隔震是高烈度地区建筑物抗震一种十分有效的手段。地震时,利用隔震支座产生较大的水平位移变形,吸收缓冲大量的地震能量,使上部结构的地震响应大幅度降低。然而在ANSYS中,并没有直接的隔震支座单元,要实现隔震支座的模拟,需要通过对隔震支座力学模型的简化,利用ANSYS中的弹簧单元进行近似模拟。
隔震支座的力学模型可以简化为由水平两方向的非线性弹簧、粘滞阻尼器以及竖向的线性弹簧所组成。根据该简化,竖向刚度可以采用线性弹簧单元combin14进行模拟,而水平方向的刚度则可采用非线性弹簧单元combin40进行模拟。
combin40单元可以引入双线性的强化模型、粘滞阻尼的影响。该单元的力学原理图如下:
该单元的实常数需要输入五个参数,分别是K1(弹簧1的弹簧常数)、C(阻尼常数)、M(质量)、GAP(间隙大小)、FSLIDE(极限滑动力)、K2(弹簧2的弹簧常数)。
隔震垫水平方向基本参数主要有:Ku(屈服前刚度)、Kd(屈服后刚度)
、Qd(屈服力)、阻尼比。根据对比相应之间的关系,则上述单元各个实常数的输入如下:
K2=Kd,K1=Ku-Kd
FSLIDE=Qd,GAP=0
C为阻尼系数。
因此,一个隔震支座由三个单元所组成,combin40(X方向)、combin40(Y方向)、combin14(Z方向),三单元不相交的各自节点约束所有自由度,交点处节点约束转动自由度(基底隔震垫),若设为层间隔震垫,则需要耦合combin14两端的转动自由度(其中一端的节点与下部结构共享)。
某隔震支座定义典型的命令流如下:
et,3,combin14 !Z竖向弹簧
et,4,combin40 !X向弹簧
et,5,combin40 !Y向弹簧
keyopt,3,1,0
keyopt,3,2,3 !UZ自由度
keyopt,4,3,1 !UX自由度
keyopt,5,3,2 !UY自由度
r,2,1066e3 !竖向刚度
r,3,1378-541,0.33,,,,541 !横向刚度
3号实常数中各个数值表示如下:
Ku=1378、Kd=541,C=33%
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