[动力学][Dynamics] 动力时程分析求解的位移和速度结果能否通过相应的加速度结果进行积分得到?(Can the displacement and velocity results obtained by dynamic time history analysis be obtained by integrating the corresponding acceleration results?)

[动力学][Dynamic] 动力时程分析求解的位移和速度结果能否通过相应的加速度结果进行积分得到?(Can the displacement and velocity results obtained by dynamic time history analysis be obtained by integrating the corresponding acceleration results?)

[Dynamics][动力学] 绝对加速度大还是相对加速度大?

坚持实干、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 今天和小伙伴讨论问题。突然说到绝对加速度和相对加速度。小伙伴潜意思认为绝对加速度大于相对加速度。 因为,一致激励地震动力方程分析的时候,有动力方程可知,实际计算获得是结构的相对加速度,结构的绝对加速度等于相对加速度加上地面加速度。这么一听,似乎绝对加速度比相对加速度要大。 是不是这样呢?以下用NSDOF(   [Tool][软件][Dynamics] NSDOF v2020: A Tool for Nonlinear Dynamic Analysis of SDOF System (NSDOF单自由度系统动力非线性分析工具 v2020)  )做几个线性单自由度系统的时程分析案例。 例子1: 例子2: 从上面两个例子看,结构的相对加速度和地面加速度不总是同向的,绝对加速度可以比相对加速度大,也可以比相对加速度小,与结构的刚度、阻尼等参数有关。 其实我们可以这么想:当结构无限刚的时候,结构相对加速度为0,绝度加速度等于地面加速度,当结构无限柔的时候,结构的相对加速度与地面加速度反向,绝对加速度等于0。因此,当结构刚度K介于0~∞之间时,绝对加速度可能大于相对加速度也可能小于相对加速度。如下图所示: 相关博文( Related Posts ) [01] [Structural Dynamics][Mode …

[Dynamics][动力学][抗震] 等效地震力与伪加速度反应谱(Equivalent Static Lateral Seismic Force and Pseudo-Acceleration Spectrum)

坚持实干、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中给出了采用振型分解反应谱法计算地震作用时的地震力计算公式:\({F_{ji}} = {\alpha _j}{\gamma _j}{X_{ji}}{G_i}\),其中\({\gamma _j} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {{X_{ji}}{G_i}} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {X_{ji}^2{G_i}} }}\),\({F_{ji}}\)为j振型i质点的水平地震作用标准值;\({\alpha _j}\)为相应于j振型自振周期的地震影响系数;\({X_{ji}}\)为j振型i质点的水平相对位移;\({\gamma _j}\)为振型的参与系数。以下根据结构动力学的相关理论,给出上述公式的一种推导。 1多自由度体系振型分解法 Mode Superposition Method 对于多质点体系,地震动力方程为: $${\left[ M \right]\left\{ {\ddot u} \right\} …

[Dynamics][动力学][SAP2000] 梁的振动形态及振型质量 (Vibration Modes and Modal Mass of Beams)

坚持实干、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 最近研究舒适度,做些算例测算。对两端铰接、两端固接、一端固接一端铰接、悬臂等截面梁进行振型分析,获得各类梁的前三阶振型,并对振型向量进行最大位移值归一化,并利用归一化后的振型向量求解前3阶振型的振型质量。测试算例梁截面统一为,梁截面为200X200,梁长度为1000mm,沿梁长划分80个单元,振型的质量通过公式  \({M_n} = \int_0^L {m(x)\phi _n^2(x)dx} \) 进行计算。 1 简支梁 1.1 振型形状 一阶振型 二阶振型 三阶振型 1.2 振型质量 振型 节点质量 总质量 振型质量 振型质量/总质量 1 0.0009815 0.314 0.1570 0.500 2 0.0009815 …

[Dynamics][动力学] 振型向量归一是否对计算结果有影响?

坚持实干、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 题目如题,结论肯定是没有影响的,因为振型向量本来就是不定的,振型元素之间只有相对关系,要求解振型向量元素的具体值,必须对振型向量进行标准化。简单说即先假定某个元素的值,然后才能求解出其余元素的值。 最近在研究舒适度,顺便把相关东西整理一下,正好还有小伙伴问,同时正好测试一下在网站上用LATEX写公式,看看是不是会专业点。 基本公式 结构的运动方程: \[[M]\{ \ddot u\} + [C]\{ \dot u\} + [K]\{ u\} = \{ P\}  (公式1) \] 将位移向量\(\{ u\} \) 用振型展开, \[\{ u\} = [\phi ]\{ q\} …

