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基于ANSYS的巨型框架结构体系地震响应分析

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第34卷第4期　2011年4月合肥工业大学学报(自然科学版)J OU RNAL OF H EFEI UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GYVol.34No.4　Apr.2011　收稿日期:2010203210;修回日期:2011203214基金项目:国家自然科学基金重大研究计划资助项目(90715016)作者简介:花能新(1986-),男,安徽肥西人,合肥工业大学硕士生;叶献国(1954-),男,安徽无为人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师.Doi :10.3969/j.issn.100325060.2011.04.016基于AN S YS 的巨型框架结构体系地震响应分析花能新,　叶献国(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥　230009)摘　要:文章采用有限元软件ANSYS 自带的A PDL 语言进行参数化三维结构建模,对巨型框架结构进行抗震性能计算分析,包括模态分析、谱分析及时程分析,讨论了不同主次框架刚度比下巨型框架结构的动力特性及地震响应。

结果表明:钢筋混凝土巨型框架在地震作用下的侧移曲线为弯剪型;主次框架刚度比对巨型框架弹性地震反应影响较大;当结构高阶频率对应周期与地震波卓越周期相近时有可能发生类共振现象。

关键词:巨型框架;A PDL 语言;模态分析;谱分析;动力时程分析中图分类号:TU31113 文献标识码:A 文章编号:100325060(2011)0420545204Analysis of seismic response of RC mega 2frame structures by ANSYSHUA Neng 2xin ,　YE Xian 2guo(School of Civil and Hydraulic Engineering ,Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China )Abstract :U sing t he ANS YS paramet ric design language (A PDL ),a t hree 2dimensional parametric finite element model is set up in t his paper.The aseismatic performance of t he mega 2f rame st ruct ure is dis 2cussed including t he modal analysis ,spect ral analysis ,and time 2history analysis.And t he dynamic characteristic and seismic response of t he mega 2frame st ruct ure wit h different stiff ness ratio between t he major and minor frames are st udied.The result s show t hat t he displacement curve of reinforced concrete (RC )mega 2f rame struct ures is a type of flexure 2shear.The stiff ness ratio between t he major and minor f rames has a notable influence on t he elastic seismic response of t he st ruct ure.The higher order frequency of t he struct ure has certain influence on t he st ruct ure ,and when it s period is close to t he eart hquake wave p redominant one ,a p seudo 2resonance p henomenon may occur.K ey w ords :mega 2f rame st ruct ure ;ANS YS parametric design language (A PDL );modal analysis ;spec 2t ral analysis ;time 2history analysis 钢筋混凝土巨型框架结构由主次2级结构组成,它能够充分发挥材料和结构性能,开展巨型框架结构体系的研究,有重要的理论价值和实际意义[1,2]。

本文采用有限元软件ANS YS 自带的A PDL 语言进行三维结构建模,对巨型框架结构进行了抗震性能的计算分析,包括模态分析、谱分析和时程分析。

考虑到影响结构弹性地震反应的因素有很多,如场地条件、地震烈度、地震波的频谱特性和结构本身的特性如刚度、质量、阻尼、周期等,本文对巨型框架结构在不同主框架和次框架刚度比下进行了弹性地震响应动力时程分析。

1　巨型框架结构有限元模型模型共55层,总高度201m ,高宽比为5158。

普通框架层高316m ,巨型层层高412m ,第11、22、33、44及55层为巨型层。

模型平面尺寸为(319m ×10)×(316m ×10),四角设有718m ×712m 的筒体巨型柱,各筒四角设有方钢管柱。

筒体墙厚度由高到低从40cm递增至60cm,混凝土标号从C30递增至C60。

巨型层上下楼板处设交叉钢骨梁,节点处设方钢管柱,并设柱间双向交叉支撑。

巨型层柱为方钢管混凝土柱(40mm×40mm×500mm×500mm),梁为工字形钢骨梁(300mm×650mm2 40mm×400mm×150mm×40mm)。

巨型层混凝土标号均为C30(包括钢管支撑、钢管梁及钢管柱,不包括角筒)。

普通框架层x、y向主梁截面尺寸分别为300mm×650mm、300mm×600mm。

巨型层板厚20cm,普通层板厚10cm,混凝土标号均为C30。

巨型框架7度设防,处于Ⅱ类场地,第1设计分组[2]。

在结构有限元建模中,普通层框架梁、柱和巨型层梁柱以及斜撑均采用平面梁单元(Beam188)进行模拟,筒体墙以及楼板采用壳单元(Shell63)模拟。

Beam188梁单元最大的特点是支持梁截面形状显示,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,而且可以直接显示梁截面上的应力和变形。

