结构地震反应谱分析实例

地震响应的反应谱法与时程分析比较(总13页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较1问题描述发电厂房墙体的基本模型如图1所示：图1 发电厂墙体几何模型基本要求：依据class 的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。

要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。

以时程法结果进行比较。

分析不同阻尼值,,的影响。

标准谱 (1g=s2) (设计地震动值为频率谱值(g)339与标准谱对应的两条人工波见文件与2数值分析框图思路与理论简介理论简介该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。

时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。

谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

分析框架：时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。

谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。

3有限元模型与荷载说明有限元模型考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。

然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。

单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示：图2 发电厂墙体有限元模型荷载说明时程分析：首先计算结构的前两阶自振频率，分别为126.10008.2867f f ==，。

时程分析法计算地震反应的简单实例时程分析法计算地震反应的简单实例（在原反应谱模型上修改）问题描述：悬臂柱高12m，工字型截面（图1），密度78003，2.1e11，泊松比0.3，所有振型的阻尼比为2%，在3m高处有一集中质量160，在6m、9m、12m处分别有120的集中质量。

反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08，第一组，类场地，卓越周期0.45s。

图1 计算对象第一部分：反应谱法几点说明：本例建模过程使用；添加反应谱必须在中加关键词实现，不支持反应谱；*不可以在中添加，不支持此关键词读入。

的反应谱法计算过程以及后处理要比方便的多。

操作过程为：（1）打开，点击。

（2）进入模块，点击，命名为，3D、、。

（3），在分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。

（4）进入模块，，：，>>，：7800>>>>，‘s ：2.1e11，’s ：0.3.（5），：1，：，：,, : 1, ,按图1尺寸输入界面尺寸，。

在选择I，选择。

（6），选择全部，，弹出的对话框选择：1，。

（7），选择全部，默认值确定。

（8） >> ，在弹出的对话框里勾选，，以可视化梁截面形状。

（9）添加集中质量，>>>>，：1，：，，选择（0，3）位置点，：160，。

，：2，：，，选择0，6；0，9；0，12位置点（按多选），，：120，，。

（10） >> ，选（），。

（11） >> ，：1，选，在选项卡中，选择频率提取方法，本例选用法，，选，输入10。

再，，：2，选，在选项卡中，选择单向，选择（）法，：(反应谱的，后面再中添加)，方向余弦（0，0，1），：1.进入选项卡，阻尼使用直接模态（），勾选，：1，：8，：0.02。

（12）进入模块，>> ，：，选择，选择，选择，选择0，0点，，勾选u13所有6个自由度。

ABAQUS反应谱法计算地震反应实例问题描述：悬臂柱高12m，工字型截面（图1），密度7800kg/m3，EX=2.1e11Pa，泊松比0.3，所有振型的阻尼比为2%，在3m高处有一集中质量160kg，在6m、9m、12m处分别有120kg 的集中质量。

反应谱按7度多遇地震，取地震影响系数为0.08，第一组，III类场地，卓越周期Tg=0.45s。

图1 计算对象第一部分：反应谱法几点说明：λ 本例建模过程使用CAE；λ 添加反应谱必须在inp中加关键词实现，CAE不支持反应谱；λ *Spectrum不可以在keyword editor中添加，keyword editor不支持此关键词读入。

λ ABAQUS的反应谱法计算过程以及后处理要比ANSYS方便的多。

操作过程为：（1）打开ABAQUS/CAE，点击create model database。

（2）进入Part模块，点击create part，命名为column，3D、deformation、wire。

continue（3） Create lines，在分别输入0，0回车；0，3回车；0，6回车；0，9回车；0，12回车。

（4）进入property模块，create material，name：steel，general-->>density，mass density：7800mechanical-->>elasticity-->>elastic，young‘s modulus：2.1e11，poisson’s ratio：0.3.（5） Create section，name：Section-1，category：beam，type：beam,Continuecreate profile, name: Profile-1, shape:I,按图1尺寸输入界面尺寸，ok。