[动力学][Dynamics][SAP2000] SAP2000中振型向量的标准化方法

坚持实干、坚持一线、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 最近研究舒适度,涉及振型向量的标准化,顺便测试一下SAP20000默认的振型向量标准化方法。 大家都知道,振型向量是不定的,振型向量的参数之间只有比值关系。为了求解振型向量的元素绝对值,必须对振型向量进行标准化。 我们接下来测试SAP2000中振型向量的标准化方法,在SAP2000中剪力一根简支梁,如下图: 梁的前三阶Z向振型形状如下: 振型形状是与理论分析结果一样的。 将软件输出的振型变形的平方乘以节点质量,可获得各振型的广义质量,结果均为1。即SAP2000默认输出的振型是满足关于质量矩阵内积为1的条件的。即采用的是关于质量矩阵的正交归一化方法。 相关博文( Related Posts ) [01] [Structural Dynamics][Mode superposition] 振型参与质量系数(Participating Mass Ratio) [02] [动力学][振型分解][Mode Superposition] 振型向量与振型参与系数的乘积公式推导 [03] [结构设计][地震作用][规范] 振型分解反应谱法的一些概念总结 (Basic Concepts of Response Spectra …

[地震][动力学] 对称结构的地震剪力规律

坚持实干、坚持一线、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 来自小伙伴 刘骥 的分享。这个是继《 [抗震][动力学] 对于整体结构,X向地震作用下有Y向剪力吗?有!! 》后对对称结构进行的简单测试。直接看测试结果吧。 算例1: 算例2: 可见,剪力作为矢量,是满足平行四边形法则的。同时,对于对称结构,往哪个方向输入地震加速度,总剪力均一致。 相关博文 ( Related Topics) [01] [地震][动力学] 对称结构的地震剪力规律 [02] [地震][结构] 双向地震作用效应,【先振型组合,再方向组合】及【先方向组合再方向组合】的差异?(实际案例测算) [03] [地震计算][反应谱][动力学][CQC] 振型叠加法随着组合振型数量的增加各种响应量是怎么变化的? [04] [抗震][动力学] 对于整体结构,X向地震作用下有Y向剪力吗?有!! 微信公众号 ( Wechat Subscription) 欢迎关注 “结构之旅” 微信公众号

[反应谱][动力学][抗震] 不同阻尼比反应谱曲线的相交现象 (The Curve Intersection Phenomenon of Response Spectra with Different Damping Ratios)

坚持实干、坚持一线、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 采用 SPECTR反应谱分析软件 (下载链接: http://www.jdcui.com/?p=1875 ) 对几个地震波进行位移谱的求解,结果如图1~图5所示,可以发现,随着阻尼比的增大,大部分地震波在各周期范围内反应谱值减小。但是部分地震波在某些周期范围内,阻尼比增大,但是位移谱值不一定减小。 在图形上表现为不同阻尼比的反应谱曲线在某些周期范围内出现相交的现象(见图1及图3)。同样,拟加速度反应谱也存在这个现象,因为拟加速度反应谱是由位移谱转换过来的。 初看这个现象感觉很奇怪,其实仔细想也十分正常。 以图1的反应谱为例,在周期2.5s左右出现明显的相交现象。把2.5s周期各阻尼比单自由度结构的位移时程绘制出来,见图6. 由图6可见,各阻尼比下,位移时程曲线的整体趋势是比较一致的,该凸的地方大家一起凸起来,该凹的地方一起凹下去,但是随着阻尼比的增大,出现绝对值最大值的时间不同了,虽然趋势一致。 如图,阻尼比为20%的位移最大值出现在30s左右,其他阻尼比下位移绝对值最大值出现在40s左右。且阻尼比增大到20%后绝对值比其他阻尼比在40s左右出现的绝对值大。因此不同阻尼比的反应谱曲线就出现了交点。 因此,不同阻尼比的反应谱曲线是可能出现交点的。因为,反应谱是纵坐标是绝对值。阻尼比发生改变,可能整个响应时程的整体趋势没改变,但是最大值出现的位置会不同,大小的增大或减小规律也不同,而反应谱记录的是绝对值。 所以,千万别闭着眼睛说,阻尼比越大,位移越小。瞎说!!! 😎 😀  图 1 图 2 图3 图 4 图 5 图 6 微信公众号 ( Wechat Subscription) 欢迎关注 “结构之旅” 微信公众号

[Tool][软件][Dynamics] NSDOF v2020: A Tool for Nonlinear Dynamic Analysis of SDOF System (NSDOF单自由度系统动力非线性分析工具 v2020)

