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一般地震时程分析的步骤如下

一般地震时程分析的步骤如下
一般地震时程分析的步骤如下

一般地震时程分析的步骤如下:

1. 在“荷载/时程分析数据/时程荷载函数”中选择地震波。时间荷载数据类型采用无量纲加速度即可。其他选项按默认值,详细可参考用户手册或联机帮助。

2. 在“荷载/时程分析数据/时程荷载工况”中定义荷载工况。

结束时间:指地震波的分析时间。如果地震波时间为50秒,在此处输入20秒,表示分析到地震波20秒位置。

分析时间步长:表示在地震波上取值的步长,推荐不要低于地震波的时间间隔(步长)。

输出时间步长:整理结果时输出的时间步长。例如结束时间为20秒,分析时间步长为0.02秒,则计算的结果有20/0.02=1000个。如果在输出时间步长中输入2,则表示输出以每2个为单位中的较大值,即输出第一和第二时间段中的较大值,第三和第四时间段的较大值,以此类推。

分析类型:当有非线性单元或非线性边界单元时选择非线性,否则选择线性。

分析方法:自振周期较大的结构(如索结构)采用直接积分法,否则选择振型法。

时程分析类型:当波为谐振函数时选用线性周期,否则为线性瞬态(如地震波)。

无零初始条件:可不选该项。

振型的阻尼比:可选所有振型的阻尼比。

3. 在“荷载/时程分析数据>地面加速度”中定义地震波的作用方向。

在对话框如果只选X方向时程分析函数,表示只有X方向有地震波作用,如果X、Y方向都选择了时程分析函数,则表示两个方向均有地震波作用。

系数:为地震波增减系数。

到达时间:表示地震波开始作用时间。例如:X、Y两个方向都作用有地震波,两个地震波的到达时间(开始作用于结构上的时间)可不同。

水平地面加速度的角度:X、Y两个方向都作用有地震波时如果输入0度,表示X方向地震波作用于X方向,Y方向地震波作用于Y方向;X、Y两个方向都作用有地震波时如果输入90度,表示X方向地震波作用于Y方向,Y方向地震波作用于X方向;X、Y两个方向都作用有地震波时如果输入30角度,表示X方向地震波作用于与X轴方向成30度角度的方向,Y方向地震波作用于与Y方向成30度角度的方向。

另外,地震时程分析不能与地震反应谱分析同时进行,用户应分别保存为两个模型,分别进行反应谱分析和时程分析。

时程分析注意事项:

1、截面需要使用“数据库/用户”来指定截面的尺寸,不然非弹性铰的特征值程序无法自动计算,之后的计算也会有问题(如计算速度特别慢,计算会出错);

2、加柱的P-M-M铰时候,不管截面形状,需要在“屈服面特性值”里选择“自动计算”,对于梁和支撑是在“滞回模型”旁边的“特征值”里选择“自动计算”;

3、如果需要考虑“时变静力荷载”,在用地震动进行计算的时候,“时程荷载工况”里“加载顺序”要“接续前次”,考虑时变静力荷载的作用,必须注意有一个顺序的问题:在添加“时程荷载工况”和“定义时程分析函数”的时候,需要先定义“时变静力荷载”,然后才定义地震动函数(定义地震波),并且在“时程荷载工况”的定义里,时变静力荷载和地震波的分析类型及其它参数的定义应该一致;

4、在“时程荷载工况”的定义里,考虑弹塑性一般使用“非线性”的分析类型,“直接积分法”的分析方法,“阻尼计算方法”一般使用“质量和刚度因子”,可以通过第一、第二振型的周期来计算“质量和刚度因子”。“阻尼计算方法”的“应变能比例”和“单元质量和刚度因子”一般是和组阻尼一起使用,两者的区别是“应变能比例”是根据单元的变形来计算阻尼,“单元质量和刚度因子”计算阻尼的时候和振型有关。

5、如果要看到层的时程分析结果,需要定义“模型/建筑物数据/控制数据”,勾选“时程分析结果的层反应”,否则在“结果/时程分析结果/层数据图形”中看不到一些结果。

地震响应的反应谱法与时程分析比较 (1)

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 9_10.pdf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RG1.60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(0.02,0.05,0.10)的影响。 RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g) 频率谱值(g) 33 0.1 9 0.261 2.5 0.313 0.25 0.047 与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt 2数值分析框图思路与理论简介 2.1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。 2.2 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 3.1 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

