关于ANSYS地震响应分析的一些讨论剖析

地震动力学结构响应分析地震是指因地壳运动而引起的地面震动现象。

当地震发生时，地面会发生较大的变动，可以对安置在地面上的建筑、桥梁等造成极大的震动影响。

因此，在设计和建造建筑物、桥梁等工程前，需要进行地震动力学结构响应分析，以确保工程的安全性和可靠性。

地震动力学结构响应分析是建筑物抗震设计的关键步骤之一。

其基本思想是将建筑物视为弹性体系，并通过分析地震过程时，建筑物的动态响应情况，分析建筑物在地震过程中的受力状态和变形情况，以评估建筑物抗震性能的优劣。

地震动力学结构响应分析的基本原理是建立建筑物抗震分析的数学模型。

常见的抗震分析方法有静力弹性分析、动力弹性分析、非线性弹塑性分析等。

静力弹性分析是利用静态力学原理进行分析和计算的方法，在分析过程中忽略建筑物的惯性力和阻尼力等因素。

动力弹性分析是利用地震动力学原理进行分析和计算的方法，考虑建筑物的惯性力和阻尼力等因素。

非线性弹塑性分析是利用材料的非线性特性进行分析和计算的方法，考虑建筑物材料在地震过程中的变形和破坏。

地震动力学结构响应分析需要对其进行合理的模拟和分析。

常用的分析工具有ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA等多种软件。

这些软件可以对建筑物进行三维建模和仿真，对建筑物抗震分析进行数字计算和分析。

在进行地震动力学结构响应分析前，需要获取地震特性参数。

地震特性参数包括地震波速度、地震频率、地震响应谱等。

这些特性参数可以通过震级和震中距离等因素进行计算和估计。

建筑物抗震设计是一个复杂的过程，需要考虑多种因素和因素的相互影响。

在地震动力学结构响应分析中，还需要考虑建筑物的结构形式、材料性能、地基情况等因素。

因此，需要进行多种抗震分析和多种预测和评估。

总之，地震动力学结构响应分析是建筑物抗震设计的重要环节。

通过对建筑物的动态响应分析，可以评估建筑物在地震过程中受力和变形情况，并为抗震设计提供可靠的数据和信息。

同时，科学的抗震分析和设计可以提高建筑物的抗震性能，保障建筑物安全性和可靠性。

02 地震分析算例 (ANSYS)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遇到的问题。

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) 地震反应谱输入(d) 地震时程输入(e) 时程动力分析(1) 在ANSYS窗口顶部静态菜单，进入Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输入窗口中填入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，进入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) 下面输入材料参数，进入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，输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。

第 38 卷
图 2 支撑框架结构有限元模型 Fig． 2 Finite element modal of the braced structure
图 1 支撑框架结构平面布置 Fig． 1 The braced RC frame sturcture layout
1． 2 单元的选取与参数设定 采用梁单元 BEAM188 来模拟框架梁、框架柱、
193
基于 ANSYS 的支撑框架结构地震反应谱分析
李 坤1 ，田兴运1 ，苏 雷2 ，侯春娇1
（ 1． 西北农林科技大学土木工程系，陕西 杨凌 712100； 2． 哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）
摘 要： 利用 ANSYS 对一斜支撑框架结构建立有限元模型并分析该结构的动力特性和地震荷载作用下的弹性响
modal on horizontal RC frame
第 3 阶振型主要是结构的横向振动。由图 6 可 知，横向支撑框架各层柱没有明显的反弯点出现，这 说明支撑布置改变了原有横向框架的受力状态，进 行结构的横向分析时应该按支撑和框架的协同工作 分析。 2． 4 第 4 阶结构频率和模态振型分析
第 4 阶结构振动频率为 3. 229 Hz，对应振动周 期为 0. 303 s。模态振型位移节点解如图 7 所示。
支撑； 采用壳单元 SHELL63 单元来模拟楼板。结构 阻尼系数为 0. 05。模型所用详细参数列于表 1。
表 1 模型参数 Table 1 Parameters of structure modal
构件
单元类型
截面尺寸 /m
框架柱 框架梁 框架支撑
楼板
BEAM188 BEAM188 BEAM188 SHELL63