坚持实干、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 程序图标 ( Program Icon ) 程序介绍 ( Program Introduction) NSDOF 是一个基于微软的windows窗口程序,用于单自由度结构的动力非线性分析。结构可是弹性也可以是弹塑性。动力荷载可以是施加在结构基座的地震加速度,也可以是施加在结构顶部的动力荷载。程序使用逐步积分法求解增量非线性运动方程。可以输出结构的各种响应结果,包括抗力,阻尼力,参考惯性力,位移,速度,加速度,耗能,滞回曲线等。 NSDOF is a Microsoft Windows based application for the dynamic analysis of single degree of freedom structural systems. The structure …

[地震工程][动力学] 不同方法计算多自由度体系(MDOF)地震作用的对比分析(算例检验基本概念)

实干、实践、积累、思考、创新 检验基本理论及基本概念,多自由度地震作用计算的算例对比。 感谢 师弟 符东龙 帮忙整理资料。 算例信息(Model Information) 设计一个多自由度模型,用梁、柱搭一个多层的框架结构即可,结构的第一周期控制在3~4s左右,选取一组地震波(可以用前面的chichi波),阻尼比考虑5%和30%。用ETABS做以下分析。 (1)Mode1:直接输入地震波进行直接积分时程分析 (2)Mode2:直接输入地震波进行模态时程分析,注意(模态数量取满,所以前面设计模型自由度不要设计太多)。 (3)Mode3:直接输入地震波进行模态时程分析,注意(模态数量取1)。 (4)Mode4:直接输入地震波的反应谱(地震波的反应谱可以用SPECTR计算,计算时候周期间隔可以取密一点,比如0.01s),进行振型分解反应谱法分析。如以下是采用本网站的 SPECTR 反应谱分析软件计算的ChiChi.dat的地震波的反应谱,后续也可以用ChiChi.dat这条地震波来计算。 采用的地震波:   任务(Task) (1)阻尼比考虑5%和30%两种进行计算。提取模型1、模型2、模型3的剪力时程、模型4的剪力,并三者对比。 (2)阻尼比考虑5%和30%两种进行计算。提取模型1、模型2、模型3的的位移时程、模型4的位移,并三者对比。 模型(Model) 结果(Results) (1) 剪力对比  Base Force 模型4的反应谱分析结果与模型1和2的有差别。概念自己体会。 (2) 顶点位移 disp …

[动力学][振型分解][Mode Superposition] 振型向量与振型参与系数的乘积公式推导

坚持实干、坚持实践、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 复习基本知识,整理资料。振型分解法。 (1)振型向量是有量纲的。量纲为长度的倒数。 (2)振型向量关于质量矩阵正交。 (3)振型向量与振型参与系数的乘积为荷载指向向量。推到过程中利用到分块矩阵的一些计算。 相关博文(Related Topics) [01] [Structural Dynamics][Mode superposition] 振型参与质量系数(Participating Mass Ratio) [02] [动力学][振型分解][Mode Superposition] 振型向量与振型参与系数的乘积公式推导 [03] [结构设计][地震作用][规范] 振型分解反应谱法的一些概念总结 (Basic Concepts of Response Spectra Method) [04] [动力学][SAP2000] SAP2000中振型向量的标准化方法 …

[结构设计][地震作用][规范]振型分解反应谱法的一些概念总结 (Basic Concepts of Response Spectra Method)