时程分析中地震波输入位置的讨论

时程分析中地震波输入位置的讨论 摘要:时程分析法通过直接动力分析可得到结构相应随时间的变化关系,能真实地反应结构地震相应随时间变化的全过程,是抗震分析的一种重要方法[1]。目前有限元软件可以实现结构的时程分析,但是在不同的软件中,其实现方式不同,主要区别在地震波的输入位置不同。本文通过有限元软件ABAQUS采用不同的地震波输入位置对同一结构进行时程分析分析,对比结构相同位置的时程位移曲线,结果表明结构在采用不同地震波输入位置的时程分析中,结构的地震响应基本一致。 关键词:时程分析、有限元软件、钢筋混凝土剪力墙 Abstract: The time history analysis method to analyze the available structure through direct power to the relationship between the corresponding changes over time, truly reflect the structure of earthquake corresponding to the whole process of change over time, is an important method of seismic analysis [1]. Finite element software can be time-history analysis of the structure, but in different software in different ways, the main difference between the different positions in the seismic wave input. In this paper the finite element software ABAQUS using different seismic wave input location on the same structure, process analysis analysis, contrast structure the same location of when the process displacement curve, the results show that the structure using different seismic waves enter the position time history analysis, the seismic response basically the same. Keywords: time history analysis, finite element software, reinforced concrete shear walls 一、引言 在时程分析等动力学问题中,地震力以加速度形式从基础固定处输入。由于结构的刚度不是无限大,在结构上的加速度反应与基础输入的加速度并不相同。在很多时候,结构的加速度比基础输入的加速度更大,即对输入的加速度有一个动力放大效应。在单自由度弹性体系中,体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值,即称为动力系数[2] (1) 动力系数与结构的动力学特性和输入的地震波的频率特性有关。它与地震系数k的乘积即为单自由度体系的地震影响系数。 因此,从原理上讲,时程分析是将地震波的加速度时程曲线作用到结构的基础约束处,得到上部结构的各种地震反应。但是在不同的软件中,其实现方

时程分析中地震波选取浅析

时程分析中地震波选取浅析 通过介绍时程分析法中输入地震波的选择原则、地震动幅值和频率特性等一系列问题,使初学者对输入地震波的选择有初步认识和了解,为以后更深层次的研究打下基础。 标签:时程分析法;地震波选择 1、引言 随着社会、经济和科技的不断发展以及人口数量的迅速膨胀,高层、超高层以及复杂形状的建筑的数量定会快速增长。抗震设计规范规定,对于此类重要、复杂并超过规定高度的建筑,其抗震设计中的地震作用计算都要通过时程分析法进行补充验证。而在时程分析法的计算过程中最重要,最影响地震作用计算结果的莫过于地震波的选取。所以,本文将从地震波选取原则、地震动幅值、频谱特性、持续时间、地震波数量、地震波转动分量等多个方面对地震波的选取进行浅析。 2、地震波的选取原则 时程分析中的地震波如何选取的问题,一直是时程分析法中的一个难点。在选择地震波输入时,要满足两点要求: 1)首先要使选择输入的地震波的某些参数和建筑物所在地的条件相一致。参数主要包括:场地的土壤类别、地震烈度、地震强度参数、卓越周期和反应谱等。 2)其次还要满足地震活动三要素的要求。即频谱特性、地震加速度时程曲线持续时间和幅值,选取的地震波中的这三者,要满足相关规定。相关规定要求:选用数字化的地震波应按照建筑场地类别和设计地震分组进行选取,选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱分析法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。在统计意义上相符是指:其平均地震影响曲线与振型分解反应谱法所用到的地震影响系数曲线相比,在各个周期点上相差不大于20%。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法计算结果的65%。多条时程曲线计算结果的结构底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%[1]。 3、地震动幅值 地震动幅值有两种意义,即可以指地震加速度、位移和速度中的任何一种的最大值,又可以指在某种意义下的等代值。在一定程度上,地震波的峰值能够反应并代表地震波的强度,所以,建筑物所在地的设防烈度所要求的多遇地震或罕

ANSYS地震时程分析

在ANSYS里做地震分析时,需要对结构施加地震惯性荷载,地震惯性力是通过加速度的方式输入进结构的,然后与结构的质量一起形成动力计算时的惯性荷载,下面说一下在ANSYS 里施加地震惯性力的方法。 首先,将三个方向的地震加速度放到一个文本文件里,如accexyz.txt,在这个数据文件里共放三列数据,每列为一个方向的地震加速度值,这里仅给出数据文件中前几行的数据:-0.227109E-02 -0.209046E+00 0.467072E+01 -0.413893E-02 -0.168195E+00 0.261523E+01 -0.574753E-02 -0.157890E+00 0.809014E-01 -0.731227E-02 -0.152996E+00 0.119975E+01 -0.876865E-02 -0.138102E+00 0.130902E+01 -0.101067E-01 -0.131582E+00 0.143611E+00 ....................... 然后,再建一个文本文件用来存放三个方向的地震加速度时间点,如time.txt,在这个数据文件里仅一列数据,对应于加速度数据文件里每一行的时间点,这里给出数据文件中前几行数据: 0.100000E-01 0.200000E-01 0.300000E-01 0.400000E-01 0.500000E-01 0.600000E-01 ....................... 编写如下的命令流文件,并命名为acce.inp *dim,ACCEXYZ,TABLE,2000,3 !01行 *vread,ACCEXYZ(1,1),accexyz,txt,,JIK,3,2000 !02行(3e16.6) !03行 *vread,ACCEXYZ(1,0),time,txt !04行 (e16.6) !05行 ACCEXYZ(0,1)=1 !06行 ACCEXYZ(0,2)=2 !07行,同上 ACCEXYZ(0,3)=3 !08行,同上 finish /SOLU ANTYPE,trans btime=0.01 !定义计算起始时间 etime=15.00 !定义计算结束时间 dtime=0.01 !定义计算时间步长 *DO,itime,btime,etime,dtime time,itime AUTOTS,0 NSUBST,1, , ,1 KBC,1 acel,ACCEXYZ(itime,1),ACCEXYZ(itime,2),ACCEXYZ(itime,3) !施加三个方向的地震加速度SOLVE

