Использование нелинейностей в анализе спектра реакций в RFEM 6

Прежде всего, следует рассмотреть, нужно ли учитывать нелинейности или достаточно линеаризации. Метод спектра реакции - это метод, который сводит воздействие землетрясения к минимуму для того, чтобы выполнить проверку с небольшими усилиями. Линеаризация и, следовательно, упрощение конструкции всегда должны быть первым выбором для такого расчета.

Рассмотренный пример представляет собой рамную конструкцию с растянутыми стержнями. Если они доступны в системе, они линеаризуются в модальном анализе динамических надстроек и анализе спектра реакций и интерпретируются как стержни фермы, которые могут поглощать как сжимающие, так и растягивающие силы. Цель этой конструкции - изучить различия в результатах при линеаризации или учете растянутых стержней. Это также объясняет, как можно приблизительно рассматривать растянутые стержни.

Приближенный учет растянутых стержней при определении собственных колебаний и в методе спектра реакций

Одна из возможностей - определить собственные колебания в системе, в которой некоторые растянутые стержни уже вышли из строя (то есть в определенном начальном состоянии). Для этого необходимо выбрать предварительную деформацию в одном направлении. Есть два способа создать это предопределенное начальное состояние. С одной стороны, соответствующие растянутые стержни можно деактивировать вручную, чтобы смоделировать выход из строя. С другой стороны, в случае нагружения может быть определена очень небольшая горизонтальная сила, которая приводит к выходу из строя требуемых растянутых стержней.

В нашем примере двумерной рамы предусмотрена предварительная деформация в положительном направлении X. Стержни 5, 8 и 11 деактивированы. Затем эта модификация конструкции активируется в загружении «Модальный расчет». В направлении X рассчитываются 3 формы колебаний. Из результатов, которые более подробно описаны в последнем разделе нашей статьи, видно, что деактивированные стержни больше не деформируются.

Заданный случай модального анализа теперь назначен методу спектра реакций. Для этого создается новое загружение, в котором сохраняются настройки по умолчанию. Спектр реакций в соответствии с нормативом присваивается в направлении X. Никаких дополнительных настроек не требуется. Чтобы иметь возможность сравнить результаты, модальный анализ и метод спектра реакций выполняются снова без деактивации растянутых стержней.

Оценка и сравнение результатов

Собственные колебания конструкции ' различаются величиной собственной частоты, но при этом близки по направлению и форме. При деактивировании растягивающих стержней конструкция становится значительно менее жесткой, а частоты уменьшаются благодаря меньшей жесткости. В обоих случаях преобладает первая собственная форма (коэффициент эффективной эквивалентной массы составляет около 80%).

Результаты анализа спектра реакций заметно различаются. Если сравнить нормальные силы в растянутых стержнях, то становится ясно, что они сильно возрастут при учете растянутых стержней. Это происходит из-за выхода из работы стержней, нагруженных сжатием, которые могли быть задействованы в первом анализируемом случае и способствовали стабилизации. Здесь также становится очевидной проблема линеаризации: Даже в случае деактивированных растянутых стержней нормальные силы развиваются одинаково в положительном и отрицательном направлениях, поэтому также возникают сжимающие силы. Это можно объяснить квадратичной суперпозицией.

При этом общая сейсмическая сила будет выше, если пренебречь нелинейностями и, таким образом, создает определенный запас. Для оценки можно использовать либо результирующий стержень, либо дополнительную «модель здания».

Таким образом, если необходимо провести исследование общей силы землетрясения (например, для сравнения с другими горизонтальными воздействиями), пренебрежение растянутыми стержнями будет в безопасности. Однако их затем следует учесть при расчете растянутых стержней на случай землетрясения. При расчете асимметричной конструкции нужно проанализировать предварительную деформацию в положительном и отрицательном направлении.