即系统是自由振荡。
对于一个无阻尼且满足上述条件的系统，其对应方程是：对线性系统，该方程的解很简单,令t x i i i ωφcos =，则可以得到模型圆频率的方程为：模态分析的任务就是求解该方程，以得到圆频率(特征值)及其对应的特征向量，该过程也称为模态提取。
在模态分析中，只可以施加零位移约束。
如果在某个位置指定了一个非零位移的约束，则程序将以零位移约束代替该约束。
计算出前20阶振型，见图18。
[][]{}0=+⎭⎬⎫⎩⎨⎧••x K x M []{}[]{}i i i K K φωφ2=图18 前20阶振型频率由图知模型在前两阶振型的周期比两阶振型之后的周期大，且两阶振型之后的周期变化不是很大，模态阶数越高，结构的周期也就越小，符合模态理论。
以下给出模型前阶振型，见图19-图23。
从图中看出，第一振型为沿X方向的整体平动；第二振型沿Y方向的整体平动；第三振型为绕Z轴方向的扭转。
图19 第一阵型图20 第二阵型图21 第三阵型图22 第四阵型图23 第五阵型6. 特征值屈曲分析6.1.1 屈曲响应分析概述受一应荷载作用的结构（常指薄壁或者细长杆/轴/桁架等整体刚度相对较弱的结构）处于稳定的平衡状态，当荷载达到某一值时。
再增加某一微小增量，则结构的平衡位置将发生很大的变化。
结构由原来平衡状态经过不稳定的平衡状态而达到一个新的稳定平衡的状态，这一过程就是结构失稳或屈曲，相应的载荷称为屈曲载荷或者临界载荷。
在实际中，屈曲主要表现为两种形式：快速通过失稳和分叉失稳。
快速通过失稳形式表现为从一个平衡位置快速通过，跳跃到另一个平衡位置，称为后屈曲。
除此之外，结构在局部高压应力下的起皱和表面重叠现象也是一种局部失稳形式;另一种失稳形式常用分叉来描述，失稳出现在两个或多个平衡路径的交点，交点即为分叉点，表征屈曲失稳的初始位置。
6.1.2 线性屈曲响应分析理论基础线性屈曲分析又称为特征屈曲分析，它以完善（无初始缺陷）结构为研究对象，并以小位移、线弹性理论假定为基础，即在结构受载荷变形过程中忽略结构形状的变化，结构的临界屈曲最小荷载Pcr i ，其计算公式为：Pcr i =λi ·P α其中，P α为作用荷载，λi 为特征值。
特征值的计算公式为 [][][]0=+d i K K λα其中， 为系统线性刚度矩阵，为系统微分刚度矩阵，线性屈曲有限元计算αK d K的实质就是结构在线性刚度矩阵打的基础上加上微分刚度矩阵影响后的弯曲最先临界载荷。
本模型的屈曲特征分析结果如图24.图24 结构屈曲载荷系数图25 屈曲分析一阶振型特征值屈曲分析属于线性分析，它对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力，因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈曲分析。
但特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有用的。
另外，特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶，所以我们所得出的特征值临界失稳力的大小应为F ＝实际施加力*第一价频率。
7. 时程分析7.1. 时程分析简介时程分析即“时间历程分析”，又称为“瞬态动力学分析”，是20世纪60年代逐步发展起来的抗震分析方法。
用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。
至80年代，已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。
“时程分析法”是由结构基本运动方程输入地震加速度记录进行积分，求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法，也为国际通用的动力分析方法。
时程分析可以用来分析随时间变化的位移、应变、应力以及力荷载下的结构响应。
在加载时间内，惯性和阻尼效果的作用较大，不能被忽略时选择采用时程分析，否则采用静力分析即可。
根据系统的不同，时程分析分为一阶系统分析和二阶系统分析。