在profile name选择I，material name 选择steel。

ANSYS地震分析实例土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常碰到的题目。

结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。

本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。

更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。

关键知识点：(a) 模态分析(b) 谱分析(c) 地震反应谱输进(d) 地震时程输进(e) 时程动力分析(1) 在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输进窗口中填进DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%(2) ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元(3) 在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进进Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8，从None 改为Max and Min Only。

即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4) 在Element Types 窗口中，继续添加Mass 21集中质量单元(5) 下面输进材料参数，进进ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> Material Models菜单，在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic 属性，输进材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。

结构地震反应谱分析实例在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！为叙述方便，举一简单实例：在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X与Y向地震效应作用。

已知地震影响系数a与周期T的关系：a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0<T<=0.04 秒0.4853*(0.10/T)^(-0.686) 0.04<T<=0.1 秒0.4853 0.1<T<=1.2 秒0.4853*(1.2/T)^1.5 1.2<T<=4 秒以下是命令流程序----------------------------------------------------------------------------------------------------/filname,SPEC,1/PREP7!定义单元类型及材料特性ET,1,45MP,EX,1,2.8E10MP,DENS,1,2.4E3MP,NUXY,1,0.18!建立模型BLOCK,0,1,0,1,0,5!网格剖分ESIZE,0.5VMESH,all/VIEW,,-0.3,-1,1EPLOTFINISH/SOLU!施加底部约束ASEL,,LOC,Z,0DA,ALL,ALLALLSEL!施加自重荷载ACEL,0,0,10!进行模态求解ANTYPE,MODALMODOPT,LANB,30SOLVEFINISH!进行谱分析/SOLUANTYPE,SPECTRSPOPT,SPRS,30,YESSVTYP,2 !加速度反应谱SED,1,1 !X与Y向FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167SOLVEFINISH!进行模态求解(模态扩展)/SOLUANTYPE,MODALEXPASS,ONMXPAND,30,,,YES,0.005SOLVEFINISH!进行谱分析(合并模态)/SOLUANTYPE,SPECTRSRSS,0.15,dispSOLVEFINISH/POST1SET,LIST !结果1/INP,,mcomLCASE,11PRRSOL, !结果2SET,FIRSTPRRSOL, !结果3SET,NEXTPRRSOL, !结果4SET,NEXTPRRSOL, !结果5SET,NEXTPRRSOL, !结果6 FINISH!静力分析/SOLUANTYPE,STATIC!施加水压荷载NSEL,,LOC,Y,0NSEL,R,LOC,Z,0,5 SFGRAD,PRES,0,Z,0,-10000 SF,ALL,PRES,50000!施加集中荷载NSEL,,LOC,Y,0NSEL,R,LOC,z,5F,ALL,FY,10000ALLSELEPLOTSOLVEFINISH/POST1set,lastlcwrite,12Lcase,11Lcoper,add,12Lcwrite,13LCASE,12PRRSOL, !结果7PRRSOL, !结果8FINISH---------------------------------------------------------------------------------------------------以下是计算的结果---------------------------------------------------------------------------------------------------结果1：（Results Summary）1 21.6472 21.6473 121.514 121.51结果2：（单独谱分析反力LCASE,11）VALUE 2467.9 2290.1 18384.结果3：（单独谱分析反力SET,FIRST）VALUE 0.13334E+06-0.15785E+07-0.18819E-06结果4：（单独谱分析反力SET,NEXT）VALUE -0.15785E+07-0.13334E+06-0.48918E-06结果5：（单独谱分析反力SET,NEXT）VALUE -0.87805E+07 0.27008E+08 0.86846E-07结果6：（单独谱分析反力SET,NEXT）VALUE 0.27008E+08 0.87805E+07 0.79325E-06结果7：（单独静力分析反力LCASE,12）VALUE 0.22901E-08-0.15500E+06 0.12000E+06结果8：（谱分析与静力分析叠加反力LCASE,13）VALUE 2467.9 -0.15271E+06 0.13838E+06---------------------------------------------------------------------------------------------------以下是问题的讨论---------------------------------------------------------------------------------------------------1、模态提取数为30，即取前30阶振型数，但在谱分析时得到的是4阶，这4阶是什么意思？2、在单独谱分析时，为何结果2、3、4、5、6会相差如此之大？（其应力和位移也是如此。