ANSYS谱分析实例1.结构模态分析结构模态分析是指分析结构的振动模态和频率。

在ANSYS中，可以通过建立结构的有限元模型，定义结构的材料和边界条件，进行模态分析。

模态分析可以计算结构的固有频率和模态形态，用于确定结构的自由振动特性。

同时，模态分析还可以用于确定结构在不同激励条件下的响应。

2.地震响应分析地震响应分析是指分析结构在地震荷载下的响应。

在ANSYS中，可以通过定义地震荷载和结构的边界条件，进行地震响应分析。

地震响应分析可以计算结构在不同地震条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的地震抗震性能。

3.动力荷载响应分析动力荷载响应分析是指分析结构在动力荷载下的响应。

在ANSYS中，可以通过定义动力荷载和结构的边界条件，进行动力荷载响应分析。

动力荷载响应分析可以计算结构在不同动力荷载条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构在动态工况下的响应。

4.谐响应分析谐响应分析是指分析结构在谐振激励下的响应。

在ANSYS中，可以通过定义谐振激励的频率和幅值，进行谐响应分析。

谐响应分析可以计算结构在不同谐振频率和幅值下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的谐响应特性。

5.随机振动分析随机振动分析是指分析结构受随机振动荷载作用下的响应。

在ANSYS 中，可以通过定义随机振动荷载的统计特性，进行随机振动分析。

随机振动分析可以计算结构在不同随机振动荷载条件下的平均响应和随机响应谱，用于评估结构在随机振动环境下的可靠性。

以上是几个常见的ANSYS谱分析实例，通过这些实例可以看出，ANSYS谱分析功能非常强大，可以广泛应用于各种工程领域，帮助工程师评估和优化结构的振动和动力学性能。

基于ANSYS的框架结构地 震荷载分析.
26、机遇对于有准备的头脑坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃

第1期（总第125期）机械管理开发2012年2月No.1（S UM No.125）M EC HANIC ALM ANAGEM ENT ANDDEVELOPM ENTFeb.2012引言塔架结构在工程应用中，经常会遇到两种不同性质的载荷，即静载荷和动载荷。

对于塔架结构，其压力、温度和介质的质量等都可视为不随时间变化的静载荷。

而地震载荷是具有随机性的动载荷，其特点是载荷的大小、方向及作用位置随时间的变化而变化[1]。

地震载荷会引起惯性力并使塔架结构产生随时间变化的变形和动应力；而且也可能会使塔架结构产生过大的挠度而发生刚度失效，甚至地震载荷对结构底截面产生过大的弯矩可能会使塔架的底部因承受过大的应力而发生倒塌等事故；因此，对塔架结构进行地震载荷的分析十分重要。

