Un guide sur la façon d'appliquer des charges sismiques et d'effectuer une analyse du spectre de réponse en S3D
Qu'est-ce que l'analyse du spectre de réponse?
L'analyse du spectre de réponse donne aux utilisateurs la possibilité d'effectuer une analyse sismique basée sur les propriétés du bâtiment: périodes naturelles, modes propres, système de masse, et entrées utilisateur: fonction de charge et direction de charge.
La méthode d'analyse du spectre de réponse de l'analyse des tremblements de terre est principalement utilisée dans la pratique de la conception structurelle et a été établie dans différents codes de conception tels que l'Eurocode, AASHTO, et ASCE. Le concept de base de la méthode découle de la formule, dans lequel les forces d'inertie sont déterminées comme la somme de la multiplication de masse sur la valeur d'accélération et les facteurs d'ajustement.
La méthodologie générale d'analyse du spectre de réponse comprend les étapes communes (montré dans la figure 1):
- Création d'un élément fini (CINQ) modèle de la structure avec propriétés d'élément (matériaux et sections attribués) et conditions aux limites
- Ajout de masses aux nœuds d'élément (poids / g)
- Définition des paramètres de charge spectrale et de la direction de l'action sismique
- Effectuer une analyse de fréquence; fait en appliquant des charges sismiques selon les modes propres et en déterminant les états déformés par les contraintes de la structure dans chaque direction où la charge a été appliquée.
Figure 1: La séquence générale de l'analyse du spectre de réponse
Une fois l'analyse du spectre de réponse effectuée, des charges sismiques seront générées. Vous trouverez ci-dessous la description de la formule de calcul de la charge sismique au nœud d'élément \({S}_{je}\)
\({S}_{je}= m fois g fois facteurs fois beta fois eta )
Où:
\(m = ) poids de membre lié au nœud de membre,
\(g=\) accélération due à la gravité (9.806 m / s ^ 2)
\(factors=\) ensemble de coefficients qui ajustent l'accélération du séisme, conditions environnantes où la structure est disposée, les conditions du sol, etc.
\(\beta = ) facteur dynamique qui dépend de la période d'une fréquence de structure,
\(\eta=\) facteur qui dépend du mode propre pertinent de la structure.
Application de charges sismiques (Charges dynamiques)
Pour effectuer une analyse du spectre de réponse, les utilisateurs doivent utiliser SkyCiv Structural 3D (S3D). Pour commencer, les utilisateurs doivent appliquer des charges dynamiques à leur structure. Cela peut être fait en allant dans le menu de gauche et en localisant les deux boutons, Masses nodales et Charges spectrales:
Masses nodales
Lors de l'application de masses nodales, il existe deux méthodes qui peuvent être utilisées. Pour la première méthode, les valeurs de translation et de masse de rotation peuvent être directement appliquées par l'utilisateur pour n'importe quel nœud. Pour faire ça, cliquer sur Masses nodales Comme montré ci-dessus. Voici un aperçu de la fenêtre de saisie que les utilisateurs peuvent s'attendre à voir:
Similaire à d'autres entrées dans Structural 3D, toutes ces valeurs peuvent être ajoutées ou ajustées dans le Fiche technique des masses nodales, qui peut être ouvert en cliquant sur l'icône de la fiche technique indiquée dans la figure précédente, ou aller à Éditer > Entrée de feuille de données > Masses nodales. Les utilisateurs peuvent s'attendre à une fenêtre similaire à celle-ci:
La deuxième méthode d'application des masses nodales à une structure dans Structural 3D consiste à convertir les charges statiques existantes en masses nodales. Pour faire ça, cliquer sur Masses nodales comme indiqué précédemment, puis sur le Convertir des charges en masses bouton en haut. Cette méthode donne aux utilisateurs le pouvoir de sélectionner un groupe de charge déjà appliqué à leur modèle, saisir un facteur de conversion (la charge convertie est multipliée par ce facteur) et sélectionnez la direction d'action des masses nodales résultantes. Voir ci-dessous pour la fenêtre de saisie comme décrit:
Remarque, les masses ne peuvent être appliquées qu'aux deux nœuds d'extrémité de chaque membre ou élément. Nœuds intermédiaires le long de l'élément (points d'évaluation par membre) sont sans masse. Comme le montre la figure ci-dessous, avec quatre points d'évaluation pour chaque membre, les deux points d'évaluation intermédiaires ne verront aucune masse nodale.