汶川地震波加速度时程

FILTER POINTS: NPTS= 25000, DT= .0200 SEC 单位cm/s2 -85.18660303 -26.81310797 29.69681739 17.66375925 10.74725598 5.89307633 10.53329077 8.38328838 -6.60304626 -7.29547636 11.29502428 13.67286273 -5.92602216 -23.83117937 -24.01378573 -10.41018086 -1.73061627 -1.68681541 -0.25120385 5.69817713 22.27844984 29.26687041 14.37719476 -0.78176094 14.85243403 43.59400018 29.38438838 3.43393402 5.49481755 6.23200112 -21.87622974 -52.48408787 -47.05050653 -6.35843868 26.04376039 16.94997018 8.10590549 14.56990612 8.61432565 -0.67444454 1.37721874 -3.94592499

14.4976265 15.78556387 8.14483834 -6.35078639 -12.80601727 -7.48203698 -38.05952669 -47.252601 -22.58282251 4.85801197 24.94937343 15.78910797 -7.89294083 -27.34878362 -7.67345164 21.73423697 33.04934899 5.07072495 5.38605227 29.29248964 32.47681472 63.38543891 78.60146871 41.15192422 16.98456088 24.67915562 29.25445807 -12.85852194 -52.13522708 -27.93999245 9.73808504 20.14985389 -1.49063292 -17.18407036 -9.30291165 -0.51966159 7.96338525 -7.54802444 -11.34591285 19.42029186 0.6700927 -5.71160065 -26.02061476

地震时程分析中重力荷载的考虑

ANSYS地震时程分析中如何考虑重力作用 在用ANSYS做结构的地震时程分析时,结构施加地震波的初始状态往往是一种不受任何外力的自由状态,这与现实的结构地震情况是不一致的,别的荷载不说,重力荷载在地震时程分析的初始时就存在,在地震响应的整个过程中也起作用。重力荷载在地震反应分析中应该如何施加,我做了如下探讨: 第一种方式,参照小木虫论坛上介绍的一个思路,先在一个极短的时间内关闭时间积分效应,施加重力加速度,然后再打开时间积分效应,进行正常的地震时程分析。具体命令如下 /solu antype, trans timint, off !关闭积分效应 time, 1e-5 acel,,9.8, nsubst, 2 kbc, 1 lswrite, 1 solve timint, on !接着打开积分效应 NSUBST,5 *do,t,1,50,1 time,0.02*t acel,0*9.8*H1(t),0,0*9.8*H2(t) kbc,0 outres,all,none outres,nsol,all allsel,all solve *enddo 为了避免地震加速度的干扰,我把输入的两个水平向地震加速度都设置为0,计算了1秒时间,计算得到的结构顶点竖向位移见图1,图1中在初始的1e-5秒的时间内施加重力荷载后,结构有一个向下2mm的位移;重新打开时间积分效应后,结构在没有重力加速度的情况下发生回弹,最后位移稳定在0。 第二种方式,直接在施加的加速度荷载上把重力加速度9.8m/s2,同样把水平方向加速度乘0,避免其干扰,命令如下: /solu antype, trans timint, on !接着打开积分效应 NSUBST,5

