論在基于ansys研究框—剪結(jié)構(gòu)模態(tài)研究及動(dòng)力時(shí)程研究

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1、論在基于ANSYS研究框一剪結(jié)構(gòu)模態(tài)研究及動(dòng)力時(shí)程研究分類號(hào)：TU文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：W07-0745(2012)12-0202-02摘要：框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，其變形特點(diǎn)為彎剪型，受荷載時(shí)，二者協(xié)同工作。本文以ANSYS動(dòng)力有限元分析，對(duì)框——剪結(jié)構(gòu)的ANSYS模型，進(jìn)行相關(guān)模態(tài)分析，對(duì)其固有頻率及模態(tài)振型作出相關(guān)研究，同時(shí)采用常用的著名地震記錄波__E1Eentro波作為時(shí)程分析的地震作用輸入，分析其在地震作用下的位移等相關(guān)響應(yīng)，找出其基本特點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供相關(guān)參考。關(guān)鍵詞：框剪結(jié)構(gòu)模態(tài)分析時(shí)程分析一、引言框一剪結(jié)構(gòu)的抗震性

2、能及其在地震作用下的陣型，對(duì)于結(jié)構(gòu)的在地震作用下的響應(yīng)有很大的聯(lián)系?？蛞患艚Y(jié)構(gòu)具有布置靈活，較易形成較大的空間，且立面處理豐富等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可以具有較大的抗側(cè)剛度，抵抗水平荷載能力強(qiáng)。一般地，框一剪結(jié)構(gòu)體系中，框架和剪力墻通過剛性樓蓋聯(lián)系在一起，共同承擔(dān)水平力，由于各層樓板的約束作用，使它們的變形保持一致，側(cè)移協(xié)調(diào)一致，因此框一剪結(jié)構(gòu)的變形為彎剪型變形。二、有限元模型的建立本文中框一剪結(jié)構(gòu)的模型采用兩種單元類型，BEAM4梁?jiǎn)卧蚐HELL63殼單元。梁柱框架中的梁和柱采用BEAM4梁?jiǎn)卧?，剪力墻和樓板則采用SHELL63殼單元。文中各構(gòu)件的參數(shù)：梁：截面尺寸統(tǒng)一采用25

3、0mmX350mm；柱：底層柱截面尺寸為500mmX500mm,其余為400mmX400mm；剪力墻:厚度取為250mm;樓板：厚度取為100mm;整個(gè)模型中，統(tǒng)一采用C30混凝土，彈性模量為3.0X104NAim2，泊松比為0.3。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)埋深較大，結(jié)構(gòu)在地面上的側(cè)移和轉(zhuǎn)動(dòng)不大，因此在模型底端采用固支來模擬實(shí)際情況，同時(shí)取為9層。三、模態(tài)相關(guān)分析模態(tài)分析是用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性一固有頻率及模態(tài)形狀一陣型的一種動(dòng)力學(xué)分析。文中對(duì)框一剪結(jié)構(gòu)取八階陣型，其各個(gè)陣型的固有頻率及部分陣型如下圖所示：結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率是結(jié)構(gòu)的內(nèi)在屬性，由結(jié)構(gòu)的3個(gè)因素決定：材料、質(zhì)量、尺寸

4、。結(jié)構(gòu)的陣型頻率與結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)是有極大的聯(lián)系的。我們知道，在機(jī)械系統(tǒng)所受激勵(lì)的頻率與該系統(tǒng)的某階固有頻率相接近或相等時(shí)，系統(tǒng)振幅顯著增大，出現(xiàn)明顯的陣型變化等一系列相關(guān)的現(xiàn)象，稱之為共振。亦即當(dāng)?shù)卣鹫饎?dòng)的震動(dòng)頻率與建筑結(jié)構(gòu)固有頻率接近時(shí)，那么就會(huì)發(fā)生危害極大的共振現(xiàn)象，毀壞建筑物。同時(shí)，越靠后的陣型，結(jié)構(gòu)越不會(huì)出現(xiàn)，一般只研究結(jié)構(gòu)的前三個(gè)陣型。從陣型三可以看出，結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了明顯的扭轉(zhuǎn)，此時(shí)的頻率為1.3943,與一般地震的振動(dòng)頻率還是比較的接近，因此，對(duì)于框一剪結(jié)構(gòu)要通過改變其屬性而是其有頻率發(fā)生改變遠(yuǎn)離地震動(dòng)的振動(dòng)頻率，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振。四、動(dòng)力時(shí)程分析文中

5、采用的時(shí)程波為著名地震記錄波一ElEentro波，模型中輸入的是其中的一部分，時(shí)長(zhǎng)為3s，時(shí)間間隔為0.02s,場(chǎng)地類型為III類場(chǎng)地，地震動(dòng)為從X和Y兩個(gè)方向分別輸入，且不考慮行波效應(yīng)，求解時(shí)采用允許結(jié)構(gòu)由非線性的Full求解法。從圖三結(jié)構(gòu)的整體變形來看，框一剪結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形為明顯的彎剪型變形，呈明顯的反“S”型。變形趨勢(shì)隨高度增大而變小。從圖四的節(jié)點(diǎn)位移看出，該處節(jié)點(diǎn)再某一時(shí)間發(fā)生了最大位移，而且位移增大和減小和突然的，則可以推斷該處對(duì)應(yīng)的時(shí)間可能就是該結(jié)構(gòu)和地震動(dòng)振動(dòng)頻率較接近的可能發(fā)生共振現(xiàn)象的頻率。五、結(jié)論從以上的分析可以看出，框一剪結(jié)構(gòu)主要發(fā)生的是彎剪型變形，

6、隨著高度的增高，變形加大，但是變形的增大趨勢(shì)卻在減小，這就是增加了框架的有點(diǎn)，此外還要注意在地震動(dòng)作用下要防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，因此建議要增大結(jié)構(gòu)的固有頻率，使其遠(yuǎn)離地震動(dòng)的振動(dòng)頻率。參考文獻(xiàn)：[1]JGJ3—2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.[S].中國建筑工業(yè)出版社.2010[2]周云高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].武漢理工大學(xué)出版社.2008[3]尚曉江.ANSYS結(jié)構(gòu)有限元高級(jí)分析方法與范例應(yīng)用[M].中國水利水電出版社.2006