产品
最近有很多同学联系我，问到如何数值模拟三维隔震支座。假期加个班，做个算例分析。
1）算例模型命令流
2）三维隔震支座命令流
3）计算过程excel文件
4）建筑隔震橡胶支座规范
5）常用隔震支座的设计参数
1）隔震支座在ANSYS中的批量建模方法，预计时间2024年02月
2）如何在ABAQUS中模拟非线性单位隔震支座（连接器单元），预计时间2024年03月
1）如何在ANSYS中模拟橡胶隔震支座？
2）如何确定隔震模型的力学参数与隔震支座设计参数的定量对应关系？
3）如何模拟隔震支座的非线性特性？
4）如何验证隔震支座模拟的正确性？
我们知道，实际应用中，我们可以采用厂家提供的标准型号的隔震支座，也可以订制特殊类型的隔震支座，不管采用那种形式，在仿真模拟时，我们都要将设计参数与隔震模型的力学参数对应起来，从而进行力学分析。
ANSYS中并没有特定的隔震单元，但提供了一系列的弹簧-阻尼器单元，可以通过组合单元模拟隔震支座的力学特性。采用COMBIN14单元模拟隔震支座的竖向刚度，COMBIN14又称弹簧-阻尼器单元，具有1D、2D和3D的轴向或扭转能力。轴向弹簧-阻尼器为单轴拉压行为，每个单元有2个节点，每个节点有3个自由度，即沿着X、Y和Z方向的三个平动或转动位移。水平方向上，采用COMBIN40单元模拟隔震支座的水平刚度和阻尼，COMBIN40单元将弹簧、滑块和阻尼器并联，再用串联的方式与间隙耦合形成组合体，适用于多种情况的分析。该单元可以引入双线性强化模型，并考虑粘滞阻尼的影响。详细参考《ANSYS结构分析单元与应用》。
在解决了单元类型之后，我们选择一种常用的隔震支座，如图1所示。
图 1 一种常用的隔震支座
可以看出，隔震支座的设计参数主要包括：
水平向：屈服前刚度Ku 屈服后刚度Kd 屈服力Qd 阻尼比ζ
竖向：竖向刚度 阻尼比
隔震单元的力学参数主要包括：
COMBIN40：K1，K2，CH，FSLIDE，GAP
COMBIN14：K，CV
对应关系如下：
K1=Ku-Kd，K2=Kd，CH=2ζ((Ku+Kd)*M)^0.5，FSLIDE=Qd，GAP=0。
GAP取值和使用方法详见《ANSYS结构分析单元与应用》。
算例选择一混凝土柱，弹性模量33.5Gpa，密度2500kg/m3，泊松比0.2，尺寸2×2×10m。有限元模型如图2所示。
图 2 非隔震结构有限元模型
对非隔震结构进行模态分析，得到前三阶频率如图3所示。
图 3 非隔震结构前三阶频率
前三阶振型如图4所示。
图 4 非隔震结构前三阶振型
选用GZY1100-220型隔震支座，布置在混凝土柱的底部中心位置。
图 5 三维隔震结构有限元模型
对三维隔震结构进行模态分析，得到前三阶频率如图6所示。可以看出，三维隔震结构延长了结构的周期，降低了结构自振频率，符合隔震的基本原理。
图 6 三维隔震结构前三阶频率
前三阶振型如图7所示。可以看出，对于非隔震结构，结构振动以梁式振动为主，而隔震结构主要表现为水平平动。
图 7 三维隔震结构前三阶振型
采用理论解和数值解对比验证隔震设计的正确性。通过对非隔震结构进行模态分析，得到结构的总重为665000kg，根据计算公式，可知三维隔震结构的水平向基频为0.753 Hz，竖向基频为 17.629Hz，这与图6中得到的ANSYS计算结果基本一致，误差小于2%。验证了三维隔震有限元模拟的正确性。
图 8 模态分析结果
图 9 部分计算过程
免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删
155-2731-8020
