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浅谈土木工程动力分析

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发表于 2013-5-13 22:29:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
现在很多人喜欢搞动力模拟,我也对动力分析一知半解,动力分析涉及很多学科东西,应该是跨学科或者边缘学科的东西,不少朋友让我回答怎样做动力模拟!我这里说说我对动力模拟的一些看法,未必全对,大家也可以在这里讨论自己一些观点,欢迎交流!
动力分析包括很多:爆炸,地震等等。我这里就地震方面说一下:
大家做地震模拟最多的困惑是:(1)怎样获得地震数据?(2)边界如何设置?(3)如何施加地震荷载?(4)阻尼如何设置?(5)如果用瑞雷阻尼其中心频率如何取值?(6)地震波主要考虑那些?(7)持续时间?
我的看法是:
(1)地震数据获取是根据工程抗震等级来决定。对于重大工程,例如核电站、水电站,往往需要当地地震台记录,按比例方法获得不同抗震设防标准的数据,例如大型水电站壅水建筑物的设防标准为4995年一遇的极罕遇地震,即100年超越概率2%的地震。一般建筑物为50年超越概率10%的基本地震。对于没有地震台网监测资料的地区,往往用人工合成地震动时程作为输入,目前规范往往要求数值方法人工合成的地震动作为输入,人工合成地震动目前有专业合成软件,大家可以到伯克利大学网站下载,前几年免费,现在可能收费。不过目前国内地震局也编制了该软件,没有合成经验的人建议不要自己合成,合成里面需要有很多经验。对于地震加速度大于0.5g的强地震区,不能够用人工合成地震动,因为人工合成地震动的随机结果相差很大,这种情况下最好做场地断层破裂研究。对于目前大多数城市建筑工程,可直接用当地经验也可以用伯克利的simqke-1或者simqke-2按着该地区划以及场地类型合成地震动。
(2)对于地下开采或者半无限空间地面结构物,一般采用自由边界apply ff(要保证两侧边界在x,y方向上),底部边界可以根据不同情况是否采用粘性边界。但是有的研究者称对于底部直接施加加速度荷载,计算结果的误差在20%左右,对于这点我也没有做过研究。
3)在flac3d中,直接将地震加速度、速度或者应力时程等离散数据进行输入,不同的输入采用不同的边界条件,手册上介绍的十分详细,这里不再谈。
(4)采用何种类型阻尼?具体情况具体对待,手册上也有十分详细说明。我补充谈一下自己认识,目前工程界常采用瑞雷阻尼set dyn damp rayleigh xx f,xx为阻尼系数,很多规范建议钢结构阻尼系数采用0.05倍水平方向;大多数学者认为地质体阻尼系数较大。我个人认为岩体可以取1,软泥等甚至更大,最大可以采用2。
(5)中心频率手册上说可以采用模型自振频率也可采用输入地震波的卓越频率,我比较喜欢采用输入波卓越频率,但是要知道模型自振频率,这样确保计算持时要一定大于自振周期。还有关于频率问题,为什么采用输入波卓越频率,因为瑞雷阻尼对设定该频率附近4~5阶振型有很重要的影响,输入波的卓越频率也是输入波能量最大部位,这时阻尼才能发挥其最大耗散能量功能。 _
(6)地震波一般考虑地震剪切波破坏。不同设计要求不同:有些工程抗震要求,在水平方向同时施加剪切波(x,y方向),竖直方向采用水平方向2/3剪切波,有的规定数值方向0.5;有的要求进行不同组合验算。
(7)关于地震持时一般10~30秒左右,假如模型自振周期大于30秒,那么地震对模型影响很小。
以上纯粹是个人见解,不要看作为定律,那样我就犯了重大错误了!你可以有自己见解和经验,只要符合实际就是真理!
还有看到一些帖子错误认为地震计算达到平衡什么的,这些都是错误认识,地震动力计算是和时间相关的,即地震持时。地震持续时间结束也就计算完成,不管期间是否达到平衡。打个比如:最直接的印象就是一次地震完成后,你家的房子也许发生永久位移,也许又回到平衡位置,没发生位移,但是地震持续时间中,你家房子在振动,某一时刻振幅大小是不同的。一定要记住影响工程稳定的地震三要素,振幅、频率和持时。需要说明动力计算前,静力计算要达到平衡。

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