建筑结构动力特性简化与抗震性能有限元分析

王长虹

(上海应用技术学院轨道交通学院，上海200235)

1 引言

在建筑结构动力学计算中，为了节约运算时间和减少建模的工作量，经常需要建立简化的结构动力学分析有限元模型。在动力学分析计算中，建筑结构抽象为多质点模型，将建筑结构的刚度简化为梁的刚度，建筑结构的质量按集中质点处理。通常情况下，建筑结构各质点实际的质心、形心和剪心不在同一几何位置，导致计算结果不能真实地反映原结构的力学状态［1］。另外，简化建筑结构模型的结果精度不仅限于刚度和质点几何位置，而且还涉及阻尼的影响，动力学计算中，以Rayleigh阻尼最为常用，将系统假设为比例阻尼来处理，阻尼的建模对少数振型参与计算时精度较好，当取大量振型参与计算时，精度有可能失控［2］。

为了分析简化建筑结构模型的质点几何位置以及阻尼特性对计算结果精度的影响，通过Ansys软件中Beam44单元和Matrix27单元的介绍，建立考虑建筑结构的质心、形心和剪心变化的简化三维模型和真三维模型;并根据材料模态阻尼比、质量矩阵、振型矩阵直接计算阻尼矩阵，通过数值分析对比建筑结构动力特性与时程计算结果，全面了解简化建筑结构模型动力特性与抗震性能的计算效率和结果精度的影响因素。

2 ANSYS单元介绍

2．1 Beam44 单元

Beam44梁单元可用于拉伸、压缩、扭转、弯曲计算，单元有两个节点I和J，每个节点有6个自由度、3个平动自由度和3个转动自由度，两个节点可以是不同的非对称几何截面，并根据中心线扫略成不规则梁单元。……