基于ANSYS Workbench的地震作用下的高層建筑的響應(yīng)譜分析

【問題描述】

8層樓房模型如下圖所示。該模型主要包含房屋的框架部分以及每一層的底板部分。現(xiàn)在要計(jì)算該樓房在地震作用下的響應(yīng)。已知梁的截面是10mm*16mm的矩形梁,而板的厚度是2mm,所有材料均使用默認(rèn)的鋼材。(彈性模量200PGA,泊松比0.3,密度7800千克每立方米)。

地震位移譜如下:

頻率/Hz 位移(mm)

0.5 1.0

1.0 0.5

2.4 0.8

3.8 0.7

17 1.0

18 0.7

20 0.8

32 0.3

【問題分析】

1. 這是一個(gè)響應(yīng)譜分析問題。其主要目的是分析房屋模型在地震激勵(lì)下的最大響應(yīng)。

2. 譜分析需要先做模態(tài)分析。

3. 建模在DM中進(jìn)行,采用先創(chuàng)建一層,然后陣列的方式得到多層模型。

4.譜分析中,對(duì)于基礎(chǔ)施加給定的激勵(lì)即可。

【求解過程】

1. 打開ANSYS Workbench

2. 創(chuàng)建分析項(xiàng)目

如下圖,先創(chuàng)建幾何體項(xiàng)目A,然后接連創(chuàng)建模態(tài)分析項(xiàng)目B,和響應(yīng)譜分析項(xiàng)目C,并建立如圖所示的連接關(guān)系。

3. 創(chuàng)建幾何模型

雙擊項(xiàng)目A中的Geometry,進(jìn)入DM以創(chuàng)建樓房模型。

(1)創(chuàng)建頂層天花板

首先創(chuàng)建一個(gè)草圖,在其中繪制一個(gè)矩形500mm*500mm.

從草圖生成面。

從上述草圖生成邊框構(gòu)成的線體模型。

上述操作完成后,則每一層樓的邊框是由梁構(gòu)成,而中間部分是由板殼模型組成。

(2)創(chuàng)建四根立柱

首先創(chuàng)建四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),其坐標(biāo)為

(0,0,-500);(500,0,-500),(500,500,-500),(500,0,-500)

然后兩兩連接創(chuàng)建四根立柱(四根線物體)。

(3)陣列每一層樓面及立柱,得到八層樓的模型

選擇陣列物體,并在其細(xì)節(jié)面板中設(shè)置如下

它表明要做線性陣列,選擇了所有的對(duì)象,沿著立柱方向陣列7個(gè),每?jī)蓪又g相距500mm。結(jié)果如下:

(4)形成多體部件

選擇所有的物體,創(chuàng)建多體部件。

則所有的立柱,樓板都共享其連接的節(jié)點(diǎn),從而不再需要設(shè)置接觸。

(5)為線體賦予截面屬性

創(chuàng)建一個(gè)矩形截面10mm*16mm。

其長(zhǎng)和寬分別是

將此截面屬性賦予給線體模型。

(6)為樓板賦予厚度屬性

對(duì)于所有的面物體,賦予其厚度2mm。

則模型創(chuàng)建完畢。

存盤退出DM.

4. 模態(tài)分析

雙擊項(xiàng)目B的model單元格,進(jìn)入到模態(tài)分析程序中。

(1)劃分網(wǎng)格

設(shè)置所有單元長(zhǎng)度為100mm,劃分網(wǎng)格。

(2)固定立柱最下面的四個(gè)頂點(diǎn)。

(3)進(jìn)行模態(tài)分析。

(4)查看模態(tài)分析的結(jié)果。

對(duì)于默認(rèn)的前6階模態(tài),查看其振型圖。

5. 響應(yīng)譜分析

(1)設(shè)置位移譜。

首先插入位移響應(yīng)譜。

在其細(xì)節(jié)面板中設(shè)置如下

其含義是,對(duì)于四個(gè)立柱支撐均施加位移響應(yīng)譜激勵(lì),激勵(lì)的數(shù)據(jù)來自于一個(gè)表格,這些激勵(lì)的施加方向是Z方向,就是樓的高度方向。

對(duì)于上圖中的Load data,其數(shù)據(jù)需要是表格數(shù)據(jù)。在其表格數(shù)據(jù)中輸入如下圖

這些數(shù)據(jù)來自題目中的給定。

(2)求解。

(3)后處理。

查看位移云圖。

查看應(yīng)力云圖。