坚持实干、坚持实践、坚持积累、坚持思考,坚持创新。 温故而知新,理论指导实践,实践检验理论。 (1)振型型分解法,首先是进行模态分析,有多少个动力自由度,理论上就有多少个模态,相应的有多少个周期(频率),及振型。 (2)振型向量关于质量矩阵及刚度矩阵正交。因此,无阻尼运动方程可以实现解耦,将耦合的运动方程,解耦为多个广义单自由度运动方程。 (3)如果阻尼矩阵也满足于振型的正交性条件(如,瑞丽阻尼),则有阻尼结构的运动方程也可以解耦,解耦为多个有阻尼的广义单自由度运动方程。 (4)解耦后的单自由度方程的频率就是振型的频率。即,看是错综复杂的多自由度的震动过程其实是多个规则的不同频率的三角函数组成的。(PS. 自然界就是这么神奇,就像傅里叶变换一样,看是动态的,实则背后是静态的,是死的,太可怕了,无规律的东西,从频率来看,背后却是规律的… 这里不扯这个。 (5)振型无绝对大小,只是表示结构按某个具体频率振动时,各个动力自由度的振幅的相对大小。 (6)利用振型将多自由度方程解耦后分,若对解耦的单自由度方程进行时程分析,该方法常称为模态时成分析方法。若对解耦的单自由度方程进行反应谱分析,则称为振型分解反应谱法,这是目前结构设计规范的主流设计方法。 (7)振型分解法依靠振型对运动方程进行解耦,而振型是与弹性刚度及质量相关的,因此,机遇固定的振型对运动方程解耦,也意味着结构必须是弹性,该方法仅适用于弹性分析。 (8)振型分解反应谱法,由于引入了反应谱,使得结构工程师主要关注最大值,查看结果简便了,但是简便也带来了问题,因为反应谱丢掉了时程结果的许多信息。 (9)由于反应谱法只能获得最大值,因此振型分解反应谱涉及多个层次的组合问题。首先,各振型的极大值怎么叠加组合为最后的响应,该部分组合是所谓的“振型组合”,如常见的ABS组合方式,SRSS组合方式,及CQC组合方式等。另外,还有一个组合问题是多个方向的地震响应的组合问题,由于不同方向的地震动严格来说是不同的,所谓的不同,是说具体的时程肯定是不同的,响应的反应谱也是不同的,不同就会导致不同步,不同步那不同方向的结果也需要组合。直接时程分析法考虑多个方向的地震同时作用,直接就把多个方向的地震波加上同时进行分析即可,无非是动力方程的右边项将不同方向的地震波叠加即可,而振型分解反应谱法不行,不同方向的地震响应结果,也需要组合,先进行单个方向的效应分析,然后再把这些单个方向的极大值效应进行组合,该组合即所谓的“方向组合”。 (10)由于振型分解反应谱法的概念是,先计算单个振型的某个效应(如剪力,弯矩等)的最大值(正值),然后将单个振型的结果按一定的方法叠加起来,因此,振型分解再用反应谱分析再叠加的过程,丢掉了方向性。或者说,这些响应量,如剪力,只有一个统一的方向。结果都只有一个方向,那使用起来不方便,不直观,因此,在应用的时候,为了给出方向,又有研究者给出一些建议方法,判定响应方向,比如按主振型的方向,来确定响应的方向。但该方法也仅是对于一些简单结构,给出一个响应的参考方向,对于复杂结构,依然存在问题一些问题。比如,多塔连体结构,由于振型分解反应谱法,给出的不同塔楼的力都是同一个方向的,那振型分解反应谱可能就丢失了塔楼的反向运动,有可能存在隐患。因此,振型分解反应谱法虽然简便好用,但是也有不足,这个时候就需要补充弹性时程分析。这就是为何规范要求对复杂结构进行补充的弹性时程分析的一个重要原因。这个振型分解反应谱法的方向问题,还会引起其他相关的问题,具体工程的时候具体思考和分析。 (11)振型分解反应谱法的振型组合是非线性的,因此会出现诸如振型分解反应谱法的楼层剪力与楼层地震力(外力)不平衡的问题。因为,楼层剪力是多个振型的楼层剪力组合而得到的,单个振型下的楼层剪力是由于楼层地震力根据平衡求解的,满足平衡关系,但是经过振型组合后(如,SRSS,CQC),又不不平衡关系了,因为这些振型组合的方法都不是线性的。因为不能是线性的,为何?简单说,以为各个振型的极大值不是同时出现的。 (12)振型分解反应谱法,实际上是一个等效静力分析,为何这么说,因为运动方程经过解耦,再套上反应谱法,对于每一个振型,相当于在各个动力自由度上加上了一个等效惯性力,然后用这个惯性力进行静力分析,得到该振型下相关的响应量,如构件剪力,弯矩,轴力等,然后再进行振型组合。因此,在有限元求解上,其实是一个静力的求解分析过程。 (13)说到振型分解反应谱法,《高规》及《抗规》,又要扯到“扭转耦联”这个四个字,规范也给出了,两个方法,其中第一个是 a.不考虑扭转耦联的振型分解反应谱法,及b.考虑扭转耦联的振型分解反应谱法。其中,不考虑扭转耦联的振型分解反应谱法采用的是 SRSS组合,仅考虑一个水平方向的振型,即仅进行一个方向的振型分析,不考虑另一个方向质量或扭转惯量的耦合作用。考虑扭转耦联的振型分解反应谱法采用的是 CQC组合(CQC,组合过程中各个振型也是耦联的,需要通过两两振型的周期比及阻尼比参数来计算),分析过程中每一个楼层考虑水平方向及扭转方向3个自由度,振型也包含三个方向的分量。 (14)关于“扭转耦联”,必须说的是,由于一般结果,质量中心及刚度中心很难完全重合,因此,结构的扭转振动总是存在的,因此,进行“考虑扭转耦联的振型分解反应谱法”是相对更精确的。 (15)另外,进行“考虑扭转耦联的振型分解反应谱法”分析与是否考虑多向地震作用或者考虑哪个方向地震作用无关。不要将扭转耦联等同于双向或者三向,不考虑耦联则等同于单向地震。考虑扭转耦联,本质上说的是模态分析的时候,需要考虑平动与扭转自由度的耦联,模态需要能反应扭转的成分。是否考虑多向地震作用,只是振型分解后,方向组合的问题。是否考虑不同角度的地震只是涉及到振型参与系数的计算方法。振型分析,是否考虑扭转耦联或者不考虑扭转耦联,仅仅是结构固有特性的反映。 PS. 最后几点对SRSS和CQC及“扭转耦联”的表述还不是太清楚,借筑信达 李楚舒李总 的话补充一下:完全对称(没有扭转)的SRSS和CQC的结果也有较大区别,SRSS会在地震方向低估作用,而在另一个方向高估(见Wilson一书)。所以用CQC与结构是否扭转没关系,而是振型间存在耦合这一客观存在,所以必须用CQC。所以抗规的“扭转耦联”不对,应该是“振型耦联”——这误导了很多工程师. 相关博文( Related Posts ) [01] …

