Een gids over het toepassen van seismische belastingen en het uitvoeren van een responsspectrumanalyse in S3D
Wat is responsspectrumanalyse?
Responsspectrumanalyse geeft gebruikers de mogelijkheid om seismische analyses uit te voeren op basis van de eigenschappen van het gebouw: natuurlijke perioden, eigen modi, massa systeem, en gebruikersinvoer: laadfunctie en laadrichting.
De responsspectrumanalysemethode van aardbevingsanalyse wordt voornamelijk gebruikt in de constructieve ontwerppraktijk en is vastgelegd in verschillende ontwerpcodes zoals Eurocode, AASHTO, en ASCE. Het basisconcept van de methode is afgeleid van de formule, waarin de traagheidskrachten worden bepaald als de som van massavermenigvuldiging op versnellingswaarde en aanpassingsfactoren.
De algemene methodologie van responsspectrumanalyse omvat de gemeenschappelijke stappen (getoond in figuur 1):
- Het creëren van een eindig element (VIJF) model van de constructie met elementeigenschappen (materialen en secties toegewezen) en randvoorwaarden
- Massa's toevoegen aan elementknooppunten (gewicht/g)
- Definiëren van instellingen voor spectrumbelasting en seismische actierichting
- Frequentieanalyse uitvoeren; gedaan door seismische belastingen toe te passen volgens eigenmodes en bepaling van door spanning vervormde toestanden van de constructie in elke richting waar de belasting werd uitgeoefend.
Figuur 1: De algemene volgorde van responsspectrumanalyse
Nadat de responsspectrumanalyse is uitgevoerd, seismische belastingen worden gegenereerd. Hieronder vindt u de beschrijving van de formule voor de berekening van de seismische belasting op het elementknooppunt \({S}_{ik}\)
\({S}_{ik}=m times g times factoren times beta times eta)
Waarbij:
\(m=\) staafgewicht gerelateerd aan staafknoop,
\(g=\) versnelling als gevolg van zwaartekracht (9.806 m/sec^2)
\(factors=\) reeks coëfficiënten die de versnelling van aardbevingen aanpassen, omgevingsomstandigheden waarin structuur is aangebracht, bodemgesteldheid, enzovoort.
\(\beta=\) dynamische factor die afhangt van de periode van een structuurfrequentie,
\(\eta=\) factor die afhangt van de relevante eigenmode van de constructie.
Seismische belastingen toepassen (Dynamische belastingen)
Om responsspectrumanalyse uit te voeren, gebruikers moeten werken in SkyCiv Structural 3D (S3D). Beginnen, gebruikers moeten dynamische belastingen op hun structuur toepassen. Dit kan worden gedaan door naar het menu aan de linkerkant te gaan en de twee knoppen te zoeken, nodale massa's en Spectrale belastingen:
nodale massa's
Bij het toepassen van knoopmassa's, er zijn twee methoden die kunnen worden gebruikt. Voor de eerste methode:, translatie- en rotatiemassawaarden kunnen direct door de gebruiker worden toegepast voor elk knooppunt. Om dit te doen, Er zijn eindeloze mogelijkheden van structuren die kunnen worden gegenereerd zonder ooit een element te tekenen of een knoop in te voeren nodale massa's zoals hierboven getoond. Hier is een blik op het invoervenster dat gebruikers kunnen verwachten te zien:
Vergelijkbaar met andere invoer in Structural 3D, al deze waarden kunnen worden toegevoegd of aangepast in de Knooppuntmassa's gegevensblad, die kan worden geopend door op het gegevensbladpictogram in de vorige afbeelding te klikken, of gaan Bewerk > Gegevensbladinvoer > nodale massa's. Gebruikers kunnen een vergelijkbaar venster verwachten:
De tweede methode om knoopmassa's toe te passen op een constructie in structurele 3D is om bestaande statische belastingen om te zetten in knoopmassa's. Om dit te doen, Er zijn eindeloze mogelijkheden van structuren die kunnen worden gegenereerd zonder ooit een element te tekenen of een knoop in te voeren nodale massa's zoals eerder getoond, en dan op de Ladingen omzetten in massa's knop bovenaan. Deze methode geeft gebruikers de mogelijkheid om een belastingsgroep te selecteren die al op hun model is toegepast, voer een conversiefactor in (geconverteerde belasting wordt vermenigvuldigd met deze factor) en selecteer de actierichting van de resulterende knoopmassa's. Zie hieronder voor het invoervenster zoals beschreven:
Notitie, massa's kunnen alleen worden toegepast voor de twee eindknopen van elk lid of element. Tussenknopen langs het element (evaluatiepunten per lid) zijn massavrij. Zoals weergegeven in onderstaande figuur, met vier evaluatiepunten per lid, de twee tussentijdse evaluatiepunten zullen geen nodale massa zien.
