隔震支座的ANSYS有限元模型

      在ANSYS中，没有现成的隔震支座单元。然而隔震支座的力学模型可以简化为由水平两方向的非线性弹簧、粘滞阻尼器以及竖向的线性弹簧所组成，并且ANSYS提供了一系列的弹簧阻尼等连接单元。这样，我们可以用若干单元相组合的方式来实现隔震支座的模拟。

      竖向刚度的模拟采用combin14单元。在两个水平方向采用combin40单元，该单元可以引入双线性的强化模型、粘滞阻尼的影响。
http://www.qdfriends.com/uploadpic/isolator/FEMisltr.jpg

      隔震垫水平方向基本参数主要有：Ku（屈服前刚度）、Kd（屈服后刚度）、Qd（屈服力）、阻尼比。 而combin40单元的实常数主要有：K1，K2，C，FSLIDE，GAP。由combin40力学原理图，可以得到这些实常数的选取方法：K2=Kd，K1=Ku-Kd，FSLIDE=Qd，GAP=0，C为阻尼系数。
      这样，一个隔震支座由三个单元所组成，combin40（X方向）、combin40（Y方向）、combin14（Z方向），三单元不相交的各自节点约束所有自由度，交点处节点约束转动自由度（基底隔震垫），若设为层间隔震垫（如照片中的一层顶隔震），则耦合combin14两端的转动自由度（其中一端的节点与下部结构共享）。

      
      用全球通大厦的数值模型加上隔震支座进行试算。由时程对比图可以看出，隔震后（褐色）的顶层加速度时程比未隔震（浅蓝色）时不仅振动频率降了下来，振幅也小了很多，起到了隔震减振的效果。

      隔震支座由不同单元相组合而成，建模时也会有很大的困难。因此，专门编写了生成隔震支座命令流及快捷按钮，在设定好单元及实常数之后，点击按钮，就可以弹出选择节点拾取框，选中欲布置隔震支座的节点后，程序自动在每节点周围生成相应的节点及单元，并施加相应的约束，大大减轻了隔震设计试算中，需频繁改动隔震支座参数与放置所带来的建模负担。

实体单元做的组合橡胶支座
fini
/CLE
/TITLE,bearing   
  
/prep7
  
!定义单元类型
!钢板
ET,1,solid45
!橡胶
ET,2,hyper158
  
!钢板弹模
mp,ex,1,2.1e5
mp,nuxy,1,0.3  
  
!橡胶弹模  
mp,ex,2,4.4
mp,nuxy,2,0.499  
keyopt,2,5,,
keyopt,2,7,,
keyopt,2,8,1
  
!2参数超单元
TB,mooney,2,,,0,1
TBTEMP,25
tbdata,1,0.7
tbdata,2,0.035
  
!底板
k,1,-1500,-1500,0
k,2,1500,-1500,0
k,3,1500,1500,0
k,4,-1500,1500,0
  
L,1,2
L,2,3
L,3,4
L,4,1
  
LFILLT,1,2,500
LFILLT,2,3,500
LFILLT,3,4,500
LFILLT,4,1,500
  
AL,ALL,
VEXT,ALL,,,0,0,120
  
VSEL,none
  
!盆
WPOFFS,,,120
CYL4,0,0,770,,,,63
  
CYL4,0,0,570,,670,,129+63
  
VOVLAP,all   
  
local,11,0,-940,-940,0,
local,12,0,940,-940,0,
local,13,0,940,940,0,
local,14,0,-940,940,0,
  
!盆中橡胶
CSYS,0
WPCSYS,,0
WPOFFS,,,183
CYL4,0,0,570,,,,84
  
!中间钢板
WPOFF,,,84
CYL4,0,0,570,,,,75
  
!盆上盖板
VSEL,none
  
WPOFFS,,,-20
CYL4,0,0,875,,925,,95+68
  
WPOFFS,,,95
CYL4,0,0,925,,,,68
  
VOVLAP,all
  
!橡胶挡条
WPOFFS,,,-95
CYL4,0,0,825,,875,,50
  
VGLUE,ALL
  
!小橡胶支座  
CSYS,11
WPCSYS,,11
  
WPOFFS,,,120
CYL4,0,0,375,,,,70   
WPOFFS,,,70  
CYL4,0,0,325,,,,150   
WPOFFS,,,150
CYL4,0,0,375,,,,70   
  
CSYS,12
WPCSYS,,12
  
WPOFFS,,,120
CYL4,0,0,375,,,,70   
WPOFFS,,,70  
CYL4,0,0,325,,,,150   
WPOFFS,,,150
CYL4,0,0,375,,,,70   
  
CSYS,13
WPCSYS,,13
  
WPOFFS,,,120
CYL4,0,0,375,,,,70   
WPOFFS,,,70  
CYL4,0,0,325,,,,150   
WPOFFS,,,150
CYL4,0,0,375,,,,70   
  
CSYS,14
WPCSYS,,14
  
WPOFFS,,,120
CYL4,0,0,375,,,,70   
WPOFFS,,,70  
CYL4,0,0,325,,,,150   
WPOFFS,,,150
CYL4,0,0,375,,,,70   
  
CSYS,0
WPCSYS,,0
  
!顶板
allsel,all
VSEL,,LOC,Z,0,120
VGEN,2,ALL,,,,,410,
  
allsel,all
fini