反应谱与时程理论对比

反应谱是在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形。更直观的定义为:一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系,在某一地震动时程作用下的最大反应,为该地震动的反应谱。 反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型和阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静 力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK= αG 其中α为地震影响系数,即单质点弹性体系在地震时最大反应加速度。另一方面地震影响系数也可视为作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 目前,反应谱分析法比较成熟,一些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计方法。不过,它主要适合用于规则结构。对于不规则结构以及高层建筑,各国规范多要求采用时程分析法进行补充计算。 地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析,它首先使用动力法计算质点地震响应,并使用统计的方法形成反应谱曲线,然后使用静力法进行结构分析。但它并不是结构真实的动力响应分析,只是对于结构动力响应最大值进行估算的近似方法,在线弹性范围内,反应谱分析法被认为是高效而且合理的方法。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。基于不同周期结构相应峰值的大小,我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。一般情况下,随着周期的延长,位移反应谱为上升曲线,速度反应谱为平直曲线,加速度反应谱为下降曲线,目前结构设计主要依据加速度反应谱。 加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线,并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值,后面更大范围为逐渐下降阶段。峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关。一般来说结构自振周期的延长,地震作用将减小。当结构自振周期接近场地特征周期时,地震作用最大。 反应谱分析方法需要先求解一个方向地震作用响应,再基于三个正交方向的分量考虑结构总响应,即基于振型组合求解一个方向的地震响应,再基于方向组合求解结构总响应。 振型组合方法有SRSS法,CQC法。 1.SRSS法 SRSS法是平方和平方根法,这种方法假定所有最大模态值在统计上都是相互独立的,通过求各参与阵型的平方和平方根来进行组合。该法不考虑各振型间的藕联作用,实际上结构模态都是相互关联的,不可避免的存在藕联效应,对那些相邻周期几乎相等的结构,或者不规则结构不适用此法。《抗规》GB50011-2010规定的SRSS法为如下所示:

结构抗震设计时程分地震波的选择

(1)设计用地震记录的选择和调整 用规范的确定性方法和地震危险性分析方法所确定的设计地震动参数,是选择天然地震加速度记录的依据。 (一)实际地震记录的选择方法 选择地震记录应考虑地震动三要素,即强度(峰值)、频谱和持续时间。对某一建筑的抗震设计,最好是选用该建筑所在场地曾经记录 到的地震加速度时间过程。但是,这种机会极少。为此,人们只能从现有的国内外常用的地震记录中去选择,尽可能挑选那些在震级、震中距和场地条件等方面都比较接近设计地震动参数的记录。他的文章给出了相应的地震数据的记录目录。 (二)实际地震记录的调整 1.强度调整。将地震记录的加速度值按适当的比例放大或缩小,使其峰值加速度等于事先所确定的设计地震加速度峰值。即令 其中a(为记录的加速度值为调整后的加速度值;A众为设计地震加速度峰值;。为记录的加速度峰值。这种调整只是针对原记录的强度进行的,基本上保留了实际地震记录的特征。也就是所说的(强度修正。将地震波的加速度峰值及所有的离散点都按比例放大或缩小以满足场地的烈度要求)

2.频率调整考虑到场地条件对地震地面运动的影响,原则上所选择的实际地震记录的富氏谱或功率谱的卓越周期乃至形状,应尽量与场地土相应的谱的特性一致。如果不一致,可以调整实际地震记录的时间步长,即将记录的时间轴“拉长”或“缩短”,以改变其卓越周期而加速度值不变也可以用数字滤波的方法滤去某些频率成分,改变谱的形状。另外,为了在计算中得到结构的最大反应,也可以根据建筑结构基本自振周期,调整实际地震记录的卓越周期,使二者接近。这种调整的结果,改变了实际地震记录的频率结构,从物理意义上分析是不合理的。 另外,在测定场地土和建筑结构的卓越周期时,运用不同的测试仪器和测试技术,往往得到不同的结果。即使是对同一个测试结果,在频谱上确定卓越周期时,不同的分析方法也会导致不同的结果。有的选取谱的第一个峰值所对应的周期作为卓越周期,有的选最大峰值时的,也有的取某一段周期等,很不一致。对如何确定地震加速度记录的卓越周期,也是各行其是,有的利用加速度反应谱,有的用伪速度谱,有的用富氏谱,结果当然是不一样的。上述各种作法在工程中引起了一些混乱。 王亚勇认为,用脉动测试方法测定场地土和结构的卓越周期及自振周期时,应采用速度摆型或加速度摆型的地震仪测定地运动和结构振动,然后计算其富氏谱或功率谱,以谱的最大峰值所对应的周期作为卓越周期和自振周期比较合适。反应而相应地根据记录的位移谱或速度谱。 这也就是所谓的滤波修正。可按要求设计滤波器,对地震波进行时域或频域的滤波修正。这样修正的地震资料不仅卓越周期满足要求,功率谱的形状和面积也可控制。卓越周期修正。将地震波的离散步长按人为比例改变,

ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例

ABAQUS时程分析法计算地震反应的简单实例ABAQUS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:7800 mechanical-->>elasticity-->>elastic,young‘s modulus:2、1e11,poisson’s ratio:0、3、