[科研][工具][Research] 反应谱拟合及反应谱特征参数提取工具 [A tool for fitting response spectrum and extracting response spectrum parameters]

网友建议我做的一个小软件,帮助学生科研。 程序图标 ( Program Icon ) 程序介绍 ( Program Introduction) 【科研小工具】:反应谱拟合,反应谱特征参数提取。  参考论文:王国新, 陶夏新, 姜海燕. 反应谱特征参数的提取及其变化规律研究[J]. 世界地震工程, 2001, 17(2):73-78. 程序界面 ( Program Interface ) 动图演示 ( Dynamic Graph demonstration ) 下载 ( Download) (  如果您需要这个软件,请通过邮箱联系我,然后这给网站捐助:http://www.jdcui.com/?page_id=4813,捐助150RMB,捐助后在评论区留下您的评论,软件将通过邮件给您发送,敬请尊重劳动成果 !!!。) 微信公众号 ( Wechat Subscription) 欢迎关注 “结构之旅” 微信公众号

Tripartite Plot of Response Spectra [三联反应谱]

地震反应谱是结构抗震分析与设计中的重要工具。结构抗震设计中常用的反应谱主要包括位移谱Sd(Displacement Reponse Spectra)、伪加速度谱Spa(Pseudo-Acceleration Response Spectra)及伪速度谱Spv(Pseudo-Velocity Response Spectra)。当谱加速度为常数时,谱速度和周期之间呈线性关系,为沿45°斜直线方向;当谱位移为常数时,谱速度和周期之间呈线性关系,为沿-45°斜直线方向;利用上述关系,可以将位移谱Sd(Displacement Reponse Spectra)、伪加速度谱Spa(Pseudo-Acceleration Response Spectra)及伪速度谱Spv(Pseudo-Velocity Response Spectra)统一表述到4对数坐标系(Four-Way Logarithmic Graphs)中,相应的反应谱称为三联反应谱(Response Spectra Tripartite Plot)。

MDOF Modal Analysis [多自由度结构模态分析]

分享一个小程序,该程序是之前我在上结构动力学课的时候编制的。程序主要用于进行剪切形框架结构(即,糖葫芦串模型)的模态分析。可以使用该程序求解动力学课本后面的习题。阵型求解使用雅克比迭代法。This program is developed by me in the Structure Dynamics class. It is for modal analysis of shear building (i.e. , flexurally rigid floor beams and slabs ) with lumped mass at each floor.You can use the program to explore eigenvalue problems on you textbook and improve your understanding on free vibration. The program use Jcaobi method for the solution of eigenvalues.

[Tool][动力学]RDCC: Rayleigh Damping Coefficients Calculator [瑞利阻尼系数计算器]

分享一个小程序,该程序用于计算瑞利阻尼系数。软件是免费的。如果你发现软件有bug或者软件使用有问题,请联系我!邮箱:jidong_cui@163.com. A small program to share with you. The program is for Rayleigh Damping Coefficients Calculation.This app is free . If you have found any bug in the program or have any problem when using the program, please don’t hesitate to contact me directly. Email : jidong_cui@163.com