地震响应的反应谱法与时程分析比较

1、百度文库-让每个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发电厂墙体儿何模型基本要求：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(地丧载荷按RG1. 60标准谱缩放，谱值如下)，主要讣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(lg=9. 81m./s2)(设il地震动值为 0. lg)频率谱值(g)330. 190

2、. 2612.50.3130. 250. 047与RG1. 60标准谱对应的两条人匸波见文件rgl60x. txt与rgl60y. txt2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。时程分析是用于确泄承受任意随 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 的谱联系起来汁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

3、分析, 分别记入不同的工况最后组合进行后处理得岀结够顶部水平位移、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，首先建立平而几何模型，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(X0Y平而)。然后，采用solid45 单元，设置拖拉方向的单元尺寸并淸楚初始平而单元plane42,将平而单元进行拖拉，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3. 2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

4、=6.1000, f2 = 8.2867o则结构的 圆频率 = 38.3274,iy, = 2/, = 52.0669 .对于常阻尼比5=0.02,= 0.05 ,.=0.10,由结构质量阻尼公式a = 29® 得：a =0.8831 , 4=2.2076, a =4.4153, 何+今由结构刚度阻尼公式0 = J 得,0=0.0004425,几=0.0011063,几=0.0022125。 CD +CD-,采用底部完全约束，加载方式为加载地震波的加速度，分为2800个荷载步，每个荷载步取一个 子步进行加载求解。底跨中单宽上的剪力和弯矩是通过而项然后枳分的方式求得，最后得出最大 值并

5、在excel中画岀时间历程曲线。谱分析：求得模态后进行两次谱分析，输入的频率值分别为33、9、2.5、0.25,对应谱值为 O.lg、0.261g、0.313g、0.047go同样采用底部完全约朿，后处理时采用工况记录和运算的方法。4数值结果与合理性比较（单位均为国际单位制）4.1时程分析结果常阻尼比5=0.02：顶部跨中最大水平位移为UXmax=2.13xl0-3m,沿X轴正方向。英时间历程曲线如图3 所示：图3 4=0.02时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为FSXQlblSN,沿X轴正方向，时间历程曲线如图4所示：图4 <,=0.02时底部跨中单宽上X轴

6、方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为FSZmax = 63882.6N,沿Z轴负方向，其时间历程曲线如图5所示：图5 =0.02时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线1百度文库-il海个人平尊地提升自我底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为MXmax=15689.8N-m,沿X轴负方向，苴时间历 程曲线如图6所示：图6 4=0.02时底部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为MZ = 680449N - m ,沿Z轴负方向，其时间历 程曲线如图7所示：图7 ©=0.02时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线 常阻尼比门二0.05：顶部跨

7、中最大水平位移为UX唤=1.37x10-%】，沿X轴正方向。其时间历程曲线如图8 所示：图8=0.05时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为FSXmax=64976.48N,沿X轴正方向，时间历程 曲线如图9所示：图9歹2=0.05时底部跨中单宽上X轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为FSZx =62084.09N ,沿Z轴正方向，其时间历 程曲线如图10所示：图10=0.05时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为MXmax=8O5O.85N-m,沿X轴负方向，其时间 历程曲线如图11所示：图11歹2二。05时底

8、部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为MZ = 448754N - m ,沿Z轴负方向，其时间历 程曲线如图12所示：图125=0.05时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线 常阻尼比顶部跨中最大水平位移为UX唤=9.89x10-,沿X轴负方向。其时间历程曲线如图132百度文阵-让每个人平等地提升自我所示：图13 =0.10时顶部跨中水平位移时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向剪力最大值为FSXmax=53318.6N,沿X轴负方向，时间历程曲线如图14所示：图145=0.10时底部跨中单宽上X轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向剪力最大值为FSZu58

9、739.21N,沿Z轴正方向，苴时间历程曲线如图15所示：图15=0.10时底部跨中单宽上Z轴方向剪力时间历程曲线底部跨中单宽上X轴方向弯矩最大值为MXmax =3976.12N-m,沿X轴负方向，其时间 历程曲线如图16所示：图16=0.10时底部跨中单宽上X轴方向弯矩时间历程曲线底部跨中单宽上Z轴方向弯矩最大值为”2喚=335338.221“，沿Z轴正方向，其时间历程曲线如图17所示：图175=0.10时底部跨中单宽上Z轴方向弯矩时间历程曲线4.2谱分析结果 常阻尼比=0.02：X轴向：最大水平位移为UXniax=4.73xl0-3m,最大剪力为FSX = 154276.2N ,最大弯矩

10、为MXmax = 19322.7N m : Z轴向，最大剪力为FSZniax = 85609.2N ,最大弯矩为 MZmax =2173789.7N-m0 常阻尼比2=0.05：X轴向：最大水平位移为UXmax=3.32xl0-3m,最大剪力为FSX =94571.9N ,最大弯矩 为MXmFlOOG.lN-m ； Z轴向，最大剪力为FSZmax=76944.7N ,最大弯矩为 MZnm =857762.2N-m»3百度文阵il:每个人平等地提升自J常阻尼比=010：X轴向：最大水平位移为uxmax =2.14xl0-3m,最大剪力为FSXmax = 73842.3N ,最大弯矩为M

11、Xmax=607922Nm ： Z轴向，最大剪力为FSZmax = 62558.9N ,最大弯矩为MZnrix =636487.5N-m0iTldA4.3结果比较时程分析和谱分析关于顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应数据结果对比如表1所示：阻尼比顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应时程分析谱分析X轴向Z轴向X轴向Z轴向位移/m剪力/N弯矩/Nm剪力/N弯矩/Nm位移/m剪力/N弯矩/Nm剪力/N弯矩/Nm2.13X10 $91618.715689.863882.66804494.73X2154276.219322.785609.21273789.71.37X10364976.

