基于ANSYS Workbench的地震作用下的高层建筑的响应谱分析

【问题描述】

8层楼房模型如下图所示。该模型主要包含房屋的框架部分以及每一层的底板部分。现在要计算该楼房在地震作用下的响应。已知梁的截面是10mm*16mm的矩形梁,而板的厚度是2mm,所有材料均使用默认的钢材。(弹性模量200PGA,泊松比0.3,密度7800千克每立方米)。

地震位移谱如下:

频率/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

【问题分析】

1. 这是一个响应谱分析问题。其主要目的是分析房屋模型在地震激励下的最大响应。

2. 谱分析需要先做模态分析。

3. 建模在DM中进行,采用先创建一层,然后阵列的方式得到多层模型。

4.谱分析中,对于基础施加给定的激励即可。

【求解过程】

1. 打开ANSYS Workbench

2. 创建分析项目

如下图,先创建几何体项目A,然后接连创建模态分析项目B,和响应谱分析项目C,并建立如图所示的连接关系。

3. 创建几何模型

双击项目A中的Geometry,进入DM以创建楼房模型。

(1)创建顶层天花板

首先创建一个草图,在其中绘制一个矩形500mm*500mm.

从草图生成面。

从上述草图生成边框构成的线体模型。

上述操作完成后,则每一层楼的边框是由梁构成,而中间部分是由板壳模型组成。

(2)创建四根立柱

首先创建四个坐标点,其坐标为

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

然后两两连接创建四根立柱(四根线物体)。

(3)阵列每一层楼面及立柱,得到八层楼的模型

选择阵列物体,并在其细节面板中设置如下

它表明要做线性阵列,选择了所有的对象,沿着立柱方向阵列7个,每两层之间相距500mm。结果如下:

(4)形成多体部件

选择所有的物体,创建多体部件。

则所有的立柱,楼板都共享其连接的节点,从而不再需要设置接触。

(5)为线体赋予截面属性

创建一个矩形截面10mm*16mm。

其长和宽分别是

将此截面属性赋予给线体模型。

(6)为楼板赋予厚度属性

对于所有的面物体,赋予其厚度2mm。

则模型创建完毕。

存盘退出DM.

4. 模态分析

双击项目B的model单元格,进入到模态分析程序中。

(1)划分网格

设置所有单元长度为100mm,划分网格。

(2)固定立柱最下面的四个顶点。

(3)进行模态分析。

(4)查看模态分析的结果。

对于默认的前6阶模态,查看其振型图。

5. 响应谱分析

(1)设置位移谱。

首先插入位移响应谱。

在其细节面板中设置如下

其含义是,对于四个立柱支撑均施加位移响应谱激励,激励的数据来自于一个表格,这些激励的施加方向是Z方向,就是楼的高度方向。

对于上图中的Load data,其数据需要是表格数据。在其表格数据中输入如下图

这些数据来自题目中的给定。

(2)求解。

(3)后处理。

查看位移云图。

查看应力云图。