架空直立式码头ansys刚度退化抗震分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇架空直立式码头ansys刚度退化抗震分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

1前言

地震是危害最大的自然灾害之一，可以在很短的时间内产生极大的破坏力，对一定范围内的建筑结构造成巨大的影响。本文将以果园港二期工程为依托工程，建立三维有限元模型，选用埃尔森特罗波（EI Centro）作为地震波荷载输入，运用ANSYS瞬态分析方法对结构刚度退化前后进行抗震分析，比较其刚度退化前后抗震性能的变化。

2 计算模型的建立

在地震的作用下结构会在空间上发生振动。为了能够较好的模拟建筑物在空间上的振动，一般需要建立三维模型。

对于抗震分析而言，地震波的选择和输入显得尤为重要。输入不同的地震波，可能会使得出的地震反应相差甚远。由于未来地震动的不确定性和不同地震波之间计算结果的差异性，合理的选择地震波来进行动力分析是保证计算结果的准确性的关键。国内外学者研究表明，虽然建筑物场地未来的地震动难以准确的定量确定，但只要选择正确的地震动主要参数，并且使所选用的地震波基本符合这些主要参数，那么时程分析的结果就能够比较准确地反应未来地震作用下的结构响应，达到工程设计所需的精度。

地震波的选用应全面考虑地震动的三要素：地震动强度、地震动频谱特征和地震动持续时间，并根据实际情况加以调整。在抗震分析中以地震过程中加速度最大值（峰值）的大小作为强度评判标准。对选用的地震记录加速度峰值应按适当的比例放大或缩小，使峰值加速度相当于与设防烈度相应的多遇地震与罕遇地震时的加速度峰值。

调整公式如下：

（1）

式中：

a’（t）――调整后地震加速度曲线及峰值；

a’max――调整后的加速度峰值，根据抗震规范取值；

a（t），amax――原记录中的地震加速度曲线及峰值。

本文将选用埃尔森特罗（EI Centro）地震波的加速度时程作为码头结构X和Z方向的输入。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）果园港所在区域场地的地震动峰值加速度为0.05g，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）该场区属设计地震分组第一组，抗震设防烈度6度。

图1 EI Centro地震波加速度时程曲线

本文是对地震作用下结构的耗能过程进行分析，由图1可以看出，前8s的数据记录显示了地震波由弱到强，再由强到弱的一个过程，并且已经包含了本次地震作用最强的部分，所以为了降低计算量，本文将选取前8s内的400个加速度值作为瞬态动力分析的加速度时程输入。

对于内河架空直立式码头结构的地震分析，除了确定了地震波之外，还应该考虑恒载，即自重的影响。这是由于内河架空直立式码头结构的前端设有多层系靠结构，使得整个系靠结构的自重较大而下方又没有支撑，那么在自重的作用下将会引起整个结构向前倾，相当于在地震波到来之前结构已经有了一个初始位移。

ansys中考虑重力影响的动力分析方法有三种：线弹性小变形理论，有应力法和慢动力法。本文将采用有应力法考虑重力的影响进行瞬态动力分析。

3计算与结果分析

地震作用是一种随机作用，地震波的方向和大小都存在随机性。本文主要是研究内河架空直立式码头刚度发生退化后的性能与未发生退化时的性能相比存在哪些差异。因此，要保证结构在不同状态下受到的外部激励相同，所以本文在施加地震荷载时未对选用的地震波进行二次随机处理。由于码头结构在纵向（沿码头前沿线方向）和横向（垂直码头前沿线方向）两个方向上刚度存在着差异，不同方向的地震动输入会对结构产生不同的影响，所以在对结构进行地震分析时，应将地震波分别作为横向（X方向）和纵向（Z方向）的激励输入，做两次计算。本文分析了结构物处于三种状态下的性能，总共计算六次。

表1为码头结构处于三种状态下，在X方向地震荷载作用下的最大位移值。

表1三种状态下码头结构X方向最大水平位移

由表1可以看出，随着码头结构刚度的退化，在相同的地震荷载作用下，码头的整体水平位移会增大。进一步的分析发现，由状态一到状态二结构的位移由11.16mm增加到18.09mm增长率为62.10%，由状态二到状态三结构的位移由18.09mm增加到20.69mm增长率为14.37%。说明在动荷载的作用下，结构的位移与刚度不是简单的反比关系。这其中包含许多方面的原因，最主要的一点是对于结构的抗震性能而言，桩基的刚度和上部结构的刚度变化对整个结构变位的影响是相反的。桩基的刚度减小会导致结构水平变位的增加，而上部结构刚度的减小反而会使结构的水平变位减小。结构由状态二到状态三，其上部结构的刚度折减的幅度比结构由状态一到状态二有了明显的增大，所以导致结构的位移增长率下降。

码头结构处于三种状态下时，在X方向地震荷载作用下构件的最大内力响应。一般情况下，地震引起的结构物的破坏形式表现为弯剪破坏，所以计算了构件的弯矩和剪力值。具体的数据显示：结构由状态一到状态二构件的内力值明显增加，由状态二到状态三构件的内力值略有减小。这一点仍然可以说明码头结构的上部结构的刚度减小可以提高结构的抗震性，而下部结构的刚度减小会降低结构的抗震性。

表2为码头结构处于三种状态下，在Z方向地震荷载作用下的最大位移值。

表2三种状态下码头结构Z方向最大水平位移

Z方向地震波作用下结构各种状态下的位移时程曲线与X方向地震波作下结构各状态下的位移时程曲线比较可知：自重仅会对X方向的地震波产生影响，而对于Z方向的自振作用并不会产生影响；而对于结构个状态下内力值的变化Z方向地震波的作用与X方向地震波的作用相同，都呈现出先减小很增大的趋势。

4 结论

本文根据港区抗震设防烈度，以EI Centro地震波为基础，将调整后EI Centro地震波分别作为纵向和横向的输入对三种刚度状态下的内河架空直立式码头进行地震分析，说明在动荷载的作用下，码头结构表现出与静荷载作用下完全不同的特性。

静力学理论认为，在相同的荷载作用下，结构刚度的改变不会影响结构对于荷载所产生的内力响应（弯矩和剪力），并且其变位与刚度是简单的反比关系。而在地震荷载的作用下，结构刚度的改变会影响结构的内力响应和变位，而且这些变化与刚度之间不是简单的正比或者反比关系。因此要想提高码头结构的抗震性能必须使其刚度处于一定的范围内，在设计中应进行比较分析。