为了有效模拟实际情况，文中以某钢塔架结构为例，结合大型有限元分析软件ANSYS 对结构进行了地震载荷分析，为塔架结构的优化设计提供参考。

1有限元模型及载荷1.1有限元模型该钢塔架全高66.6m ，主要有钢梁和钢板两类构件，梁和梁以及梁和板之间分别通过螺栓和焊接方式连接，最后形成一个整体。

对于这样一座复杂的塔架结构，全部如实考虑是非常困难的，因此，有限元模型中各部件之间的连接采用共节点的方法模拟[2-4]。

由于受到地震载荷的作用，地震载荷产生的弯矩对梁的变形和应力有较大影响，显然用空间框架结构（梁单元）来建立塔架结构的有限元模型更符合实际情况。

但是，由于塔架立柱是箱型梁，结构特殊，尺寸较大，在实际情况中，箱型梁的钢板结构除了承受拉、压力外，还存在扭转、剪切等状况，所以选用壳单元模拟。

在具体分析时，单元类型选择ANSYS提供的梁单元BEAM 188、壳单元SHELL63和质量单元M ASS21。

节点总数为11539，单元总数为15447。

塔架所用材料为特类平炉3号镇静钢C 3和甲类平炉沸腾钢A 3F ，物理性能为：弹性模量E=206GPa ，ρ=7800kg/m 3，泊松比μ=0.33。

基于ANSYS的某山岭隧道地震响应数值分析钟昌桂【摘要】基于ANSYS计算平台,采用粘弹性边界模拟地基无限域的辐射阻尼效应,将地震波转换为人工边界上的等效节点力荷载,以在建成兰铁路某隧道浅埋段为研究对象,建立了三维数值计算模型,研究了二次衬砌结构的地震响应规律.结果表明:地震作用下,衬砌结构的纵向内力峰值与环向内力峰值相比较小,衬砌横断面受力特征更为显著;衬砌结构内力峰值呈对称分布,拱肩和拱脚为抗震的薄弱部位.研究结果可为山岭隧道抗震设计提供参考.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P177-179,182)【关键词】山岭隧道;粘弹性边界;地震响应;数值分析【作者】钟昌桂【作者单位】中国中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TU311.3;U452.2+8由于围岩对隧道结构具有约束作用，通常认为隧道结构比地面结构的抗震性能更为优越[1]。

然而在历次大地震中，如日本阪神地震(1995年)、台湾集集地震(1999年)和汶川地震[2](2008年)，隧道结构均受到不同程度的破坏，这种观点逐渐被证明是不正确的。

山岭隧道作为公路、铁路的生命线工程，地震中一旦遭受破坏，抢修难度大，严重影响震后救援工作的开展，造成巨大的生命和财产损失。

因此，山岭隧道的抗震性能近年来逐渐成为地震工程领域研究的热点。

鉴于岩土介质及地震作用的复杂性，模型试验周期长、费用昂贵、存在应力失真等缺点，解析方法对实际问题简化过多，数值方法逐渐成为山岭隧道抗震研究的主要手段[3]。

隧道-围岩系统的地震响应本质上是开放系统的波动问题[4]，在构建数值模型时，需考虑地基无限域的辐射阻尼效应(即人工边界)及地震动输入两方面问题。

本文基于ANSYS计算平台，以在建成兰铁路某山岭隧道为研究对象，采用粘弹性边界[5]、[6]模拟地基无限域的辐射阻尼，将地震动转换为边界上的等效节点力，进行隧道三维地震响应数值计算，研究了衬砌结构的地震响应规律。

2：高层建筑发源地--芝加哥 1880年后的十余年间，芝加哥取得高层建筑发展史上的辉煌成就。与 此同时，美国其它城市由于受1873年起持续多年经济萧条的影响而无 重大建设。大量的建筑设计任务吸引了一批有才华的建筑工程师（也 是建筑师）聚集到芝加哥，如： ·詹尼 (设计第一栋高层建筑--家庭生命保险公司大楼） ·布思海姆 (设计信托大楼一第一个采用大面积玻璃外墙) ·鲁特 (设计蒙纳诺克大楼--世界最高砖结构建筑) ·沙里文 （高层建筑之父）
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4.1.4 建立分析模型
图4-1 X方向位移
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图4-2 Y方向位移
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图4-3 X方向应力
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图4-4 Y方向应力
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图4-5第一主应力
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图4-6 X方向总变形
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图4-7 Y方向弹性应变
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二、模型建立 利用APDL语言分别建
立几何模型和划分网格建立 有限元模型。
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重力荷载作用下的结构 响应
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➢ 房屋与结构物的自重，在一般情况下是不需要， 但又是不可避免的荷载，建筑结构物自重（指材 料自身重量产生的荷载）是恒载，属于永久荷载； 其标准值应根据结构的实际尺寸和材料单位体积 自重（即平均重度）计算确定，一般相当于恒载 实际概率分布的平均值。对于某些自重变异较大 的材料和构建（如现场制作的保温材料、混凝土 薄壁结构构建等）自重的标准值，应根据对结构 的不利状态取重度的上限值或下限值。
设计第一栋高层建筑设计第一栋高层建筑家庭生命保险公司大楼家庭生命保险公司大楼设计信托大楼一第一个采用大面积玻璃外墙设计信托大楼一第一个采用大面积玻璃外墙设计蒙纳诺克大楼设计蒙纳诺克大楼世界最高砖结构建筑世界最高砖结构建筑高层建筑之父高层建筑之父二高层建筑特点二高层建筑特点高层建筑结构设计与低层高层建筑结构设计与低层多层建筑结构相比较结构多层建筑结构相比较结构专业在各专业中占有更重要专业在各专业中占有更重要的位置不同结构体系的选的位置不同结构体系的选择直接关系到建筑平面的择直接关系到建筑平面的布置立面体形楼层高度布置立面体形楼层高度机电管道的设置施工技术机电管道的设置施工技术的要求施工工期长短和投的要求施工工期长短和投资造价的高低等资造价的高低等