框架结构地震响应时程分析的计算模型

框架结构地震响应时程分析的计算模型 摘要:在结构进行地震响应时程分析时,必须首先确定结构的计算模型,以便确立结构的层间刚度。在地震作用下,结构计算模型是结构进行地震响应时分析的主体,由几何模型和物理模型两部分组成。其中几何模型反映了结构计算模型的几何构成,物理模型反映了材料或构件的力学性能。目前在工程上常用的计算模型主要有层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。本文针对这三种模型进行全面的分析,并对它们的优缺点展开论述。 1前言 在求解结构在地震作用下的运动方程时,必须要计算结构的刚度矩阵[k],而要计算结构的刚度矩阵[k],就得确定结构的计算模型。因此,确定结构的计算模型是结构进行动力分析时必不可少的内容。对于多层框架结构,目前应用最广泛的模型是层间模型、杆系模型和杆系—层间模型。 2 层间模型 层间模型是在假定建筑各层楼板在其自身平面内刚度无穷大,水平地震作用下同层各竖向位移相同,以及建筑结构刚度中心和质量中心相重合,水平地震作用下没有绕竖轴扭转发生的基础上建立起来的。在这种模型中,将结构视为一根竖向杆,结构的质量集中于各楼层处,如图1(a)所示。 (a) (b) (c) (d) 图1 层间模型 (a)层间模型一般形式;(b)层间剪切模型;(c)层间弯曲模型;(d) 层间弯剪模型计算时,层间模型取各层为基本计算单元,采用层恢复力模型来表示地震作用过程中层刚度随层剪力的变化关系,而不考虑弹塑性阶段层刚度沿层高的变化。其几何模型相当于串联质点模型,物理模型的重要参数是层间刚度及其非线性变化规律。根据结构形式、构造特点以及结构侧向变形情况不同,层间模型又分为层间剪切模型、层间弯曲模型及层间弯剪模型,如图1(b)—(d)所示。其中,层间弯曲模型主要用于结构侧向变形以弯曲为主的剪力墙结构中。 而在进行框架结构动力分析时,常用的层间模型是层间剪切模型和层间弯剪模型。当框架横梁与柱的线刚度之比较大时,即“强梁弱住”型框架结构,在振动过程中各楼层始终保持水平,结构的变形表现为层间的错动,其侧向变形主要是层间剪切变形,那么应该采用层间剪切模型。 当框架梁对柱的约束相对较弱时,如一些高层框架,即“强柱弱梁”型结构,其侧向变形包含有层间弯曲和剪切两种成分,层间剪切模型已不能完全反映其变形特点,那么应该采用层间弯剪模型。 层间模型的优点在于自由度数较少,动力方程逐步积分所耗时也较少,但方法比较粗糙,计算精度较差,无法求出结构各杆件的时程反应,也不能确定结构各杆单元的内力和变形。因此,在工程实践中,层间模型主要是用于确定结构的层间剪力和层间侧移,以校核结构在地震作用下层间剪力是否超过层间极限承载力和检验结构在地震作用下的薄弱层位置。 3 杆系模型 杆系模型是较为精确的计算模型,它是在假定楼板在其自身平面内为绝对刚性的基础上建立起来的。这种模型将整个框架结构的梁柱构件离散为杆元,以结构的各杆件作为基本计算单元,将结构的质量集中于框架的各个节点,如图2所示。

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化

时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化 摘要:目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应 谱法。时程分析法作为补充计算方法,在不规则、重要或较高建筑中采用。进行 时程分析时,首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。时程曲线的 选择是否满足规范的要求,则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算,得到 其反应谱曲线,并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。本文通过介绍常用 的数值计算方法及计算步骤,实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线,从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。 关键词:时程分析,地震波,反应谱,动力计算 1 地震反应分析方法的发展过程 结构的地震反应取决于地震动和结构特性。因此,地震反应分析的水平也是随着人们对 这两个方面认识的深入而提高的。结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动 力分析法这三个阶段。在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性(或非线性)两个阶段。[1] 目前,在我国和其他许多国家的抗震设计规范中,广泛采用反应谱法确定地震作用,其 中以加速度反应谱应用得最多。反应谱是指:单自由度弹性体系在给定的地震作用下,某个 最大反应量(如加速度、速度、位移等)与体系自振周期的关系曲线。反应谱理论是指:结 构物可以简化为多自由度体系,多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体 系反应的组合,每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其优点是物理概念清晰, 计算方法较为简单,参数易于确定。 反应谱理论包括如下三个基本假定:1、结构物的地震反应是弹性的,可以采用叠加原理 来进行振型组合;2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同;3、结构物最不利 的地震反应为其最大地震反应,而与其他动力反应参数,如最大值附近的次数、概率、持时 等无关。[1] 时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由 于此法是对运动方程直接求解,又称直接动力分析法。可直接计算地震期间结构的位移、速 度和加速度时程反应,从而描述结构在强地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化,以及结 构构件逐步开裂、屈服、破坏甚至倒塌全过程。 根据我国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)第5.1.2-3条要求,特 别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多 遇地震下的补充计算。此外《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) (以下简称《高规》)第4.3.4条也有相关要求。 2 时程分析时地震波的选取要求 在进行时程分析时,首先面临地震波选取的问题。所选的地震波需要符合场地条件、设 防类别、震中距远近等因素。《抗规》对于地震波的选取主要有以下几点要求: 1、当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法 的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反 应谱法的较大值(其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3)。 2、弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计 算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计 算结果的80%。 3、多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数 曲线在统计意义上相符。根据规范条文说明,所谓“统计意义上相符”指的是,多组时程波的 平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主 要振型的周期点上相差不大于20%。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。 4、时程曲线要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规

