15Ansys在土木工程结构计算方面的工作43页
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杆件单元：BEAM188 楼板、墙单元：SHELL181
整个模型共为69243个单元、55907个节点
SHELL181
混凝土本构关系
σ σo
A εσuu
σ σo
0 fc 0 0 .002 cu 0 .0033
o
εo
ε
Saenz公式表示的混凝土应 力-应变关系
钢材用两线型本构模型
层间位移
号层 号层
A1波层间位移
18
16
e
a
14
12Βιβλιοθήκη fh108
6
4
g
2
0
0
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
层间相对位移值
18
16
14
12
10
8
6
4
g
2
0
0
0.005
变形形式：头部弯剪型，尾部弯曲型
TH1层间位移
e f
成都市政中心4号搂
结构总高度72.4m，总宽52.5m，单肢宽13.5m。 结构长度134.368m； 结构沿x轴对称，沿y轴严重不对称，竖向布置上 采取了一边退台、一边挑出的方案，使重心逐渐向 左偏移，各层质量、刚度相差较大。
典型平面图
层平面图
第一层 第四层
第十一层 第十五层
有限元建模
3 20.1 10.9 1.84 24.4 13.6 1.80 23.5 13.2 1.78
4 31.7 17.4 1.82 38.0 23.6 1.61 37.1 21.4 1.73
6 59.8 33.1 1.81 71.0 45.1 1.57 70.0 41.0 1.71
7 75.8 41.2 1.89 89.4 55.4 1.61 88.6 50.6 1.75
446
0.026
605
0.035
3区
V（kN）
V/fcA
356
o
εo εuε
计算中简化的混凝土本构 关系
计算工况
• 模态分析 • 谱分析 • 中震下弹性时程分析 • 大震下弹塑性时程分析
Mises屈服准则+随动强化模型
a(gal)
a (g a l)
a(gal)
100 50 0
-50 -100
0 100
50 0
-50 -100
0
100
50
0
-50
-100 0
工程研究进入新时期，美国自然科学基金建立机构 “George E. Brown Jr. Network for Earthquake Engineering Research (NEES) ”，专门从事地震工程研究， 集实验、计算为一体，利用实验室和宽带网构建研究平台。 15个装备先进的大型实验室+网络计算系统NEESgrid；
-0.2 0
E点顶层Y向位移时程比较曲线
A1波 TH1波
2
4
6
时间
8
10
12
14
16
18
20
移位
0.04 0.03 0.02 0.01
0 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05
0
G线顶层Y向位移时程比较曲线
AI波 TH1波
2
4
6
时间
8
10
12
14
16
18
20
移位
号层楼
A1波位移包络线
10 129 65.7 1.97 155 84.6 1.84 151 78.2 1.93
12 167 89.3 1.87 203 117 1.74 193 102 1.88
14 205 120.0 1.70 249 152 1.63 234 139 1.68
15 223 140.0 1.59 271 176 1.54 254 161 1.57
Ansys在土木工程结构计算方面的最 新工作
杨令强 博士 济南大学土木工程系
概述
背景 应用实例介绍 今后开展的工作 结论
背景（1）
现代土木工程结构正向大型化、复杂化方向发展，需要高 精度的结构分析与精确的过程仿真，作为结构设计、施工的 基础；
利用数字技术替代结构整体试验了解结构受力性能已成为 经济、可靠的捷径 ；
计算力学的发展为结构数值分析提供了理论基础，有限差 分法、有限元法、边界元法…，新算法研究（并行计算、结 构优化、反问题算法），本构理论的发展等；
计算机科学的发展为高性能计算提供了条件，三维可视化 建模技术、并行大容量计算系统、网络计算机。
背景（2）
1991年，美国“国家关键技术委员会”提出计算机仿真分 析与建模是美国新时期应优先发展的关键技术之一；
18
16
a
14
ne
h
f
12
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m
8
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g
4
2
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Y向位移最大值
最大水平位移和同时刻平均位移比值
A1波
TH1波
TH3波
楼层 Umax (mm)
U0
Umax /U0
Umax (mm)
U0
Umax /U0
Umax (mm)
U0
Umax /U0
1 3.08 1.62 1.91 3.84 2.00 1.92 3.70 1.95 1.90
数值分析的实现需要操作者具备良好的计算力学基础+工 程结构知识+分析经验，熟练建模、选择计算方法、对结果 作出正确的解释是任一项分析所要求的。
结构分析对软件的实用性、准确性和适用性等方面的要求 越来越高。
项目介绍
成都市市政中心抗震性能分析 某雷达天线塔考虑土-桩-上部结构共同工作自 振特性研究 福堂水电站调压井开挖稳定性分析 高技术厂房结构微振响应分析
0
-0.1
-0.2
A1波
-0.3
TH1波
-0.4
0
2
4
6
8
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时间
F点顶层Y向位移时程比较曲线
0.15
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1 -0.15
-0.2 0
A1波 TH1波
2
4
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时间
8
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移位
g f
0.2 0.15
0.1 0.05
0 -0.05
-0.1 -0.15
输入地震波
人工模拟波
10
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t( s )
30
40
美国San
Fernando M6.5 地
震记录二个分量
10
20
30
40
t(s)
10
20
30
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t( s )
结构自振周期及振型
第一周期1.69s 第二周期1.54s 第三周期1.12s
位移反应
b
c
d
i
a
h e
移位
A线顶层位移时程比较曲线
0.3
0.2
0.1
a h
0.01
0.015
0.02
0.025
位移值
剪力墙应力反应
柱内力反应
TH1波作用下柱最大剪力及剪压比
楼层
1 2 3 4 5
1区
V（kN）
V/fcA
526
0.017
281
0.009
450
0.014
410
0.013
447
0.014
2区
V（kN）
V/fcA
478
0.027
135
0.008
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0.026
整个模型共为69243个单元、55907个节点
SHELL181
混凝土本构关系
σ σo
A εσuu
σ σo
0 fc 0 0 .002 cu 0 .0033
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εo