Au stade de sa sortie, Les masses nodales ne peuvent être appliquées qu'aux membres (par exemple. poutres ou colonnes).
Charges spectrales
Pour appliquer des charges spectrales, la fonction Spectre de réponse, les paramètres de force sismique et la direction de l'action doivent être définis. La fonction Spectre de réponse peut être définie à l'aide de l'une des deux méthodes d'entrée: Saisie utilisateur ou code de conception.
Avec entrée utilisateur, les utilisateurs devront définir les données du spectre v. Courbe de période manuellement et saisissez les valeurs «X» et «Y» correspondantes en conséquence. Les données spectrales sont l'accélération normalisée obtenue en divisant le spectre d'accélération par l'accélération de la gravité. Similaire à d'autres feuilles de calcul de données dans SkyCiv Structural 3D, les données peuvent être copiées / collées de MS Excel dans le tableau correspondant (Ctrl + V). Voici un exemple de la version d'entrée utilisateur de la fonction de spectre de réponse:
La méthode du code de conception est plus courante et commence par basculer l'option sur Code de conception. Ceci est beaucoup plus simple car les utilisateurs peuvent facilement sélectionner leur code de conception pertinent et les propriétés et paramètres sismiques ultérieurs. Après avoir saisi les valeurs correctes dans leurs champs respectifs, la fonction de spectre de réponse peut être générée automatiquement en cliquant sur le Fonction de tracé bouton. Voir ci-dessous pour les entrées pertinentes pour l'Eurocode 8:
Le Paramètres de chargement RS L'onglet est l'endroit où l'utilisateur sélectionnera la direction de chargement, facteur de charge, méthode de combinaison de charge, rapport d'amortissement (sous forme décimale), et attribuez un nom de groupe de charge. La charge sismique définie est multipliée par le facteur de charge. Pendant l'analyse, SkyCiv combinera les formes de mode de l'analyse de fréquence dynamique en fonction de la méthode de combinaison de charge sélectionnée. Les méthodes de combinaison de charges disponibles incluent:
- SRSS – Racine carrée de la somme des carrés
- CQC – Combinaison quadratique complète
- abdos – Somme absolue
- Linéaire – Somme linéaire
Remarque, le rapport d'amortissement est utilisé dans la méthode de combinaison CQC. Voici un aperçu du Paramètres de chargement RS onglet et ses entrées; ces entrées sont les mêmes pour chaque code de conception:
Remarque, la direction de la charge sismique résultante peut être non orthogonale aux directions cardinales dans le modèle. Pour faire ça, les utilisateurs peuvent sélectionner la direction de chargement de XZ. Le Angle le champ deviendra activé et les utilisateurs pourront saisir l'angle qu'ils souhaitent. L'angle est défini comme l'angle de l'axe X positif global, comme montré:
Exécution de l'analyse de la réponse spectrale et affichage des résultats
Il est recommandé de définir les paramètres de fréquence (Menu principal > Paramètres > Solveur) avant de lancer l'analyse du spectre de réponse. La section intitulée Paramètres du solveur de valeurs propres est l'endroit où les utilisateurs peuvent modifier ces paramètres, notamment le nombre de Modes dynamiques, comme montré:
Une fois l'analyse effectuée avec succès, les utilisateurs peuvent afficher les résultats analytiques similaires à tout autre groupe de charge en sélectionnant le groupe de charge dans la liste déroulante. Le nom du groupe de charge correspondra au nom donné dans Charges spectrales > Paramètres de chargement RS. Les utilisateurs peuvent vérifier l'état déformé par contrainte maximale de la structure en raison de l'action sismique (déplacements, réactions, forces / contraintes des éléments).
Aussi, le groupe de charge du spectre de réponse peut être utilisé dans des combinaisons de charges similaires à tout autre cas de charge et analysé ultérieurement. Les utilisateurs peuvent affecter le groupe de charge du spectre de réponse à des combinaisons de charges personnalisées, ou les combinaisons de charges générées automatiquement en fonction des codes pertinents proposés par SkyCiv. Remarque, avant d'ajouter ou de générer des combinaisons de charges, les utilisateurs devront attribuer le groupe de charge du spectre de réponse à un cas de charge spécifique (sismique), comme montré:
