高层结构振动台试验两种有限元模型对比.pdf

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1、98低温建筑技术2016年第4期(总第214期)DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2016．04．036高层结构振动台试验两种有限元模型对比黄杰(同济大学土木工程学院．上海20092)【摘要】分别建立了杆系有限元模型和多尺度有限元模型，对某高层结构振动台试验进行有限元模拟，并与试验结果进行校核，对比了这两种有限元模型的异同与优劣。【关键词】有限元分析；振动台试验；连接单元；多尺度【中图分类号】TU375【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2016)04—098—04CoMPARATⅣERE

2、SEARCHoNTWoKINDSOFFINITEELEMENTMoDELSOFAHIGH．RISESTRUCTUREINSHAKⅡGTABLETESTHUANGJie(CollegeofCivilEngineering，Ton~iUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Abarsystemfiniteelementmodelandamuhiscalefinitemodelofahigh—risestructureinshakingtabletestwerecreated．Th

3、eresultsoffiniteelementanalysiswereobtainedandwereverifiedwiththetestresults．Theresultsofthetwokindsoffiniteelementmodelswerecompared．Keywords：finiteelementanalysis；shakingtabletest；connectorelement；shearingdefor—mation；muhiscale0引言高层结构振动台试验的有限元模拟通常涉及到材料非线性和几何非

4、线性，计算复杂]，因此在保证计算结果的同时应尽可能简化模型。杆系有限元模型计算量较小，容易收敛，能够快速模拟结构整体响应。多尺度有限元模型近年来也被广泛使用M。，其在关键的局部位置建立精细模型，其它部位采用宏观模型，两者通过适当的连接方式相连，从而既能较快速地完成整体分析，又能够得到关键部位的响应细节。本文对文献中的高层结构振动台试验进行有限元模拟，建立了两种有限元模型，分别是包含梁单元与连接单元的杆系有限元模型，和包含梁单元与壳y单元的多尺度有限元模型。将分析结果与试验结果Lx进行校核，对比了两种模型的异同与优劣。

5、1振动台试验概况图1试验模型图1．1试验模型1．2地震波选取该试验的工程原型为某纯钢带伸臂高层结构，地试验中选取的地震波为ELCentro波及其一阶共面以上56层，标准层高3．6m，总高度201．6m，柱距振波，共振波由原波调频后得到。试验考虑的是7度8m，结构平面尺寸32mX32m。将该结构简化为二维模型并按照1：40进行缩尺后，模型共有28层，层高小震水平下的地震作用，加速度相似比例为1：2，因此180ram，柱距200mm，其示意图如图1所示。模型采用将地震波峰值加速度缩放到70gal，再根据周期相似关紫铜材料

6、，构件均采用箱型截面形式，其截面尺寸见系对地震波进行时间尺度上的缩放，得到输入振动台表1的地震波时程，如图2所示。黄杰：高层结构振动台试验两种有限元模型对比表1构件截面表Timoshenko梁，能够考虑剪切变形，在整体结构模拟中得到了广泛应用。紫铜材料的弹性模量取OOOOO110000MPa，泊松比取0．35，屈服强度取∞190∞MPa。∞模傩型中各构件截面按表1选取，梁柱节点采用刚接。试验中结构第13层外柱发生较大的轴向残余变形，而梁单元无法模拟出实际箱型柱因局部屈曲导致轴向变形退化这一特点，为了保证有限元模拟结果

7、与实际试验情况相符，采用连接单元模拟13层外柱，设置连接单元只具有轴向变形能力，其轴向荷载一位移曲线由箱型壳单元构件进行轴压有限元分析得到，如图3所示。最终得到杆系有限元模型如图4所示。0．080．04魁024681O{l!lO．00N，挺曩位置，mm一o．04图3连接单元轴向荷载位移曲线Ol2345时间，日(a)ELCentr0原波魁锻募0l2345时间，8图4杆系有限元模型(b)ELcentm一阶共振波2．2多尺度有限元模型图2振动台试验地震波时程使用S4R壳单元，建立箱型柱模型，替代结构l3层的梁单元外柱，壳单

8、元与梁单元之间采用耦合连2有限元模型接，如图5所示。此模型在进行振动台模拟前，需要对振动台试验的有限元模拟涉及到材料非线性和壳单元部分施加初始缺陷。几何非线性，计算量较大，因此在保证计算结果的基3两种有限元模型分析对比础上，应尽可能简化模型。本文使用ABAQUS有限元3．1周期对比分析软件，建立两种有限元模型：第一种为基于梁单分别对两个有限元模