地震波的选取方法

地震波的选取方法 2010-10-20 22:32:00| 分类:默认分类|举报|字号订阅 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)的5.1.2条文说明中规定,正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。这句话 的含义是选择的实际地震波所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件) 应与要分析的结构物所处场地的相同,简单的说两者的特征周期Tg值应接近或相同。特征周期 Tg值的计算方法见下面公式(1)、(2)、(3)。 加速度有效峰值按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)中的表5.1.2-2采用。地震波的加速度有效峰值的计算方法见下面公式(1)及下面说明。 持续时间的概念不是指地震波数据中总的时间长度。持时Td的定义可分为两大类,一类是以 地震动幅值的绝对值来定义的绝对持时,即指地震地面加速度值大于某值的时间总和,即绝对 值|a(t)|>k*g的时间总和,k常取为0.05;另一类为以相对值定义的相对持时,即最先与最 后一个k*amax之间的时段长度,k一般取0.3~0.5。不论实际的强震记录还是人工模拟波形,一般 持续时间取结构基本周期的5~10倍。 说明: 有效峰值加速度EPA=Sa/2.5 (1) 有效峰值速度EPV=Sv/2.5 (2) 特征周期Tg = 2π*EPV/EPA (3) 1978年美国ATC-3规范中将阻尼比为5%的加速度反应谱取周期为0.1-0.5秒之间的值平

为Sa,将阻尼比为5%的速度反应谱取周期为0.5-2秒之间的值平均为Sv(或取1s附近的平均速度 反应谱),上面公式中常数2.5为0.05组尼比加速度反应谱的平均放大系数。 上述方法使用的是将频段固定的方法来求EPA和EPV,1990年的《中国地震烈度区划图》采 用了不固定频段的方法分析各条反应谱确定其相应的平台频段。具体做法是:在对数坐标系中 同时做出绝对加速度反应谱和拟速度反应谱,找出加速度反应谱平台段的起始周期T0和结束周 期T1,然后在拟速度反应谱上选定平台段,其起始周期为T1(即加速度反应谱平台段的结束周期 T1),结束周期为T2,将加速度反应谱在T0至T1之间的谱值求平均得Sa,拟速度反应谱在T1至T2 之间的谱值求平均得Sv,加速度反应谱和拟速度反应谱在平台段的放大系数采用2.5,按公式 (1)、(2)、(3)求得EPA、EPV、Tg。 在MIDAS程序中提供将地震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱的功能(工具>地震 波数据生成器,生成后保存为SGS文件),用户可利用保存的SGS文件(文本格式文件)根据上面所 述方法计算Sv、Sa、Tg。通过Tg值可判断该地震波是否适合当地场地和地震设计分组,然后将 抗震规范中表5.1.2-2中的EPA值与Sa相比求出调整系数,将其代入到地震波调整系数中。将地 震波转换为绝对加速度反应谱和拟速度反应谱时注意周期范围要到6秒(建筑抗震规范规定)。 建筑抗震设计规范5.1.2条中规定,采用时程分析方法时,应按照场地类别和设计地震分组 选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲

ANSYS时程分析 考虑地震作用的建筑物加速度瞬态分析

!【算例】考虑地震作用的建筑物加速度瞬态分析 C*** 采用等效实体单元进行建筑物的地震加速度瞬态分析 c*** 进行中央电视台新址主楼的等效几何建模*** begin *** FINISH /CLEAR c*** 设置参数 L=150 ! 底座长度 W=150 ! 底座宽度 H=235 ! 整个建筑的高度 PI=3.1415926 A=PI*6/180 ! 内倾角 L_HL=L/2 ! 底座长度的1/2,作为角点坐标 T_HL=L/2-TAN(A)*H ! 顶部长度的1/2,作为焦点的坐标 LO_H=40 ! 底座的高度 TO_H=75 ! 顶部悬空部分的高度 WW=40 ! “腿”部的宽度 /PREP7 /TITLE, EX 9.2(12) by Zeng P, Lei L P, Fang G ET,1,SOLID45 ! 定义单元和材料参数 MP,EX,1,1e10 ! 由于采用了的简化实体模型,材料参数也进行了等效 MP,PRXY,1,0.23 MP,DENS,1,1e3 MP,DAMP,1,0.05 !几何建模 K,,-L_HL,-L_HL, ! 定义8个角点 K,,L_HL,-L_HL, K,,L_HL,L_HL, K,,-L_HL,L_HL, K,,-T_HL,-T_HL,H, K,,T_HL,-T_HL,H, K,,T_HL,T_HL,H, K,,-T_HL,T_HL,H, V,1,2,3,4,5,6,7,8 ! 根据8个角点生成方锥体V1 VGEN,2,1, , ,WW,WW,LO_H,, ! V2 (THE COPY OF V1) VGEN,2,1, , ,-WW,-WW,-LO_H,, ! V3 (THE COPY OF V1) VSBV,1,2 ! V4 (V4=V1-V2) 切掉一个角 VSBV,4,3 ! NEW_V1 (NEW_V1=V4-V3) 切掉另一个角 c*** 为了实现六面体网格划分,需要对实体进行分块处理 CSKP,11,0,14,34,10,1,1, ! 通过3个点建立局部坐标系 WPCSYS,-1,11 ! 基于局部坐标系建立新的工作面(workplane)VSBW,ALL ! 用当前的工作面剖分实体 CSKP,12,0,18,30,34,1,1, ! 以下的命令流与前三条的作用相同 WPCSYS,-1,12 $VSBW,ALL $CSKP,13,0,27,26,25,1,1,