ANSYS软件在结构地震反应分析中所用的方法徐旻洋 1110109132工程体系多自由度运动方程为:[M]{x’’}+[C]{x’}+[K]{x}={F(t)}(1)式中，[M]表示质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；{x}为结构体系的位移向量；{F(t)}表示t时刻的载荷向量。

典型的无阻尼模态分析求解的基本方程就是上式(1)的特征值问题：[K]{Φi}=ωi2[M]{Φi} (2)式中，{Φi}是第i阶模态的振型向量(特征向量)，ωi是第i阶模态的固有频率。

ANSYS软件可以求解式(2)，计算结构的固有频率ωi，然后计算相应的振型向量{Φi}，即模态分析。

当式(1)右边{F(t)}是一个已知的谱(如地震反应谱)时，可以用ANSYS软件进行谱分析。

当{F(t)}是任意的随时间变化载荷时，ANSYS软件可进行瞬态动力分析。

ANSYS结构振型分解反应谱分析有如下内容：1）首先要定义好加速度反应谱。

这里需要注意的是，规范上给的是地震影响系数谱曲线，这个曲线的函数值是以地面加速度为单位的。

而我们在用这个软件算的时候就需要给出绝对的加速度值，这个绝对加速度值当然就是要在地震影响系数的基础上再乘上一个地面加速度。

而地面加速度也并不一定是9.8，这与我们使用的单位制有关，如果是N/M/S，就应该是9.8，如果是N/MM/S就应该是9800。

2）求振型。

一定要是相对质量矩阵进行归一化，使用modopt命令默认的方法就可以了。

这个式子是求振型参与系数的，显然这个式子里面不是完整的求振型参与系数的式子，它少了分母，但是，由于对振型相对质量矩阵进行了归一化，这个分母就等于1了，这就是为什么必须要对振型相对质量进行归一化的原因了。

在这一步中，可以这样理解，程序只进行了一次特征值求解，即只求出了周期和振型。

如果需要看某个振型的“内力/应力/反力”，就需要对其进行模态扩展。

3）求谱解。

其实在这一步中，程序只做了一件事，那就是求模态系数。

基于ANSYS Workbench的某反应塔模态及地震响应谱分
析
何志刚;程继余
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2018(047)011
【摘要】以某反应塔主体为分析对象,通过SolidWorks建立三维实体模型,导入有限元分析软件AN-SYS Workbench进行模态仿真分析,得到了反应塔前40阶非零模态频率.进行了模拟地震载荷作用下的位移响应谱分析,得到等效应力和方向位移云图.结果表明:反应塔的动力学特性较为复杂,模态振型具有多样性.在地震载荷激励下,反应塔满足抗震强度要求.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】何志刚;程继余
【作者单位】江苏天楹环保能源成套设备有限公司,江苏南通 226602;江苏天楹环保能源成套设备有限公司,江苏南通 226602
【正文语种】中文
【中图分类】TH128
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的某通信发射塔模态及地震响应谱分析 [J], 张永伟;康兴无;
2.基于 ANSYS Workbench 的某通信发射塔模态及地震响应谱分析 [J], 张永伟;
康兴无
3.基于ANSYS的组合管式反应塔的模态分析 [J], 韩维涛;张亚新
4.基于ANSYS的摩天轮模态及地震响应谱分析 [J], 赵九峰
5.基于ANSYS Workbench的不同截面梁板结构地震响应谱分析 [J], 洪成铖; 王越
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王 羡农 ， 周晓慧， 张付 彬
（ 河ｊ Ｅ 工 程大 学 土木工程学 院， 河北 邯郸 ０ ５ ６ ０ ３ ８ ）
摘要： 本 文采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 分析 法 ， 进 行 框 架结 构 地震 作 用按 照地 震谱 响应 计 算 的分 析 ， 以
某十层 钢框 架 结构 为例 ， 进行 模 态 求解 ， 谱 响 应分析 ， 模 态扩展 ， 模 态合 并 以及 时程分 析 的模 拟 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ＡＮＳ ＹＳ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ａ ｍｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ
结 果表 明 ， 模 态分析得 到 钢框 架 的 固有频 率和 振 型 ， 可 以在 设 计 阶段 使 结 构 的 自振 周期 远 离主 振 周期 ； 谱 响 应 分析得 到 地震谱 响应 曲线 和响 应 振 型 ， 将 两 者结 合 考虑 可发 现 发 生共振 情 况 的
振 型和 频率 ， 从 而测 试 结构在 地震 时抗 共振 的 能力 ， 避 免 钢框 架 结 构在 发 生地 震 时 由于共 振 而
产 生 的破 坏 。
关键 词 ： 钢框 架 ； Ａ Ｎ Ｓ ＹＳ ； 谱 分析 ； 地 震谱 响 应 ； 共振 中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ ５ ２ ． １ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｌａ ｆ ｍｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｕ ｍ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＡＮＳ ＹＳ