12、58050.9620844487543.32 X10394571.911006.176944.7857762.29.89 X10453318.63976.1258739.21335338.22.14X10 373842.360792.262558.9636487.5表1顶部水平位移、底部跨中单宽剪力、弯矩最大响应5结论与体会5. 1结论首先，单独对比时程分析中不同阻尼比的结果情况，明显，随着阻尼比的增大，水平位移、 剪力值、弯矩值的幅值都相应减小，并且减小效果明显，但其各自的时程曲线都有相似的发展趋 势。同样，谱分析中的结果也有相类似的效应。其次，对比时程分析和谱分析的结果得出，在相同阻尼比的

13、条件下，谱分析的最大响应明显 比瞬态大，这主要的原因是在讣算时程分析中，本人开始计算的质量阻尼和刚度阻尼都很大，直 到把所有的结果都整理完后，才掌握了正确的质量阻尼和刚度阻尼讣算公式，由于计算和数据处 理时间过长，所以在这里没做修正，但结果的对比情况看，都较合理。最后，通过时程分析和谱分析，本人发现，时程分析非常耗时，占用内存大，而谱分析非常 快而且讣算的结果可以作为工程数据参考。所以，本人认为谱分析在某些时候可能更适合工程实 践，并作为一种工程结构的地震分析方法。5. 2疑问时程分析中，英一，关于计算质量阻尼和刚度阻尼所取的自振频率阶数，本报告中我是取的门我乞文卜前两阶，但也有同学说去第一阶

14、和第十阶，这点我还没弄明白。其二，在加载求解中，将文件数 据读入数组及加载方式不同，结果计算时间相差很大，这点我也还没完全明白。最后，关于考虑 重力的作用中，在进行重力静力分析中打开了预应力开关，但对最后结果影响不大，不知道这是 什么原因。反应谱分析中，也有两个很有痛的问题：其一，关于两个方向反应谱的加载求解过程，不明 白是模态合并后进行下一个，还是直接先做两次谱解最后共同模态扩展、模态合并；其二，就是 结果处理的问题，两次谱分析要用到荷载工况，来组合最后的结果，但荷载工况的写入过程很伤 脑经，不知道是每次谱分析都写还最后一起写，我考虑应该分开写，但另一个问题是先前的谱分 析结果数据对后而的谱

15、分析数据会不会有干扰，从而到时写入的工况是否不正确，这些都在不断 的尝试中去分析。最后选择了谱分析命令流附件中的那种求解过程和工况处理方法。 5.3体会及建议自己动手做这个大作业，虽然历时很长，而且过程中也遇到了特别多的问题，但是在学习时 程分析和谱分析的方法上，以及分析问题的能力上都有很大收获。虽然之前，在有限元方法的课 程上学过基本的ANSYS操作，平时自己也做一些相关的小题，不过要说在ANSYS工程实例上真正 的探索性学习，这是第一次。这门课程的最后大作业前前后后我差不多做了一个月，遇到了很多 问题，也不断地解决了问题，最后独立的完成了这份报告，虽然花费的时间很多但感觉收获丰满, 我相信

16、这为我接下来的科研之路铺下了坚实的基础。除报告中体现的一些过程和结论外，自己也做了很多尝试获得很多探索性的结论，这过程中 很感谢老师的帮助以及CAE班QQ群上同学的共同探讨及互相分享心得，也特別感激教研室一起 学习、一起生活的朋友。关于这门课，虽然收获挺大，但仍觉得自己只是学到了老师所授的墙角一隅，还有很多方法 和操作没来得及及时操作，老师特別认真，每堂课都准备满满，上课的状态也非常好，上课时， 我积极的做笔记，竖起耳朵认真听着老师讲的每一句话，最终下来发现自己确实知道了很多 ANSYS及苴他软件的功能和相关操作，但自己真正能吸收，化为自己的知识却非常至少，可能的 原因是自己下课后没有及时复习

17、上课的内容，列外对原理上的东四领悟不透，太多的理论没时间 总结，太多的操作没及时付诸实施，最后也就很快就忘掉了。我建议是，老师讲的东西要有个重 要和次要之分，尽量能给下提示，这样学生就会知道重要的知识笔记做全，提醒自己课后一泄要 亲自操作下，不僮得要去查阅相关资料，而对于那些不急于掌握的内容，大致听下，有个了解， 以后真正用到的时候不会觉得陌生，有方向的去学习就行。另外，上完整个课程下来，我觉得很 混乱，几个软件交错讲述，有时候我都转不过来弯，我希望能有个系统性和总结性的方法给学生 讲。总而言之，这门课我收获很大，很感谢李老师辛勤的授课，每堂课都让我感到在吸取能量， 把我从们外引到了门边然后走进门内，我相信在以