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则(转载)

弹塑性时程分析用地震波选取的基本原则 地震动具有强烈随机性,分析表明,结构的地震反应随输入地震波的不同而差距很大,相差高达几倍甚至十几倍之多。故要保证时程分析结果的合理性,必须合理选择输入地震波。归纳起来,选择输入地震波时应当考虑以下几方面的因素:峰值、频谱特性、地震动持时以及地震波数量,其中,前三个因素称为地震动的三要素。 1、峰值调整 地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度,因此要求输入结构的地震波峰值应与设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当,否则应按下式对该地震波的峰值进行调整。 A′(t) = (A′max/Amax) A (t) 其中,A′(t) 和A′max分别为地震波时程曲线与峰值,A′max取设防烈度要求的多遇或罕遇地震的地面运动峰值; A (t) 和Amax分别为原地震波时程曲线与峰值。 2、频谱特性 频谱即地面运动的频率成分及各频率的影响程度。它与地震传播距离、传播区域、传播介质及结构所在地的场地土性质有密切关系。地面运动的特性测定表明,不同性质的土层对地震波中各种频率成分的吸收和过滤的效果是不同的。一般来说,同一地震,震中距近,则振幅大,高频成分丰富;震中距远,则振幅小,低频成分丰富。因此,在震中附近或岩石等坚硬场地土中,地震波中的短周期成分较多,在震中距很远或当冲积土层很厚而土质又较软时,由于地震波中的短周期成分被吸收而导致长周期成分为主。合理的地震波选择应从两个方面着手:1) 所输入地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致。2) 所输入地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。 3、地震动持时 地震动持时也是结构破坏、倒塌的重要因素。结构在开始受到地震波的作用时,只引起微小的裂缝,在后续的地震波作用下,破坏加大,变形积累,导致大的破坏甚至倒塌。有的结构在主震时已经破坏但没有倒塌,但在余震时倒塌,就是因为震动时间长,破坏过程在多次地震反复作用下完成,即所谓低周疲劳破坏。总之,地震动的持续时间不同,地震能量损耗不同,结构地震反应也不同。工程实践中确定地震动持续时间的原则是:1) 地震记录最强烈部分应包含在所选持续时间内。2) 若仅对结构进行弹性最大地震反应分析,持续时间可取短些;若对结构进行弹塑性最大地震反应分析或耗能过程分析,持续时间可取长些。3) 一般可考虑取持续时间为结构基本周期的5 倍~10 倍。 4、地震波数量 输入地震波数量太少,不足以保证时程分析结果的合理性;输入地震波数量太多,则工作量较大。研究表明,在充分考虑以上三个因素的情况下,采用3 条~5 条

地铁车站的抗震时程分析探讨

地铁车站的抗震时程分析探讨 摘要:本文通过北京xx号线xxx站的抗震分析,探讨了地铁车站的抗震方法及内容,为地铁车站抗震计算提供了一定的参考和借鉴。 关键词:反应位移法时程分析法层间位移角加速度地铁车站城市轨道交通工程隧道及地下车站结构的地震反应计算方法有惯性力法、反应位移法、反应加速度法、弹性时程分析法、非线性时程分析法等。惯性力法、反应位移法和时程分析法用于横向及纵向地震反应计算,反应加速度法用于横向地震反应计算。惯性力性、反应位移法适用于弹性阶段反应分析,采用荷载-结构模型建模分析;反应加速度法及时程分析法既适用于弹性阶段反应分析也适用于弹塑性阶段反应分析,采用地层-结构模型建模分析。 xxx站为xx号线与R1支线的换乘站,位于万盛南街与规划玉桥西路南沿路交叉口处,沿万盛南街东西向设置,车站总长286m,宽21.9m、高13.2m。车站主体为明挖双层双柱三跨岛式车站,中心里程处覆土约3.4m。 根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB50909-2014)及《城市轨道交通工程设计规范》(DB11/995-2013)相关内容,本站地震反应计算分析时,抗震性能要求为I 时(E1 及E2地震作用下)采用反应位移法,抗震性能要求为II 时(E3地震作用下)采用非线性时程分析法,本文主要讨论车站的时程分析法进行抗震分析。 1时程分析法介绍 时程分析法即结构直接动力法,是最经典的方法,也是普遍适用。其基本原理为:将地震运动视为一个随时间而变化的过程,并将地下结构物和周围岩土体介质视为共同受力变形的整体,通过直接输入地震加速度记录,在满足变形协调条件的前提下分别计算结构物和岩土体介质在各时刻的位移、速度、加速度,以及应变和内力,并进而验算场地的稳定性和进行结构截面设计。 时程分析法具有普遍适用性,在地质条件、结构形式复杂,隧道结构宜考虑地基和结构的相互作用、以及地基和结构的非线性动力特性时,应采用这一方法,且迄今尚无其他计算方法可予以代替。 时程分析法采用地层-结构模型,时程动力分析时,由于直接输入地震波作用,受地震波长的影响,为保证计算结精度要求,应限制土层单元尺寸,通常竖向单元尺寸不大于1m 即可满足要求。 当采用波动法进行地震动输入时,模型边界一般采用粘性人工边界或粘弹性人工边界等合理的人工边界条件,且侧向人工边界应避免采用固定或自由等不合理的边界条件,见图1。

