地震时程分析中重力荷载的考虑

ANSYS地震时程分析中如何考虑重力作用

在用ANSYS做结构的地震时程分析时，结构施加地震波的初始状态往往是一种不受任何外力的自由状态，这与现实的结构地震情况是不一致的，别的荷载不说，重力荷载在地震时程分析的初始时就存在，在地震响应的整个过程中也起作用。重力荷载在地震反应分析中应该如何施加，我做了如下探讨：

第一种方式，参照小木虫论坛上介绍的一个思路，先在一个极短的时间内关闭时间积分效应，施加重力加速度，然后再打开时间积分效应，进行正常的地震时程分析。具体命令如下

/solu

antype, trans

timint, off !关闭积分效应

time, 1e-5

acel,,9.8,

nsubst, 2

kbc, 1

lswrite, 1

solve

timint, on !接着打开积分效应

NSUBST,5

*do,t,1,50,1

time,0.02*t

acel,0*9.8*H1(t),0,0*9.8*H2(t)

kbc,0

outres,all,none

outres,nsol,all

allsel,all

solve

*enddo

为了避免地震加速度的干扰，我把输入的两个水平向地震加速度都设置为0，计算了1秒时间，计算得到的结构顶点竖向位移见图1，图1中在初始的1e-5秒的时间内施加重力荷载后，结构有一个向下2mm的位移；重新打开时间积分效应后，结构在没有重力加速度的情况下发生回弹，最后位移稳定在0。

第二种方式，直接在施加的加速度荷载上把重力加速度9.8m/s2，同样把水平方向加速度乘0，避免其干扰，命令如下：

/solu

antype, trans

timint, on !接着打开积分效应

NSUBST,5

*do,t,1,50,1

time,0.02*t

acel,0*9.8*H1(t),9.8,0*9.8*H2(t)

kbc,0

outres,all,none

outres,nsol,all

allsel,all

solve

*enddo

计算得到顶点的竖向位移结果见图2，施加重力荷载后，结构上下振动，最后位移稳定在-2mm 左右。

图1第一种考虑重力荷载的方式

图2 第二种考虑重力荷载方式

最后综合以上两种方式，我意识到真正正确的施加方式应该是二者的结合，在初始极短的一个时间段内，关闭时间积分效应施加重力加速度，然后打开时间积分效应，继续施加重力加速度（如果要考虑竖直向的地震加速度，在9.8的基础上增减即可），命令如下：

/solu

antype, trans

timint, off !关闭积分效应

time, 1e-5

acel,,9.8,

nsubst, 2

kbc, 1

lswrite, 1

solve

timint, on !接着打开积分效应

NSUBST,5

*do,t,1,50,1

time,0.02*t

acel,0*9.8*H1(t),9.8,0*9.8*H2(t)

kbc,0

outres,all,none

outres,nsol,all

allsel,all

solve

*enddo

我用以上命令计算同一个模型，得到的计算结果见图3，图3中结构顶部的竖向位移一直保持在-2mm，这正是我们想要看到的重力荷载作用的结果。

图三正确的施加方式

注：命令中X，Z方向为结构水平方向，Y方向为竖直方向。

欢迎交流，我的邮箱w_tao13614@