地区的板梁结构进行抗震分析。比较相同截 面积下不同截 面形状的板梁结 构 的等 效 应 力等参 数 ， 得 出环 形截 面的板 梁 结 构 变形最 小。 研 究结 果可 为板 梁 结构 的抗 震 设 计提 供 依据 。
１ ． ２ 地震响应谱的选取 参照 “ 建 筑抗震设 计规范 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ －２ ０ １ ０ ） ” ， 依据 郑州地 区的场 地特征周期 、 水平地震影响 系数及结 构的阻尼 比， 得 到加 速度频率 响应 谱如 图１ ． ２ 所示， 其 中郑州地 区的场 地特 征周期在 中国地 震动参数 区划 图（ Ｇ Ｂ １ ８ ３ ０ ６ －２ ０ ０ １ ） 中查取 。
１ ｌ ｅ —ｌ ３
５
．
１ ７ ｅ —ｌ ２
４ ． ７ ４ ｅ －２
３ ． ２ ９
７ ． ２ ８ ｅ －１ ２
不同截面形 状的板 粱结 构的等 效应 力等参数 ， 得 出环形 截面积下， 圆形 的等效应 力最 大， 回形的次 之， 圆环形 的最小 ； Ｘ 方向最大位移、 速度也 满足此规 律 ， Ｘ 方向最大加
７ ８－７ ９ ．
／
［ ６ 】 王德玲 ， 沈 疆海， 张系 斌． Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 在结构动力学和工程抗震教学中的 应用［ Ｊ 】 ． 水利与建筑工程学报， ２ ０ １ ０ ， ８ （ １ ）：３ ９ — ４ １ ．
表１ ． １各梁截面尺寸（ 单位 ： ｍ ｍ）
参 考文献
［ 】 】 傅 学怡 ． 实用高层建 筑 结构 设计ｆ Ｍ】 ． 北 京： 中国建 筑工 业 出版
ａ ） － 层板梁结构图
５
ｂ ） 网格示意图
社 ． ２０ １ ０．
图’ ． １几１ 可 模型及网格分布示意 图