In het stadium van zijn vrijlating, Knoopmassa's kunnen alleen worden toegepast op leden (bijv. balken of kolommen).
Spectrale belastingen
Spectrale belastingen toepassen, de Response Spectrum-functie, seismische krachtparameters en actierichting moeten worden gedefinieerd. De functie Responsspectrum kan worden gedefinieerd met behulp van een van de twee invoermethoden: Gebruikersinvoer of ontwerpcode.
Met gebruikersinvoer, gebruikers moeten de Spectrum Data v. Periode curve handmatig en voer de overeenkomstige "X"- en "Y"-waarden dienovereenkomstig in. Spectrumgegevens zijn de genormaliseerde versnelling die wordt verkregen door het versnellingsspectrum te delen door de versnelling van de zwaartekracht. Vergelijkbaar met andere gegevensspreadsheets in SkyCiv Structural 3D, gegevens kunnen vanuit MS Excel in de bijbehorende tabel worden gekopieerd/geplakt (Ctrl + V ). Hier is een voorbeeld van de User Input-versie van de Response Spectrum-functie:
De Design Code-methode komt vaker voor en wordt gestart door de optie om te schakelen naar Ontwerpcode. Dit is veel eenvoudiger omdat gebruikers eenvoudig hun relevante ontwerpcode en daaropvolgende seismische eigenschappen en parameters kunnen selecteren. Na het invoeren van de juiste waarden in hun respectievelijke velden, de responsspectrumfunctie kan automatisch worden gegenereerd door op de te klikken Plot-functie knop. Zie hieronder voor de relevante invoer voor Eurocode 8:
De RS Load-instellingen Op het tabblad selecteert de gebruiker de laadrichting, ladingsfactor, belasting combinatie methode, demping verhouding (in decimale vorm), en wijs een belastingsgroepnaam toe. De gedefinieerde seismische belasting wordt vermenigvuldigd met de belastingsfactor. Tijdens de analyse, SkyCiv combineert modusvormen van de dynamische frequentieanalyse op basis van de geselecteerde belastingcombinatiemethode. De belastingscombinatiemethoden die beschikbaar zijn, omvatten:
- SRSS – Vierkantswortel van de som van de kwadraten
- CQC – Volledige kwadratische combinatie
- buikspieren – Absoluut bedrag
- Lineair – Lineaire som
Notitie, dempingsverhouding wordt gebruikt in de combinatiemethode CQC. Hier is een blik op de RS Load-instellingen tabblad en zijn invoer; deze invoer is voor elke ontwerpcode hetzelfde:
Notitie, de richting van de resulterende seismische belasting kan niet-orthogonaal zijn ten opzichte van de kardinale richtingen in het model. Om dit te doen, gebruikers kunnen de laadrichting van selecteren XZ. De Hoek veld wordt ingeschakeld en gebruikers kunnen de gewenste hoek invoeren. De hoek wordt gedefinieerd als de hoek vanaf de globale positieve X-as, zoals getoond:
De spectrumresponsanalyse uitvoeren en de resultaten bekijken
Het is een goede gewoonte om de frequentie-instellingen te definiëren (Topmenu > Instellingen > Oplosser) voordat u de responsspectrumanalyse start. Het gedeelte met de titel Eigenwaarde Oplosser Instellingen is waar gebruikers deze instellingen kunnen wijzigen, met name het aantal Dynamische modi, zoals getoond:
Zodra de analyse met succes is uitgevoerd, gebruikers kunnen de analytische resultaten op dezelfde manier bekijken als elke andere belastingsgroep door de belastingsgroep te selecteren in de vervolgkeuzelijst. De naam van de belastingsgroep komt overeen met de naam die is opgegeven in Spectrale belastingen > RS Load-instellingen. Gebruikers kunnen de maximale door spanning vervormde toestand van de constructie als gevolg van seismische actie controleren (verplaatsingen, reacties, element krachten/spanningen).
Daarnaast, de Responsspectrum belastingsgroep kan worden gebruikt in belastingscombinaties, vergelijkbaar met elk ander belastingsgeval, en vervolgens worden geanalyseerd. Gebruikers kunnen de Response Spectrum Load Group toewijzen aan aangepaste belastingscombinaties, of de automatisch gegenereerde belastingscombinaties op basis van relevante codes aangeboden via SkyCiv. Notitie, voordat u belastingscombinaties toevoegt of genereert, gebruikers moeten de Respons Spectrum Belastingsgroep toewijzen aan een specifiek belastingsgeval (seismisch), zoals getoond:
