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响应谱分析和地震载荷

关于如何在 S3D 中应用地震载荷和执行响应谱分析的指南

什么是响应谱分析?

响应谱分析使用户能够根据建筑物属性执行地震分析: 自然期, 自己的模式, 质量系统, 和用户输入: 载荷函数和载荷方向.

地震分析的响应谱分析方法主要用于结构设计实践,已在欧洲规范等不同设计规范中建立, ASHTO, 和ASCE. 该方法的基本概念来源于公式, 其中惯性力被确定为质量乘以加速度值和调整因子的总和.

响应谱分析的一般方法包括常见步骤 (如图所示 1):

  1. 创建有限元 (五) 具有单元属性的结构模型 (分配的材料和部分) 和边界条件
  2. 在单元节点处添加质量 (重量/克)
  3. 定义频谱载荷设置和地震作用方向
  4. 执行频率分析; 通过根据本征模态施加地震载荷并确定施加载荷的每个方向上结构的应力变形状态来完成.

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数字 1: 响应谱分析的一般顺序

执行响应谱分析后, 将产生地震荷载. 下面是单元节点地震荷载计算公式的说明 \({小号}_{一世}\)

\({小号}_{一世}=m times g times 因子 times beta times eta)

在哪里:

\(m=\) 与成员节点相关的成员权重,

\(g=\) 重力加速度 (9.806 米/秒^2)

\(factors=\) 一组调整地震加速度的系数, 布置结构的周围条件, 土壤条件, 等等.

\(\贝塔=) 取决于结构频率周期的动态因子,

\(\eta=\) 取决于结构的相关特征模态的因子.

施加地震载荷 (动态载荷)

执行响应谱分析, 用户必须在 SkyCiv Structural 3D 中操作 (S3D). 开始, 用户需要对其结构施加动态载荷. 这可以通过转到左侧菜单并找到两个按钮来完成, 淋巴结肿块光谱负荷:

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淋巴结肿块

应用节点质量时, 有两种方法可以使用. 对于第一种方法, 用户可以直接将平移和旋转质量值应用于任何节点. 去做这个, 点击 淋巴结肿块 如上图所示. 这是用户可以期望看到的输入窗口:

屏幕截图 2019-08-22 在 9.36.51 是

与 Structural 3D 中的其他输入类似, 所有这些值都可以在 节点质量数据表, 可以通过单击上图中显示的数据表图标打开, 或去 编辑 > 数据表条目 > 淋巴结肿块. 用户可以期待与此类似的窗口:

频谱负载条目

在 Structural 3D 中将节点质量应用于结构的第二种方法是将现有静载荷转换为节点质量. 去做这个, 点击 淋巴结肿块 如前所示, 然后在 将载荷转换为质量 顶部的按钮. 此方法使用户能够选择已应用于其模型的负载组, 输入换算系数 (转换后的负载乘以这个系数) 并选择结果节点质量的作用方向. 如下所述的输入窗口:

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注意, 质量只能应用于每个杆件或单元的两端节点. 沿元素的中间节点 (每个成员的评估点数) 没有质量. 如下图所示, 每个成员有四个评估点, 两个中间评估点不会看到任何节点质量.

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在其发布阶段, 节点质量只能应用于成员 (例如. 梁或柱).

 

光谱负荷

应用频谱载荷, 响应谱函数, 必须定义地震力参数和作用方向. 可以使用两种输入方法之一来定义响应谱函数: 用户输入或设计代码.

使用用户输入, 用户需要定义频谱数据 v. 手动周期曲线并输入相应的“X”和“Y”值. Spectrum Data 是加速度谱除以重力加速度得到的归一化加速度. 类似于 SkyCiv Structural 3D 中的其他数据电子表格, 数据可以从 MS Excel 复制/粘贴到相应的表格中 (Ctrl键 + V). 这是响应谱函数的用户输入版本的示例:

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设计代码方法更常见,通过将选项切换到 设计规范. 这要简单得多,因为用户可以轻松选择相关的设计规范以及后续的抗震特性和参数. 在各自的字段中输入正确的值后, 响应谱函数可以通过点击自动生成 绘图功能 纽扣. 有关欧洲规范的相关输入,请参见下文 8:

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RS 负载设置 选项卡是用户选择负载方向的地方, 负载系数, 荷载组合法, 阻尼比 (十进制形式), 并分配荷载组名称. 定义的地震荷载乘以荷载系数. 在分析过程中, SkyCiv 将根据选定的载荷组合方法组合来自动态频率分析的振型. 可用的荷载组合方法包括:

  • SRSS – 平方和的平方根
  • 质检总局 – 完全二次组合
  • ABS – 绝对总和
  • 线性的 – 线性和

注意, 阻尼比用于组合法CQC. 这是一个看看 RS 负载设置 选项卡及其输入; 这些输入对于每个设计代码都是相同的:

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注意, 合成地震载荷的方向可以与模型中的基本方向不正交. 去做这个, 用户可以选择负载方向 许志. 角度 字段将被启用,用户可以输入他们想要的角度. 角度定义为与全局正 X 轴的角度, 如图所示:10

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运行频谱响应分析并查看结果

定义频率设置是一种很好的做法 (顶部菜单 > 设定值 > 解算器) 在启动响应谱分析之前. 部分标题为 特征值求解器设置 是用户可以更改这些设置的地方, 尤其是数量 动态模式, 如图所示:12

分析成功后, 用户可以通过从下拉列表中选择荷载组来查看类似于任何其他荷载组的分析结果. 荷载组的名称将对应于给出的名称 光谱负荷 > RS 负载设置. 用户可检查结构因地震作用而产生的最大应力变形状态 (位移, 反应, 单元力/应力).

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此外, 响应谱荷载组可用于类似于任何其他荷载工况的荷载组合,并随后进行分析. 用户可以将响应谱载荷组分配给自定义载荷组合, 或根据 SkyCiv 提供的相关代码自动生成的负载组合. 注意, 在添加或生成荷载组合之前, 用户需要将响应谱荷载组分配给特定的荷载工况 (地震的), 如图所示:

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