基于數(shù)值仿真模擬的高層建筑抗震設(shè)防性能研究

楊靜 李素

【摘要】結(jié)構(gòu)的抗震性是建筑結(jié)構(gòu)中最重要的研究對(duì)象之一，對(duì)建筑的整體安全設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文將ANSYS軟件應(yīng)用到了高層建筑的抗震設(shè)防仿真模擬過程中，利用APDL命令流將地震波加載到建筑上完成了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)位移曲線和彎矩的求解。由計(jì)算結(jié)果可壓看出，數(shù)值仿真模擬和實(shí)際力學(xué)條件下的地震破壞程度相符合，為高層建筑的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)提供了理論參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；ANSYS；數(shù)值模擬；地震波；有限元；APDL；

引言

汶川地震造成了大范圍的建筑坍塌，給抗震救災(zāi)工作帶了很大的麻煩，給人民財(cái)產(chǎn)以及生命安全造成了嚴(yán)重的損失，其中主要原因是建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防級(jí)別不夠，抗震設(shè)防的級(jí)別不能滿足地質(zhì)斷層活躍時(shí)造成的大位移以及大的應(yīng)力和應(yīng)變，因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防性能的研究具有重要的意義。本文通過ANSYS大型建筑通用型結(jié)構(gòu)分析軟建立了十四層建筑結(jié)構(gòu)的模型，并通過加載地震波來求解建筑結(jié)構(gòu)的位移曲線和彎矩分布云圖，為高層建筑的抗震設(shè)防設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。

2. ANSYS地震波導(dǎo)入

本文使用APDL命令流的形式對(duì)模型進(jìn)行開發(fā)，并設(shè)置邊界條件，其中地震載荷的加載主要命令流如下

NT=1000

DT=0.02

......

/SOLU

NSUBST，1， ， ，1

OUTRES，ALL，all

ANTYPE，TRANS

TRNOPT，full，，DAMP，

ALPHAD， 0.4713

BETAD， 0.0053

nlgeom， on

NEQIT， 100

ncnv，2， 1e30，，

*do，i，1，NT

ACEL，k（i），k（i），9.8

TIME，i*DT

solve

*enddo

3. ANSYS仿真結(jié)果分析

利用第二節(jié)的命令流可以加載地震波，計(jì)算屬于瞬態(tài)計(jì)算，在設(shè)置好時(shí)間步長和迭代時(shí)間步后便可以開始迭代計(jì)算，通迭代計(jì)算后得到了如圖1所示。

圖1 位移隨時(shí)間變化曲線

圖1表示建筑位移隨時(shí)間變化曲線，由于地震波是隨時(shí)間變化的，因此位移也隨著時(shí)間呈現(xiàn)不規(guī)則的周期性變化，由圖可以看出建筑的最大位移0.025m，沒有超過抗震設(shè)防的最大安全值。

圖2 軸力計(jì)算分布圖截面圖

圖2表示通過計(jì)算得到的軸力分布截面圖，由圖可以看出，在地震波的作用下，建筑的最大位移集中在建筑物的頂部，這與理論受力條件的實(shí)際情況相符合，從而驗(yàn)證了計(jì)算的可靠性。

4. 結(jié)論

（1）本文通過ANSYS的APDL命令流形式建立了十四層建筑的結(jié)構(gòu)模型，并導(dǎo)入了地震波，通過迭代計(jì)算得到了地震波作用下十四層建筑的位移曲線和彎矩的分布云圖。

（2）由計(jì)算結(jié)果可以看出，利用ANSYS數(shù)值仿真模擬計(jì)算得到的結(jié)果和理論受力條件下的實(shí)際情況相符合，這說明ANSYS對(duì)于高層建筑的數(shù)值仿真模擬比較可靠，可以將其推廣到更層建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真模擬。

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