基于ANSYSWorkbench的板梁結(jié)構(gòu)抗震分析

【摘要】利用有限元分析軟件ANSYS Workbench作為仿真平臺(tái)，對(duì)鄭州地區(qū)的板梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析。比較相同截面積下不同截面形狀的板梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力等參數(shù)，得出環(huán)形截面的板梁結(jié)構(gòu)變形最小。研究結(jié)果可為板梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ANSYS Workbench；板梁結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

引言

由梁和板組成的鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)如樓蓋、屋蓋、陽(yáng)臺(tái)、雨篷和樓梯等，在建筑中應(yīng)用十分廣泛。因此，板梁結(jié)構(gòu)選型和布置的合理性以及計(jì)算和構(gòu)造的正確性，對(duì)建筑的安全使用有著非常重要的意義。

地震是一種常見(jiàn)的自然災(zāi)害，地震波從震源傳播至地表層引起地面變形，地面變形進(jìn)一步引起建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備的變形。地震荷載以動(dòng)態(tài)荷載的作用方式作用于建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備，為了確保建筑系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)以保證地震時(shí)裝置安全地運(yùn)行。

本文通過(guò)響應(yīng)譜法的計(jì)算原理及模擬方法，分析了相同截面積下不同截面形狀的板梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力等參數(shù)，得出環(huán)形截面為最優(yōu)形式。

1.有限元模型的建立

1.1物理模型及網(wǎng)格劃分

本文研究的對(duì)象為三層板梁結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型，對(duì)四種不同梁截面形狀的板梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。板面為正方形，邊長(zhǎng)為600mm，板厚度為3mm，板間隔為600mm。梁截面分別為相同面積的正方形、回形、圓形、環(huán)形。四種梁截面尺寸如表1.1。利用ANSYS軟件對(duì)板梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，其幾何模型見(jiàn)圖1.1（a）。對(duì)面體劃分四邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)67920，單元數(shù)592400。網(wǎng)格分布如圖1.1（b）。

1.2地震響應(yīng)譜的選取

參照“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011—2010）”，依據(jù)鄭州地區(qū)的場(chǎng)地特征周期、水平地震影響系數(shù)及結(jié)構(gòu)的阻尼比，得到加速度頻率響應(yīng)譜如圖1.2所示，其中鄭州地區(qū)的場(chǎng)地特征周期在中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306—2001）中查取。

2.結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)不同截面梁進(jìn)行響應(yīng)譜分析，計(jì)算結(jié)果如表2.1所示。

由表2可以看出，在相同截面積下，圓形的等效應(yīng)力最大，回形的次之，圓環(huán)形的最??；X方向最大位移、速度也滿足此規(guī)律；X方向最大加速度圓環(huán)形的略大于正方形。但從整體看來(lái)，圓環(huán)形截面的等效應(yīng)力、最大位移等參數(shù)最小，結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

3.結(jié)論

本文應(yīng)用Ansys軟件對(duì)三層板梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了譜響應(yīng)分析，可得出如下結(jié)論：

（1）查閱相關(guān)規(guī)范，依據(jù)不同地區(qū)的場(chǎng)地特征周期、水平地震影響系數(shù)及結(jié)構(gòu)的阻尼比，可得到該地區(qū)的加速度頻率響應(yīng)譜。

（2）在相同截面積下，對(duì)比不同截面形狀的板梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力等參數(shù)，得出環(huán)形截面的板梁結(jié)構(gòu)變形最小，結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

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