Shell63单元可以同时承受壳面内、外的荷载,具有壳单元算法和膜单元算法,而且还考虑了应力刚化效应以及大变形效应。

壳单元具有平面内和平面外刚度。

梁单元与壳单元直接连接,连接方式默认为刚接[3]。

有限元模型如图1所示。

整个结构有限元计算模型共包括板壳单元24903个,梁柱单元32376个;共计单元59307个,共计节点65130个。

图1　巨型框架有限元模型2　模态分析及谱分析对与地面接触的框架柱和筒体施加x、y、z 方向的零位移约束。

本例采用Subspace法提取前30阶模态,模态分析采用扩展模态法[4]。

主要计算结果见表1所列。

表1　结构主振型频率阶次固有频率/Hz周期/s振 型1012358741239624结构在y方向上平动2012435241106439结构在x方向上平动3015166711935471结构绕z轴转动5017729911293678结构在y方向上平动加强,振型出现S型7017730411293594结构在z方向上振动,项部出现变形 以平动为主的第1振型周期T p=4124s,以扭动为主的第1振型周期T n=1194s,其比值T n/T p=01457。

结构抗扭刚度满足规范要求,扭转效应对结构的影响不明显,另外,5阶以后的高阶振型差别不明显。

谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来,计算模型的位移和应力的分析技术。

本文主要用振型分解反应谱法来确定结构对地震荷载的动力响应[4,5]。

巨型框架所处Ⅱ类场地,抗震设防烈度为7度,在模态分析的基础上,对模型施加x向的7度多遇加速度响应谱,采用SRSS模态合并方法,综合前10阶振型,通过选择合并的输出方式,得到楼层的最大位移响应值为4146cm,满足规范要求。

整个模型的位移与角位移云图如图2所示。

图2　反应谱分析结构位移与角位移云图645 合肥工业大学学报(自然科学版)第34卷　3　地震响应分析对巨型框架进行动力时程分析,地震波选用El2Cent ro(N2S)波和Taft(S69E)波,峰值加速度分别为34117cm/s2和17519cm/s2,时间间隔0102s。

依据文献[6],在进行时程分析时,将加速度峰值调整为35cm/s2,持时30s,相当于7度多遇地震[7]。

结构的阻尼比取0105。

地震波为x方向单向输入,可以得到巨型框架结构在2种地震波作用下楼层绝对位移曲线以及层间位移角曲线,如图3、图4所示。

从图3、图4可以看出,楼层最大水平位移沿高度不断增加,其侧移曲线呈弯剪型,结构的最大层间位移角基本均出现在第9层,这与楼层的刚度突变有关,但都远小于弹性层间位移角限值。

也就是说,第9层为整个结构的薄弱层,在设计时应当加以注意。

参考文献[2]的相关定义,令:β=主框架刚度次框架刚度=∑i a+∑i b ∑i c+∑i d,其中,Σi a、Σi b分别为主框架梁、柱的线刚度和;Σi c、Σi d分别为次框架梁、柱线刚度和。

梁、柱线刚度和分别以小层计算[2]。

该模型的主次框架线刚度比β约为797159。

保持次框架梁、柱截面不变,通过变化主框架梁、柱截面而改变β,共得到6种方案,对6种方案分别进行模态分析,根据所得各阶模态振型,得出每种方案的自振周期,见表2所列。

图3　楼层绝对位移曲线图4　楼层层间位移角变化曲线选取上述2种地震波,对不同方案结构分别进行地震响应计算和分析。

各方案楼层顶点最大位移与加速度反应见表3所列。

表2　不同方案的β值及结构自振周期参数方案1方案2方案3方案4方案5方案6β16210827211647815579715913811361594132周期/s510141724133412441033199表3　不同方案楼层顶点最大位移和最大加速度比较方案El2Centro波s/cm a/(m・s-2)Taft波s/cm a/(m・s-2)方案14186013741510143方案23199013851340148方案33164014641970154方案43158014641420151方案53145014831410155方案63147014931220153 从表3可以看出,同一种结构方案在不同的地震波作用下其响应不同。

