“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

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        “糖葫芦串”模型也称之为层间剪切模型,可能对不少的朋友来讲并不陌生,他是建筑结构抗震计算最重要的理论基础,简化示意图如下:

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

        对于一般的多高层房屋来讲,我们在采用多自由度模型计算时,一般每层楼面及屋面可作为一个质点,而楼面与楼面(或屋面)之间墙、柱的质量则分别向上、向下集结到楼面及屋面质点处,很多时候楼面假定面内刚性,这就形成了层间剪切模型,也即经常所说的“糖葫芦串”模型。

       那么我们如何采用ANSYS来模拟“糖葫芦串”模型呢?

       这里我们要用到两个单元,一个是连接质量点之间的单元,这里可以用梁单元,也可以用弹簧单元,水哥个人喜欢用弹簧单元combin14;第二个单元便是质量单元mass21。

      在具体建模过程中,需要注意三个方面:

      一、分析类型为平面2D,因此质量单元关键项应设置为不考虑转动惯量的2D质量。

      二、弹簧单元个人建议使用combin14,单元关键项应设置为单方向。

      三、由于仅仅考虑单方向,因此节点另一个方向的自由度需要约束。

     下面以书中例题为例,简要演示具体过程。例题来源于《建筑结构抗震设计》(第二版)李国强 李杰 苏小卒编著,中国建筑工业出版社 。

     题目如下: 

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

ANSYS命令流如下:

finish

/clear

/prep7

m1=2$m2=1.5$m3=1

k1=1.8e3$k2=1.2e3$k3=0.6e3

r,1,m1$r,2,m2$r,3,m3

r,4,k1$r,5,k2$r,6,k3

!====================

et,1,combin14,,1

et,2,mass21,,,4

!=================

n,1,0$n,2,0,5000

n,3,0,9000$n,4,0,13000

!===============

type,1

real,4

e,1,2

real,5

e,2,3

real,6

e,3,4

!==============

type,2

real,1

e,2

real,2

e,3

real,3

e,4

!=============

/solu

d,1,all

d,all,uy

antype,2

modopt,lanb,3

mxpand,3,,,yes

solve

/post1

set,list


采用上述命令流求得的结构固有频率为:

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

因而结构圆频率为:

w1=2*3.14*2.3112=14.143

w2=2*3.14*31.0319

w3=2*3.14*7.3370=46.0764

结构理论求解如下:

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

ANSYS结构振型如下(未归一化)

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法


对比两者可知,采用文中所述方法可以很好的在ANSYS中实现“糖葫芦串”模型。


            祝好

            ANSYS结构院

            2017.12.22


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