理解ABAQUS地震时程分析计算结果

2007xauat

（1）关于加速度是加在基底还是加在结构上？
    既然是土木专栏，那么大伙可以参考《结构动力学》，里面已有证明在结构的基底施加加速度等效于在结构上施加反向的加速度。也就是说这两种加速度施加方式应该都是可以的，只是一般的结构软件都习惯于在结构上直接施加，而ABA则在基底施加而已。

    （2）关于是给结构施加u、v、a的哪一种合适呢？
    从理论上这三种应该是等效的，因为他们之间是积分关系，对于一条确定的地震波，三者的关系则是唯一的。但是，在实际的操作中，三者输入结果确有所不同，这个与地震动参数记录有关——比如纪录长度、时段、位置等等，导致积分出来的结果不一定相同。有兴趣的可以试一下随便找一条地震波积分一下，经常得出来基础有较大的水平移动（实际中，一般能够回来的），这个亦与积分时候的常数项有关。而这三种输入主要还是跟各国的设计习惯有关，我国主要是基于加速度的，因此，如果不是搞研究想去挑战权威之类的，在设计中还是建议按照加速度输入。

    （3）关于加速度施加在基础底部还是基础顶部？
    如果要去扣仔细的话，这倒是一个说法，因为我们加速度调整对应参数为——地面加速度峰值。那么，如果是一个高层，结构是有一定埋深的，一般还有地下室，所以你结构的基础底部跟地面是有一定距离的，这时候施加在结构基础底部同时还没有考虑土的作用时，就会使结构的地震作用放大。处理这种说法，就要看自己的简化考虑，比如通过增大基础部分刚度来模拟土作用，同时减小这段结构对上部的加速度放大。

    （4）关于绝对加速度与相对加速度。
    一般来说，结构中主要用到的还是相对加速度——设计使用，地震作用效应来自相对加速度而非绝对加速度。（如果非要绝对加速度，是不是还要把地球的自转等等考虑一下呢？）而一般结构软件都是假定基础没有振动的，也就是说结构界内隐含的潜规则应该就是说——顶点加速度为相对加速度。
    这样来理解简单些，结构在基底施加加速度等效于在结构上施加反向加速度（此时，底部没有加速度），于是按照结构上直接施加加速度得出的顶点加速度（相对加速度）÷在结构上施加的加速度=加速度放大倍数--------等同于（在基底施加加速度得出的顶点绝对加速度-在基础施加的加速度）÷在基础施加的加速度。

    个人理解，可能有误，不妥之处，敬请不吝赐教。

zsq-w

“里面已有证明在结构的基底施加加速度等效于在结构上施加反向的加速度。”如果不考虑应力波的传播的话，那的确是“等效的”。

因为不知道是哪个版本的《结构动力学》，我手头也没有书，不知道这本书的作者有没有考虑应力波的传播。

2007xauat

结构是一种宏观的角度，《结构动力学》版本是不少——不过我见过的都有那个推导，应力波里面我是可以肯定不考虑的了。

zsq-w

结构是一种宏观的角度，《结构动力学》版本是不少——不过我见过的都有那个推导，应力波里面我是可以肯定不考虑的了。
2007xauat 发表于 2010-9-1 13:45

结构是一种宏观的角度，赞同。 不过，应力波是对象也是宏观的结构。


以一些专著：吴斌编著的《结构中的应力波》（新世纪建筑工程系列丛书）
来看，建筑结构考虑应力波是常见的。不过我没有正式做过地震，地震分析是不是考虑应力波，还得请教地震方面的大牛来说明。

muzhoul

20# tonnyw

我说的不等效是指结构响应会不一样，就如同一个力分别作用在结构的底部和顶部，结构内力分布会完全不同一样。


另：这位朋友为什么用英语回答……纯属好奇问一下……

muzhoul

21# 2007xauat

基础底部和基础顶部要看对基础是怎么样简化的了，但前面讨论的不是基础的顶和底，是结构的顶和底……


实际地震或试验中，加速度的采集和处理都不会减掉地面加速度，起码我问的做振动台试验的人是这样说。而且，假设一个刚体随着地面振动，那此刚体的加速度和地面应该是相等的，如果扣除地面加速度的话，那刚体就等于没有加速度了，这样采集的结果对分析或设计有用吗……

tonnyw

On the contrary, I think the internal forces are the same for both cases. I'll show you an example in a couple of days.
25# muzhoul

muzhoul

27# tonnyw

我想阁下还是不清楚我想说的是什么……加相同大小的外荷在结构的不同楼层，结构相应肯定不同，这个简直是理所当然的。

tonnyw

28# muzhoul

Then we are not on the same page. What we are talking about is the following:
We have the input which is acceleration time history. We are talking about how we are going to apply the acceleration to the model. Approach 1, apply the acceleration as body force. Approach 2, apply the acceleration on the ground.