四层弹簧－质点模型的地震ANSYS分析 FINI /CLEAR /UNITS,SI /PREP7 DAMPRATIO=0.02 !振型阻尼系数都为0.02 ET,1,BEAM188 KEYOPT,1,7,1 KEYOPT,1,8,1 ET,2,MASS21,,,4 MP,EX,1,210E9 MP,NUXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 MPDATA,DAMP,1,,DAMPRATIO SECTYPE,3,BEAM,I SECDATA,0.2,0.2,0.5,0.01,0.01,0.008 R,1,1.6E2,1.6E2 R,2,1.2E2,1.2E2 K,1,0,0,0 K,2,0,3,0 K,3,0,6,0 K,4,0,9,0 K,5,0,12,0 K,6,0,0,10000 L,1,2 L,2,3 L,3,4 L,4,5 LSEL,,,,1,4 LATT,1,0,1,,6,,3 ALLS LESIZE,ALL, , ,3 , , , , ,1 LMESH,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL TYPE,2 REAL,1 E,2 TYPE,2 REAL,2 E,8 E,14 E,20 *SET,NT,1001 *SET,DT,0.02 *DIM,AC,,NT *VREAD,AC(1),RECORD,TXT (F8.3) /SOLU D,1,ALL, ANTYPE,0 SOLVE FINISH /SOLU !模态分析 ANTYPE,2 MODOPT,SUBSP,8 MXPAND,8, , ,1 SOLVE FINI !得到自振频率1 *GET,FREQ1,MODE,1,FREQ /ESHAPE,1.0 /SOLU ANTYPE,SPECTR !谱分析 SPOPT,SPRS MDAMP,1,DAMPRATIO, , , , , , SED,1 SVTYPE,2,1 FREQ,0.167,0.25,0.333,0.44444,0.5,0.667,1,1.25,1.667 SV,,0.154350625,0.191590625,0.210210625,0.224175625,0.250716714,0.329514922,0.484352764,0.598723486,0.786897371 FREQ,2.222,10,100000 SV,,1.034212766,1.034212766,0.3528 !按7度多遇地震，地震影响系数0.08 第一组III场地TG＝0.45 SRSS,0.01,DISP SOLVE FINISH /POST1 /INP,,MCOM NSORT,U,SUM *GET,DMAX_SPE,SORT, ,MAX !反应谱最大变形

费时且昂贵.
• 然而，瞬态分析更加精确. • 在谱分析中，关键是快速获得最大响应，一些信息也
会丢失（如相位角等）.
谱分析总论
• 应用：
建筑物框架及桥梁 太空船部件 飞机部件 承受地震或其它不稳定载荷的系统
谱分析总论
• ANSYS可以进行四种类型的谱分析:
• 单点响应谱
• 给模型中一个点集指定一条响应谱曲线。比如对所有支撑点.
求的各节点上
• 激励方向(总体直角坐标系):
对于地震频谱，定义为一个单元矢 量，（1，0，0）指的是在x方向； （0，1，0）指的是y方向，（0，0， 1）指的是z方向。
对于力频谱，符号FX，FY，FZ已经 表示方向。
定义单点响应谱值—频率表
• 首先定义频率表格，允许 达到20个点
• 然后定义相应的频谱值：
*在这种情况下，材料属性DAMP指的是阻尼比，而不是ß阻尼
定义单点响应谱
定义响应谱：
1. 响应谱设置：频谱类型及激励方 向
2. 响应谱值——频率表 3. 模态组合的方法
单点响应谱设置
• 频谱的类型：
地震或作用力（不是PSD） 地震频谱 - 自动地施加于基础上 作用力频谱-人工地作为力施加于要
• 建立模型 • 获得模态解 • 转向谱分析 • 定义响应谱 • 求解并查看结果
响应谱
• 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应可以是加速度、 速度、位移和力;
• 响应谱反映了激励的频率特征,一般步骤如下：
1) 对于结构的每一个模态，计算在每一个方向上的参与系数g i， g i 是衡 量该模态在那个方向上的参与程度（所有的模态分析均计算）；
单点响应谱的模态组合
• 在模态组合中，指定的有效阀值（某个模态的模态系数对最大 模态系数的比率） ，那么在模态组合时，只有大于阀值的模态 参与组合；如果要组合所有模态，必须将阀值指定为0;

本科毕业论文题目： 基于ansys 钢结构在地震波激励下的动态分析学 院:理学院 专 业:工程力学 学 号: 201007152012 学生姓名:卢超超 指导教师:龚相超 日 期:二〇一四年六月摘要在建筑结构中，钢结构具有抗震性能高、工业化生产程度高、施工周期短、节能环保、便于运输、施工速度快、延展性好等优点，特别是钢结构建筑所具有的延展性可以衰减地震波，减少地震对建筑的破坏性。

近些年来，地质灾害频发，地震引起的结构倒塌破坏越来越引起人们的关注。

本文在理论分析的基础上，通过室内实验和数值模拟，主要进行了以下几个方面的工作:本论文以刚架结构为研究对象，对结构建立不同的简化模型，和不同的方法研究其在地震波激励下的动态响应分析。