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ANSYS_地震分析算例

ANSYS_地震分析算例

ANSYS_地震分析算例地震是指地球上因地壳运动而产生的震动现象。

在地震发生后，建筑物的结构稳定性和抗震性能至关重要，因为地震可以对建筑物造成严重破坏。

因此，在建设和设计建筑物时，地震分析变得非常重要。

在此我将介绍一种用ANSYS进行地震分析的算例。

在地震分析中，我们首先需要建立一个合适的模型。

在这个算例中，我们将使用ANSYS提供的有限元分析方法。

首先，我们需要创建一个建筑物的三维模型。

在建筑物的模型中，我们需要包括所有的结构细节，例如建筑物的基础、柱子、梁和地板等。

我们可以使用ANSYS的几何建模工具来创建这个模型。

接下来，我们需要为建筑物定义材料特性。

建筑物的材料特性会对地震分析的结果产生重要影响。

例如，不同种类的混凝土、钢铁和木材等材料在地震作用下的响应是不同的。

我们需要使用ANSYS的材料库来定义这些材料的特性。

完成模型和材料定义后，我们需要定义地震荷载。

地震荷载是指地震发生时作用在建筑结构上的力量。

地震荷载可以根据地震的震级和地震波的性质来确定。

我们可以使用ANSYS的预处理工具来定义这些地震荷载。

接下来，我们需要定义边界条件。

边界条件是指建筑物与外部环境之间的约束关系。

例如，建筑物的基础是固定的，地震发生时不能移动。

我们需要使用ANSYS的加载工具来定义这些边界条件。

完成了模型、材料、地震荷载和边界条件的定义后，我们可以进行地震分析。

地震分析是指通过模拟地震发生时结构的动力响应来评估建筑物的抗震性能。

在ANSYS中，我们可以使用动力分析工具来进行这个分析。

在地震分析过程中，我们可以观察到各个部位的应力和位移等响应。

这些响应可以帮助我们评估建筑物的破坏机制和结构的安全性能。

例如，我们可以观察到柱子是否出现弯曲、梁是否发生裂缝等。

根据地震分析的结果，我们可以对建筑物的设计和结构进行优化。

例如，我们可以调整柱子和梁的尺寸、材质和布置方式，以提高建筑物的抗震能力。

综上所述，通过ANSYS进行地震分析可以帮助我们评估和优化建筑物的抗震性能。

ANSYS地震响应分析讨论

ANSYS地震响应分析讨论

地震响应分析1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。

2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。

这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。

我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下：1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。

结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。

2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。

结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。

3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。

结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。

4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。

结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。

5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。

即1）求出结构的自振一阶频率w2）令tr＝1/w3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.815) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i）这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。

对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。

第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。

基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇

基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇

基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析1基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析随着城市化进程的不断加快，建筑高度和层数不断增加，高层建筑的结构安全问题越来越受到人们的关注。

而地震是高层建筑结构安全的关键因素之一，抗震设计成为高层建筑结构设计的重点之一。

而对于钢结构而言，钢材的高强度、可塑性好、适应性强等特点，使得钢结构成为高层建筑结构的重要选择。

本文将以基于ANSYS的高层钢结构为对象，探讨其抗震及稳定性分析。

1. 建立高层钢结构有限元模型在进行高层钢结构的抗震及稳定性分析前，需要先通过ANSYS 等有限元软件建立高层钢结构的有限元模型。

建立模型需要考虑高层钢结构的结构特点和工程实际情况，确定结构参数、节点分布及约束情况。

2. 高层钢结构抗震分析地震对高层建筑结构的影响主要体现在地震作用下建筑结构内部产生的地震应力和滞回曲线等。

因此，在进行高层钢结构的抗震分析时，需要考虑其受到的地震作用，分析结构内力和变形等参数。

首先，需要进行地震作用下钢结构模型的动力特性分析。

在这一步中，可以使用ANSYS中的模态分析功能，以得到结构在不同模态下的自然频率和振型。

其次，根据钢结构在地震作用下的动力特性，进行地震反应谱法抗力设计。

地震反应谱是描述结构在不同频率下受到地震作用时的反应的一种方法，可以分析结构受到的地震作用下的最大位移、加速度和力等参数。

对于高层钢结构，可以通过ANSYS中的响应谱分析功能进行计算。

最后，通过引入钢结构弹塑性性能纳入分析中，能够更加精准地分析高层钢结构在地震作用下的受力性能。

3. 高层钢结构稳定性分析高层钢结构的稳定性是结构设计或构件设计中必须考虑的重要问题。

高层钢结构结构体系复杂，其极限状态的稳定性较低。

在进行高层钢结构的稳定性分析时，需对结构进行屈曲分析，以了解梁和柱在地震作用下的稳定性。

在进行屈曲分析时，需要先得到高层钢结构构件的稳定系数。

三层框架结构地震响应分析

三层框架结构地震响应分析

三层框架结构地震响应分析李琳，陈刚（郑州经贸职业学院，河南郑州，450000；北京国华电力有限责任公司，北京，100025）摘要：利用简化的空间模型，讨论了结构在地震力作用下，利用谱分析方法计算分析由于地震而产生的结构地震效应。

本文在分析时，利用大型通用软件ANSYS 的结构模块自编程序计算，分别讨论了在只有自重的情况下此结构的变形，和在地震力作用下结构模型的变形的变化。

通过研究得到了一点有益的结果，为今后建筑的抗震提供参考。

关键词：框架结构；谱分析方法；地震响应Earthquake Response Analysis of the Three Portal Frame ConstructionLilin（Zhengzhou V ocational College of Economics and Trade，Henan，Zhengzhou，450000）Abstract：Using simple space model, Discussion structure seismic efficiency which produces as a result of the earthquake with the reciprocal spectrum analysis method computation under the function of the seismic force. This article use the structure module of the large-scale common software ANSYS from arranges the routine calculation, discussed separately, structural model distortion and reaction of support change under the function of the Gravitation merely and under the function of the seismic force.Obtained a point beneficial result through the research, will provide the reference for the next construction's earthquake resistance.Keywords：Portal frame construction; Reciprocal spectrum analysis method; Earthquake response框架结构是常见的结构形式，框架结构布置灵活，具有较大的室内空间，使用比较方便。