問題描述:
對減隔震結構進行基于振型疊加的FNA法分析,模態(tài)分析分別采用特征向量法和Ritz向量法,對比二者得到的時程工況結果差異很大。請問,應選擇哪種模態(tài)分析方法?
解答:
程序(SAP2000、ETABS)中提供兩種模態(tài)分析方法:特征向量法和Ritz向量法。
特征向量法用于求解結構在無阻尼自由振動狀態(tài)下的模態(tài)和頻率,自振模態(tài)的結果對于理解結構本身的動力特性是非常有幫助的。Ritz向量法用于求解由特定荷載激勵的模態(tài),這種方法可有效避免計算不參與動態(tài)響應的、對結果精度沒有貢獻的振型?;诔跏己奢d向量的Ritz向量模態(tài),不像自由振動模態(tài)那樣表達結構的固有特性。但在考慮相同計算振型數(shù)目的前提下,使用Ritz向量法能夠獲取更高的結構質量參與系數(shù)。在基于模態(tài)疊加法的反應譜和時程分析中,Ritz向量法是CSI推薦的模態(tài)分析方法。
對于減隔震結構,通常采用FNA法進行時程分析,該方法基于模態(tài)分析結果。為保證FNA法結果計算的高效和準確性,強烈建議模態(tài)分析采用Ritz向量法。
圖1 Ritz向量法模態(tài)工況
如圖1所示,在定義Ritz向量法模態(tài)工況時,用戶需要輸入【振型數(shù)目】和【施加的荷載】。
對于模態(tài)數(shù)的取值,需保證足夠的模態(tài)數(shù)量,這要通過多次試算的過程來確定。一般初次輸入估算的模態(tài)數(shù)量,應大于連接單元非線性自由度數(shù)與結構自身自由度數(shù)及考慮的荷載數(shù)之和。模態(tài)數(shù)量需滿足荷載參與系數(shù)達到一定要求(其中,靜力荷載質量參與系數(shù)必須達到100%,動力荷載參與系數(shù)盡量高),而非僅僅考察質量參與系數(shù)結果。更多內容,推薦閱讀《如何判斷Ritz模態(tài)數(shù)量是否足夠?》。
另外,用戶需保證模態(tài)工況中包絡所有的激勵荷載自由度。在定義【施加的荷載】時可選擇三種荷載類型:加速度荷載、荷載模式、內置的非線性變形荷載。
對于常規(guī)結構,一般考慮X、Y方向的加速度(Accel)作為施加的荷載,此時,可基于模態(tài)分析的結果進行水平方向上的地震作用求解。若要考慮豎向地震作用,則需要同時施加Z方向的加速度。
對于隔震結構或消能減震結構,由于模型中存在使用連接單元模擬的隔震器或者消能減震器,在進行模態(tài)分析時(如圖1),需要在施加的荷載中考慮連接單元的非線性變形荷載(Link)和地震時程工況的初始條件恒、活荷載(Load Pattern)。