通过模态分析，得到钢结构水平振动的前十个振型和相应的固有频率。

在输入地震波的情况下，采用瞬态动力学分析技术，确定了结构的动力响应。

通过ansys软件进行仿真分析，同理论分析进行比较，从而对结构在地震分析中的一些常规方法有一个全面的理解。

关键词: 钢结构；地震波；动力响应；瞬态分析AbstractIn building structure, steel structure has high shock resistant performance, high degree of the industrialization, the construction period is short, energy saving and environmental protection advantages, convenient transportation, fast construction speed, good ductility, especially the ductility of steel structure can reduce the attenuation of seismic waves, destructive earthquakes on buildings. In recent years, geological disasters, collapse caused people's concern more and more structure caused by the earthquake.In this paper, on the basis of theoretical analysis, through the indoor experiment and numerical simulation, the main work is summarized as follows: in this thesis, the rigid frame as the research object, a simplified model of the structure is different, and different methods to study the seismic wave dynamic response analysis. Through the modal analysis, get the horizontal vibration of steel structure of the first ten frequencies and corresponding natural. In the input earthquake waves, the transient dynamics analysis, the dynamic response of the structure. The simulation analysis by ANSYS software, with the theoretical analysis, in order to have a comprehensive understanding of some conventional methods in seismic analysis of structure.Key words: Steel structure; Seismic wave; Dynamic response; Transient analysis目录1 绪论 (1)1.1 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 存在的问题和不足 (1)1.4 主要研究内容 (2)2 基本理论 (2)2.1 模态分析 (2)2.1.1 模态分析定义与目的 (2)2.1.2 模态分析基础理论 (2)2.1.3 模态提取方法.............................................................. 错误！未定义书签。

02 地震分析算例 (ANSYS)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遇到的问题。

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) 地震反应谱输入(d) 地震时程输入(e) 时程动力分析(1) 在ANSYS窗口顶部静态菜单，进入Parameters菜单，选择Scalar Parameters 选项，在输入窗口中填入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，进入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) 下面输入材料参数，进入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，输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。

结构力学中的地震响应分析与设计地震是自然界中一种常见而又具有破坏性的自然灾害，对建筑结构的影响不可忽视。

在结构力学中，地震响应分析与设计是一项重要的研究内容，旨在确保建筑结构在地震时能够充分承受外界载荷，保证结构的安全性和稳定性。

本文将重点探讨结构力学中地震响应分析与设计的相关原理和方法。

一、地震响应分析1. 响应谱法响应谱法是一种常用的地震响应分析方法，基于结构的振动参数，通过响应谱函数与地震动输入进行相应计算，预测结构在不同地震强度下的响应。

它将地震动输入转化为结构的响应谱，得出结构的最大加速度、位移等重要参数。

2. 时程分析法时程分析法是一种更为精确的地震响应分析方法，通过直接模拟地震波对结构的作用过程，计算结构在不同时间点上的位移、速度、加速度等响应。

该方法适用于复杂结构、非线性体系和近场地震等情况。

二、地震设计基础1. 设计地震动参数地震设计的第一步是确定设计地震动参数，包括地震峰值加速度、峰值速度和响应谱。

这些参数是根据地震区分类、设计基准、土壤条件等因素确定的，可以通过地震记录分析、频域法或经验公式等多种途径获取。

2. 结构抗震等级结构抗震等级是根据建筑结构的重要性和使用功能确定的，通常分为一般、次要、重要和特殊四个等级。

不同等级的结构需要满足不同的抗震要求，包括抗震性能目标、抗震设计参数和抗震构造措施等。

三、地震设计方法1. 弹性设计方法弹性设计方法是一种基于结构的线性弹性响应分析的设计方法，适用于简单结构和小震级地震。

它通过满足结构在设计地震动作用下的强度和刚度要求，确保结构在小至中等强度的地震下有足够的抵抗能力。

2. 非弹性设计方法非弹性设计方法是一种考虑结构非线性特性的设计方法，适用于大震级地震和特殊结构。

它通过考虑结构的塑性铰形成、滞回效应和能量耗散能力，确保结构在大震级地震时有足够的耗能能力和韧性。

四、地震设计措施1. 结构抗震构造结构抗震构造是指为提高结构在地震作用下的承载能力和韧性而采取的构造措施，包括增加梁柱截面尺寸、设置剪力墙、使用钢筋混凝土剪力墙等。