“糖葫芦串”模型在ANSYS中的实现方法

 "糖葫芦串"模型也称之为层间剪切模型，可能对不少的朋友来讲并不陌生，他是建筑结构抗震计算最重要的理论基础，简化示意图如下：

        对于一般的多高层房屋来讲，我们在采用多自由度模型计算时，一般每层楼面及屋面可作为一个质点，而楼面与楼面(或屋面)之间墙、柱的质量则分别向上、向下集结到楼面及屋面质点处，很多时候楼面假定面内刚性，这就形成了层间剪切模型，也即经常所说的“糖葫芦串”模型。

       那么我们如何采用ANSYS来模拟“糖葫芦串”模型呢？

       这里我们要用到两个单元，一个是连接质量点之间的单元，这里可以用梁单元，也可以用弹簧单元，水哥个人喜欢用弹簧单元combin14；第二个单元便是质量单元mass21。

      在具体建模过程中，需要注意三个方面：

      一、分析类型为平面2D,因此质量单元关键项应设置为不考虑转动惯量的2D质量。

      二、弹簧单元个人建议使用combin14,单元关键项应设置为单方向。

      三、由于仅仅考虑单方向，因此节点另一个方向的自由度需要约束。

     下面以书中例题为例，简要演示具体过程。例题来源于《建筑结构抗震设计》（第二版）李国强 李杰 苏小卒编著，中国建筑工业出版社 。

     题目如下： 

ANSYS命令流如下：

finish

/clear

/prep7

m1=2$m2=1.5$m3=1

k1=1.8e3$k2=1.2e3$k3=0.6e3

r,1,m1$r,2,m2$r,3,m3

r,4,k1$r,5,k2$r,6,k3

!====================

et,1,combin14,,1

et,2,mass21,,,4

!=================

n,1,0$n,2,0,5000

n,3,0,9000$n,4,0,13000

!===============

type,1

real,4

e,1,2

real,5

e,2,3

real,6

e,3,4

!==============

type,2

real,1

e,2

real,2

e,3

real,3

e,4

!=============

/solu

d,1,all

d,all,uy

antype,2

modopt,lanb,3

mxpand,3,,,yes

solve

/post1

set,list

采用上述命令流求得的结构固有频率为：

因而结构圆频率为：

w1=2*3.14*2.3112=14.143

w2=2*3.14*31.0319

w3=2*3.14*7.3370=46.0764

结构理论求解如下：

ANSYS结构振型如下（未归一化）

对比两者可知，采用文中所述方法可以很好的在ANSYS中实现“糖葫芦串”模型。

            祝好

            ANSYS结构院

            2017.12.22