What you are talking about might be something related to codes or regulations.

simwefanhj

11# tonnyw
tonnyw 兄提供的参考文献，我阅读过了，受益匪浅。但论文的主题是“基线校准”问题，并没有论点指出不能施加加速度边界条件。
tonnyw 兄能把17楼截图的论文上传么？或者提供下论文题目，谢谢！从截图看，也没有支持“不能施加加速度边界条件，只能施加位移边界条件”的论据。相对位移和绝对位移的方程式是一样的，只是表达方式的不同，对于求解绝对位移表达式时，除了需要加速度时程记录外还需要位移时程记录和速度时程记录（可积分得到）。但对于有限元求解，输入加速度时程记录或位移记录都应该是可以的，只是存在基线的漂移问题，这时候就要进行基线校准，也就是tonnyw 兄提供的参考文献中的讨论的问题。

ps：题外话：论文中的soil-structure interaction是不是我们通常说的SSI效应，论文中所说的soil-structure interaction似乎应该单纯的理解为“结构的地震反应”。

simwefanhj

26# muzhoul
从宏观讲，如果是刚体的话，结构内部没有相对位移，也就没有产生应变和应力，所以不存在结构的地震反应。

tonnyw

30# simwefanhj

The figure as shown in #17 is not from thesis. I typed it.

You may apply acceleration time history at the base. But I believe the software will do the integration to get the displacement time history and apply it to the base.

When you look at the governing equation of the dynamic problem, you can see you have initial conditions which are initial velocity and initial displacement. Then you have boundary conditions which are in terms of displacement. If you apply the acceleration time history at the base which is considered as boundary condition. It gotta be displacement.

The attached figure is from Adina theory manual. You can see that when you apply the ground acceleration at the base. The software has to do the time integration to calculate the velocity and displacement by assuming initial displacement and velocity are zero. In this case, we are trying to solve the attached equation.

Let us assume that we have a simple acceleration time history such as sin(pi*t). Can we integrate it to get the displacement and velocity and apply the displacement to the base in the hope that we can get the results similar to the case where we treat the acceleration as body force? The answer is no. As you can see in the attached governing equation, there are source terms which needs velocity and displacement and we cannot calculate the load due to this two terms by simply inputting something.

Sorry for the lengthy words and I hope you would get lost.

simwefanhj

32# tonnyw
感谢tonnyw兄一次又一次的详细回复，我再仔细学习学习。
另外ABAQUS可以进行基准校验，通过*baseline实现，其采用的是最小均方速度法（L.M.S.V）。

sunxiaoling

我根据克拉夫的《结构动力学》推导过加速度施加在整个结构上和施加在边界上的响应，其结果是一样的

fuboxiao

18# muzhoul
您好，可否给我发一个地震反应输入地震波输出时程曲线的模型？我的邮箱：cefubx@gmail.com

1157321am

5# tonnyw 直接把加速度加到结构上对于多自由度体系肯定是不对的，理由很简单就是一个结构响应的问题，在结构不同的位置受的同样的地震动时，加速度响应是不同的 这是一个基本的力学概念。另外用Matlab之类的软件对加速度做两次积分，得到你说的displacement加到结构上和直接加加速度的计算结果还是有差别的这个波也没有想清楚，欢迎交流

lysmile743

同意，对于单自由度，加在基础上和结构上的确一样，但是对于多自由度，必然是完全不同的。现在正好在计算一个抗震算例= =等待结果中
36# 1157321am

zguangcen0

没懂楼主的观点

soya

感谢LZ的分享，努力学习ABAQUS 赶快提高，与大家共勉

wenzi999

我正在做一个三维拱坝的地震时程分析，我用了两种方法施加地震波，一种是先把加速度波积分成位移波，作为边界条件施加到基础底部（在定义BC的时候选displacement），第二种直接把加速度波施加到基础底部（在定义BC的时候选Acceleration），最后得到的结果是不一样的。我不知道ABAQUS对于Acceleration这样的边界条件到底是如tonnyw所说先自动积分成displacement再当做位移边界条件来施加，还是直接作为body force来施加的。或者说ABAQUS在哪里可以施加body force呢？我来查一查。