ABAQUS时程分析法计算地震反应实例

ABAQUS时程分析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 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 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:7800 mechanical-->>elasticity-->>elastic,young‘s modulus:2.1e11,poisson’s ratio:0.3.

5 Create section,name:Section-1,category:beam,type:beam, Continue

create 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。Ok

6 Assign section,选择全部,done,弹出的对话框选择section:Section-1,ok。 7 Assign beam orientation,选择全部,默认值确定。 8 View-->>part display options,在弹出的对话框里勾选,render beam profiles,以可视化梁截面形状。

时程分析法介绍

时程分析法 时程分析法又称直接动力法,在数学上又称步步积分法。顾名思义,是由初始状态开始一步一步积分直到地震作用终了,求出结构在地震作用下从静止到振动以至到达最终状态的全过程。它与底部剪力法和振型分解反应谱法的最大差别是能计算结构和结构构件在每个时刻的地震反应(内力和变形)。 当用此法进行计算时,系将地震波作为输入。一般而言地震波的峰值应反映建筑物所在地区的烈度,而其频谱组成反映场地的卓越周期和动力特性。当地震波的作用较为强烈以至结构某些部位强度达到屈服进入塑性时,时程分析法通过构件刚度的变化可求出弹塑性阶段的结构内力与变形。这时结构薄弱层间位移可能达到最大值,从而造成结构的破坏,直至倒塌。作为高层建筑和重要结构抗震设计的一种补充计算,采用时程分析法的主要目的在于检验规范反应谱法的计算结果、弥补反应谱法的不足和进行反应谱法无法做到的结构非弹性地震反应分析。 时程分析法的主要功能有: 1)校正由于采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差。特别是对于周期长达几秒以上的高层建筑,由于设计反应谱在长周期段的人为调整以及计算中对高阶振型的影响估计不足产生的误差。 2)可以计算结构在非弹性阶段的地震反应,对结构进行大震作用下的变形验算,从而确定结构的薄弱层和薄弱部位,以便采取适当的构造措施。 3)可以计算结构和各结构构件在地展作用下每个时刻的地震反应(内力和变形),提供按内力包络值配筋和按地震作用过程每个时刻的内力配筋最大值进行配筋这两种方式。 总的来说,时程分析法具有许多优点,它的计算结果能更真实地反映结构的地震反应,从而能更精确细致地暴露结构的薄弱部位。 时程分析法有关的几个问题: 1、恢复力特性曲线; 恢复力特性曲线应用于计算必须模型化,常用的有双线型模型与退化三线型模型;退化三线型模型(附图)能较好地反映以弯曲破坏为主的钢筋混凝土构件的的特性,所以适用于此类构件计算。 2、结构计算模型及分析方法; 3、地震波的选用; 4、时程分析计算结果的处理。 时程分析要依靠计算机及软件,作为一般的工程设计人员,只需要了解1、2两个问题的内容,为软件的选用及前期数据准备做基础。问题3、4的内容,特别是问题3的内容,设设计人员能够把握的,也是能否得到良好分析结果的重要因素。 目前结构动力时程分析模型主要有三种:三维空间模型、二维平面模型和层模型。 从理论上讲,三维空间模型最接近结构的实际情况,是较理想的分析模型,计算精度也高,但由于这种模型计算工作量巨大,在目前的微机硬件资源条件下,大型结构设计中很少采用。二维平面模型和层模型对结构作了较多的简化处理,二维平面模型是将结构离散成一系列相互独立的“榀”,这种模型适用于刚度分布均匀、几何布置规则的结构。仅就独立的一榀而言,二维平面模型的弹塑性动力反应分析理论研究比较成熟,计算工作量有限,效率和精度都比较高,但由于建筑造型的多样化,结构不规则布置是经常的,将二维平面模型应用于不规则

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