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進(jìn)行FNA分析時，選擇何種模態(tài)分析方法？
創(chuàng)建者：曾亞，編輯者：曾亞，最近更新：2018/03/26 13:58:39
問題描述：
對減隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)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，對比兩種方法得到的時程工況結(jié)果差異很大。請問，應(yīng)選擇哪種模態(tài)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(jié)構(gòu)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(jié)果對于理解結(jié)構(gòu)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(jì)算不參與動態(tài)響應(yīng)的、對結(jié)果精度沒有貢獻(xiàn)的振型。基于初始荷載向量的Ritz向量模態(tài)，不像自由振動模態(tài)那樣表達(dá)結(jié)構(gòu)的固有特性。但在考慮相同計(jì)算振型數(shù)目的前提下，使用Ritz向量法能夠獲取更高的結(jié)構(gòu)質(zhì)量參與系數(shù)。在基于模態(tài)疊加法的反應(yīng)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(jié)構(gòu)，通常采用FNA法進(jìn)行時程分析，該方法基于模態(tài)分析結(jié)果。為保證FNA法結(jié)果計(jì)算的高效和準(zhǔn)確性，強(qiáng)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(yīng)大于連接單元非線性自由度數(shù)與結(jié)構(gòu)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(dá)到一定要求（其中，靜力荷載質(zhì)量參與系數(shù)必須達(dá)到100%，動力荷載參與系數(shù)盡量高），而非僅僅考察質(zhì)量參與系數(shù)結(jié)果。更多內(nèi)容，請閱讀《》。
另外，用戶需保證模態(tài)工況中包絡(luò)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(nèi)置的非線性變形荷載。
對于常規(guī)結(jié)構(gòu)，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(jié)果進(jìn)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(jié)構(gòu)或消能減震結(jié)構(gòu)，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(jìn)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）。