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Engineer's Studio(R) Ver.1.07
3维平板动力非线性分析

价格●基本价格:JPY346,500/全功能套装 : JPY1,575,000/
全功能套装(不含前川模型) :
JPY892,500 发布●2011年11月
动力非线性分析

Design Festival 2011-3Days
2011年11月15日(周二):VRcon.forum8.jp
16日(周三)・17日(周四):品川FRONT大厦

Day3
「运用Engineer's Studio(R)的简易刚架桥Level 2地震动分析的介绍」 CPD认定
朝日工程 株式会社 常务取缔役 中井 良彰 氏
2011年11月17日(周三)11:15~12:00 会议室A

「Engneer's Studio(R)、UC-win/FRAME(3D)的最新功能和应用事例介绍」 CPD认定
2011年11月17日(周三)15:00~15:30 会议室A


 前言
Engineer's Studio(R)Ver 1.07主要修订项目有下列5点。

・M-φ单元、M-θ特性的自动计算与校核
・残留位移校核功能
・固有值分析时的刚性减低
・列车荷载「EA荷载」的牵引分布荷载的输入
・钢缆单元

 M-φ单元、M-θ特性的自动计算与校核
 对道路桥等地上结构物进行Level2地震动的抗震设计时,频繁使用M-φ单元和M-θ模型进行动力分析。此次版本追加了这些校核的功能。根据道路桥示方书V 抗震设计编(以后、称道示V),自动算出M-φ特性与M-θ特性,对这些特性分别进行容许曲率和容许旋转角的校核。

 图1为结果画面。结果画面对容许值计算响应値的比率,显示安全率一览。安全率超过1.0作为NG,以红字显示。由于对所有的校核项目显示出比率,就能够一目了然地把握设计上有没有余地。软件还备有按比率数值的大小进行结果排列的功能。

 还备有一部分的部材和弹簧单元作为小组登录后,对每个小组分别显示计算结果的功能。

■图1 弹簧单元(M-θ)的校核结果一览

 残留位移校核功能
 能严密进行根据道示V的「6.4.6 钢筋混凝土桥墩的校核」的残留位移的校核。制作桥梁全体系摸型进行分析时,桥墩天端节点的最大响应位移(在全体系的绝对位移)中包含,以基础的旋转产生的水平位移和基础本身的水平位移。此次版本除去这些位移算出桥墩躯体的位移量。在图2具体显示自动计算的δpr。

 さらに、在动力分析对每个步骤分别逐次计算δpr,算出最大值。曲线桥和谢桥等受到两轴的弯矩时,由于对最大响应位移的方向另行计算屈服位移等处理,不产生最大位移与屈服位移的方向不一致等问题。

 本司产品UC-win/FRAME(3D)的残留位移校核功能还有,上述的含有在基础产生的位移,受到两轴弯矩情况下的计算结果会产生不整合等课题。本产品对此进行大幅度改善。

■图2 残留位移的校核式

δpr = δt +h1・θt -δb -h・θb
δpr :桥墩躯体的变形量
δt :桥墩天端的水平位移
δb :基础底面的水平位移(※在文献1上称为桥墩基部的位移)
θt :桥墩天端的旋转角
θb :基础底面的旋转角
h :从基础底面到上部结构惯性力作用位置的高度
h1 :从桥墩天端到上部结构惯性力作用位置的高度
 固有值分析时的刚性减低
 进行固有值分析时能够考虑部材和弹簧单元的刚性减低。在道路桥的针对Level2地震动的抗震设计上,使用部材的屈服刚性计算固有周期。利用此功能,就能够自动计算M-φ单元和使用弹簧单元的M-θ模型的屈服刚性进行固有值分析。

 列车荷载「EA荷载」的牵引分布荷载的输入
 本产品具有进行影响线分析的功能。在连行荷载的计算中,移动复数的集中荷载计算断面力成为最大或最小的位置和结果。此次,除了集中荷载之外还能考虑到分布荷载。由此能考虑在「铁路结构物等设计标准・同解说 混凝土结构物平成16年4月」当中的列车荷载「EA荷载」的牵引分布荷载。图3为概念图。图中的A部(黄色)为牵引分布荷载。B部为一体移动的复数的轴荷载。
■图3  考虑到集中荷载与分布荷载的连行荷载

 钢缆单元
 钢缆单元是只对拉伸力产生抵抗,对压缩和弯矩不抵抗的结构单元。摇把钢缆的两端拿上去向往下形成凸型的曲线形状。这曲线称为下垂曲线或catenary曲线。

本产品的钢缆单元是把catenary曲线作为公式化的单元。作为材料参数输入,断面积A,杨氏模量E,沿钢缆轴线的每单位长度的质量m。为了制定钢缆的形状备有4种输入方法。分别有,给予水平张力的方法,输入自然长度的方法,对自然长度输入最大下垂长度的方法,输入在水平方向任意位置的下垂长度的方法,用户选择其中一个方法进行建模。
 例如,以E= 2.0E+05(N/mm2)、A=0.125(m2)、m=1000(kg/m)、水平张力H=490.3(kN)作为条件,对以往的梁单元(微小位移与大位移)和新的钢缆单元上进行比较。荷载条件按图4。梁单元的抗弯刚性变小,为提高计算精度,单元分成10块。钢缆单元分为2块。

 以微小位移理论进行梁单元的分析后,得到像图5的不自然的位移结果。以大位移理论进行分析后才能取得像图6的接近钢缆的特性。可在负载点形成梁单元特有的位移图。但使用钢缆单元,部材只要分为2块已经能得到高精度的结果,就能显示钢缆单元特有的保持catenary曲线的位移(图7)。

 在动力分析时,为了提高钢缆的质量分布和阻尼的精度、需要适当地分割钢缆单元。

■图4 在钢缆中央部施加往上45度方向
的集中荷载
■图5 「10个梁单元+微小位移」的位移图
■图6 「10个梁单元+大位移」的位移图 ■图7 「2个钢缆单元+大位移」的位移图
(Up&Coming '11 晩秋发行出版)
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