ε
Saenz公式表示的混凝土应 力-应变关系
钢材用两线型本构模型
层间位移
号层 号层
A1波层间位移
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12Βιβλιοθήκη fh108
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g
2
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0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
层间相对位移值
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变形形式：头部弯剪型，尾部弯曲型
TH1层间位移
e f
成都市政中心4号搂
结构总高度72.4m，总宽52.5m，单肢宽13.5m。 结构长度134.368m； 结构沿x轴对称，沿y轴严重不对称，竖向布置上 采取了一边退台、一边挑出的方案，使重心逐渐向 左偏移，各层质量、刚度相差较大。
典型平面图
层平面图
第一层 第四层
第十一层 第十五层
有限元建模
3 20.1 10.9 1.84 24.4 13.6 1.80 23.5 13.2 1.78
4 31.7 17.4 1.82 38.0 23.6 1.61 37.1 21.4 1.73
6 59.8 33.1 1.81 71.0 45.1 1.57 70.0 41.0 1.71
7 75.8 41.2 1.89 89.4 55.4 1.61 88.6 50.6 1.75
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0.035
3区
V（kN）
V/fcA
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εo εuε
计算中简化的混凝土本构 关系
计算工况
• 模态分析 • 谱分析 • 中震下弹性时程分析 • 大震下弹塑性时程分析
Mises屈服准则+随动强化模型
a(gal)
a (g a l)
a(gal)
100 50 0
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0 100
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工程研究进入新时期，美国自然科学基金建立机构 “George E. Brown Jr. Network for Earthquake Engineering Research (NEES) ”，专门从事地震工程研究， 集实验、计算为一体，利用实验室和宽带网构建研究平台。 15个装备先进的大型实验室+网络计算系统NEESgrid；
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E点顶层Y向位移时程比较曲线
A1波 TH1波
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时间
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移位
0.04 0.03 0.02 0.01
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G线顶层Y向位移时程比较曲线
AI波 TH1波
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时间
8
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移位
号层楼
A1波位移包络线
10 129 65.7 1.97 155 84.6 1.84 151 78.2 1.93
12 167 89.3 1.87 203 117 1.74 193 102 1.88
14 205 120.0 1.70 249 152 1.63 234 139 1.68
15 223 140.0 1.59 271 176 1.54 254 161 1.57
Ansys在土木工程结构计算方面的最 新工作
杨令强 博士 济南大学土木工程系
概述
背景 应用实例介绍 今后开展的工作 结论
背景（1）
现代土木工程结构正向大型化、复杂化方向发展，需要高 精度的结构分析与精确的过程仿真，作为结构设计、施工的 基础；
利用数字技术替代结构整体试验了解结构受力性能已成为 经济、可靠的捷径 ；
计算力学的发展为结构数值分析提供了理论基础，有限差 分法、有限元法、边界元法…，新算法研究（并行计算、结 构优化、反问题算法），本构理论的发展等；
计算机科学的发展为高性能计算提供了条件，三维可视化 建模技术、并行大容量计算系统、网络计算机。
背景（2）
1991年，美国“国家关键技术委员会”提出计算机仿真分 析与建模是美国新时期应优先发展的关键技术之一；
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Y向位移最大值
最大水平位移和同时刻平均位移比值
A1波
TH1波
TH3波
楼层 Umax (mm)
U0
Umax /U0
Umax (mm)
U0
Umax /U0
Umax (mm)
U0
Umax /U0
1 3.08 1.62 1.91 3.84 2.00 1.92 3.70 1.95 1.90
数值分析的实现需要操作者具备良好的计算力学基础+工 程结构知识+分析经验，熟练建模、选择计算方法、对结果 作出正确的解释是任一项分析所要求的。
结构分析对软件的实用性、准确性和适用性等方面的要求 越来越高。
项目介绍
成都市市政中心抗震性能分析 某雷达天线塔考虑土-桩-上部结构共同工作自 振特性研究 福堂水电站调压井开挖稳定性分析 高技术厂房结构微振响应分析
0
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A1波
-0.3
TH1波
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时间
F点顶层Y向位移时程比较曲线
0.15
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A1波 TH1波
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输入地震波
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震记录二个分量
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t( s )
结构自振周期及振型
第一周期1.69s 第二周期1.54s 第三周期1.12s
位移反应
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移位
A线顶层位移时程比较曲线
0.3
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位移值
剪力墙应力反应
柱内力反应
TH1波作用下柱最大剪力及剪压比
楼层
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1区
V（kN）
V/fcA
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0.017
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V（kN）
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