理论教育 杆系结构有限元-工程实用分析方法

杆系结构有限元-工程实用分析方法

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:1)反应谱法底部剪力法和振型分解反应谱法都是使用反应谱法处理地震效应。地震作用是随机荷载,动力系数显然无法通过解析计算确定。底部剪力法是根据剪力分配法的基本概念,综合考虑反应谱法和基本振型影响效应为主的实用近似计算方法。因此,底部剪力法的计算精度取决于以下两点:①模型适用剪力分配法的程度;②基本振型对动力响应的代表程度。3)振型叠加反应谱法弹性设计时,空间杆系结构一般采用振型分解反应谱法。

杆系结构有限元-工程实用分析方法

1)反应谱法

底部剪力法和振型分解反应谱法都是使用反应谱法处理地震效应。

对于线弹性结构,一般不过多研究结构动力反应过程中的时程响应,主要关注整体响应中位移幅值,以确定结构的动内力幅值和速度、加速度等幅值。对于单自由度体系,位移响应幅值可利用动力系数进行确定。若荷载函数明确,可以解析计算动力系数,如曾在突加荷载作用下计算得到的β=2,简谐荷载作用下计算得到的β=1-θ22等。动力系数确定后,便可利用动荷载幅值、刚度,共同确定结构的动响应幅值。

地震作用是随机荷载,动力系数显然无法通过解析计算确定。

反应谱法是建立在大量典型地震作用研究的基础上,根据烈度、场地特征、结构特征等参数,归纳总结出的单自由度体系在地震荷载作用下的动力系数计算公式(反应谱),依据反应谱确定地震作用下动力响应幅值计算。

有时不可避免会对多振型效应叠加。由于动力响应在不同振型下不可能同频同相位,故不能对各阶幅值直接相加,工程上常用的叠加方式是CQC或SRSS。

2)底部剪力法

底部剪力法是对水平地震荷载作用下,多层框架手算适用的一种近似法。底部剪力法是根据剪力分配法的基本概念,综合考虑反应谱法(确定动力系数)和基本振型影响效应为主的实用近似计算方法。因此,底部剪力法的计算精度取决于以下两点:

①模型适用剪力分配法的程度;

②基本振型对动力响应的代表程度。

通常在梁柱线刚度比较大且层刚度和层质量沿竖向分布较均匀时,精度有所保证。

底部剪力法主要用于手算,显然不会对结构进行振型分析,故基本振型下的广义荷载、广义质量、广义刚度等特征,皆不能通过精确的坐标变换来获取,而需要根据结构特征进行人为地近似设定。

底部剪力法用于多层、规则框架体系在单向地震荷载作用下的计算。(www.daowen.com)

对以上体系,地震荷载作用时接受以下假定:

①平面规则,平面内的扭转不计,空间结构简化为平面结构计算。

②模型中梁线刚度相较于柱占有明显优势,梁弯曲变形忽略不计。

③动力响应以基本振型为主,二阶以上的高阶振型均可忽略,基本振型的地震动力效应以响应谱描述。

④基本振型接近线性

基于以上设定,可将体系简化为单自由度体系进行计算。

3)振型叠加反应谱法

弹性设计时,空间杆系结构一般采用振型分解反应谱法。

①在主振型空间,选择一定数目的振型进行计算。

②而对于各振型下的广义地震力荷载,利用地震影响系数(与场地特征周期、阻尼、结构自振频率相关,即单自由度体系中的动力系数)和地震重力荷载代表值,计算出广义荷载向量,将此向量对应振型进行施加,按静力荷载计算。

③由于各振型的解并非同频同相位,无法直接叠加幅值,各振型的计算结果按地震效应组合。

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