logo 知識庫首頁 ->SAP2000 ->模態(tài)分析 ->如何判斷Ritz模態(tài)數(shù)量是否足夠?
如何判斷Ritz模態(tài)數(shù)量是否足夠?
創(chuàng)建者:曾亞,編輯者:曾亞,最近更新:2018/03/22 10:10:50

問題描述:

      隔震模型使用基于Ritz向量法的FNA進行時程分析,出現(xiàn)底層柱底剪力大于基底剪力的異常結(jié)果,請問這是什么原因?

1 用戶問題

2 用戶模型


解答:

“問題描述”中結(jié)果異常的現(xiàn)象,是由于模態(tài)工況中設(shè)置求解的模態(tài)數(shù)量不足引起的。

模型(圖2)中底部放置橡膠隔震支座,其中鉛芯橡膠支座(兩個水平方向考慮非線性屬性)共82個,以及4個阻尼器(軸向考慮非線性屬性)。由此可知,該模型的連接單元非線性自由度數(shù)量為168(即82*2+4*1)。

3 模態(tài)工況設(shè)置

模態(tài)數(shù)量取值應(yīng)大于結(jié)構(gòu)本身的自由度數(shù)(NS)與連接單元非線性自由度數(shù)(NLink)及考慮的荷載數(shù)(NLoad)之和;其中, NS一般取為樓層數(shù)的3倍;初始荷載向量考慮DEAD LIVE工況時,一個荷載工況對應(yīng)一個模態(tài)即可,則NLoad取為2

按照上述原則,初次估算的模態(tài)數(shù)量N0=3*9+168+2=197,取為200。而原模型中模態(tài)工況中考慮的模態(tài)數(shù)量最大值為100(圖3),當(dāng)模態(tài)求解數(shù)量小于連接單元非線性自由度時,很難得到靜力荷載質(zhì)量參與系數(shù)達(dá)到100%的結(jié)果,故無法保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。那么,模態(tài)數(shù)量取何值時才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性?

唯一的處理方法是,基于初次估算的N0,逐級增加模態(tài)數(shù)進行試算,即取多組模態(tài)數(shù)N0N1N2N3N4(該數(shù)組是以NLink為公差的等差數(shù)列,即N1= N0+NLinkN2= N0+2*NLinkN3...以此類推),直到求得穩(wěn)定的結(jié)果。Ritz向量法的好處就是隨著模態(tài)數(shù)量的增加結(jié)果逐漸逼近真實值,這一點對于特征值向量法不一定適用。

基于上述方法,對于用戶模型取四組模態(tài)數(shù)200368536704進行試算,觀察不同模態(tài)數(shù)量時的計算結(jié)果(本例以時程工況下X向基底反力作為觀測量)。

4 結(jié)果對比圖

從圖4可以直觀地了解,隨著模態(tài)數(shù)量的增加,底部剪力的結(jié)果逐步趨于穩(wěn)定,當(dāng)模態(tài)數(shù)量取536時結(jié)果已收斂。原則上講模態(tài)數(shù)量越多結(jié)果越精確,但計算耗時也越長。用戶需平衡計算精度與計算效率。對于該模型,建議取模態(tài)數(shù)量為536,滿足工程精度的要求即可。

完成分析后,查看荷載參與系數(shù)(圖5),命令路徑:【顯示】>【表格】>【結(jié)構(gòu)輸出】>Model Information>Table: Model Load Participation Ratios】。

a)模態(tài)數(shù)取536 b)模態(tài)數(shù)取200

5 不同模態(tài)數(shù)量下的荷載參與系數(shù)

如圖5 a),當(dāng)模態(tài)數(shù)量取536時,靜力荷載參與系數(shù)均達(dá)到100%,連接單元的動力荷載參與系數(shù)均值達(dá)到70%以上,滿足要求。對比模態(tài)數(shù)量取200時,如5 b)部分連接單元對應(yīng)的靜力荷載參與系數(shù)未達(dá)到100%,并且連接單元的動力荷載參與系數(shù)非常低,遠(yuǎn)達(dá)不到要求的水平。這也印證了圖4呈現(xiàn)的模態(tài)數(shù)量與計算結(jié)果的關(guān)系。

當(dāng)Ritz模態(tài)數(shù)量取536時,時程工況下X向的基底反力和柱底剪力結(jié)果如下,沒有出現(xiàn)原始問題中描述的底層柱底剪力大于基底剪力的現(xiàn)象

分析結(jié)果

Fx/kN

底層柱底剪力

10202

水平向基底反力

10598

小結(jié):

基于FNA法的隔震時程分析,必須考慮足夠的模態(tài)數(shù)量,使之滿足荷載參與系數(shù)達(dá)到一定數(shù)量的要求,來確保 FNA 法計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。模態(tài)數(shù)量不足將導(dǎo)致非真實的分析結(jié)果。模態(tài)數(shù)量的取值,應(yīng)注意以下幾點:

1. 初次計算的模態(tài)數(shù)量N0NS+ NLink + NLoad

式中NS為結(jié)構(gòu)本身的自由度數(shù),可按3倍的樓層數(shù)量估算;NLink為連接單元非線性自由度數(shù);NLoad為考慮的荷載數(shù)(例如恒載、活載)。注意,Ritz模態(tài)工況中要包絡(luò)所有的激勵荷載自由度。

2.判斷模態(tài)數(shù)量是否足夠,可查看荷載參與系數(shù)。一般要求靜力荷載參與系數(shù)全部達(dá)到100%,動力荷載參與系數(shù)應(yīng)盡可能大。

靜力荷載參與系數(shù)用于衡量計算的模態(tài)表達(dá)給定靜力荷載響應(yīng)的優(yōu)劣程度。100%的靜力荷載參與系數(shù),代表這些模態(tài)能夠準(zhǔn)確地表達(dá)給定的靜力荷載。

類似地,動力荷載參與系數(shù)衡量計算的模態(tài)表達(dá)給定動力荷載響應(yīng)的優(yōu)劣程度,它是質(zhì)量參與系數(shù)概念的延伸。當(dāng)動力荷載質(zhì)量參與系數(shù)達(dá)到100%時,代表計算的模態(tài)可以準(zhǔn)確地捕捉到結(jié)構(gòu)的高頻響應(yīng)。但多數(shù)情況很難得到100%的結(jié)果,也沒有必要。一般要求動力荷載參與系數(shù)盡量達(dá)到較高水平即可。

3. 采用逐步增加模態(tài)數(shù)量的方式多次試算,可以驗證模態(tài)數(shù)量是否足夠。即基于初次估算模態(tài)數(shù)量N0,逐級(按NLink的倍數(shù))增加模態(tài)數(shù)進行多次試算,直到求得穩(wěn)定的結(jié)果。








  • 關(guān)鍵詞列表
F
J
R
相關(guān)文章:

用戶登錄

用戶名:

密碼:

×
花莲县| 灵丘县| 万源市| 赤壁市| 桑植县| 蓝田县| 龙门县| 明水县| 乌鲁木齐市| 黔南| 金川县| 静乐县| 铅山县| 通山县| 凯里市| 涪陵区| 甘谷县| 林西县| 郯城县| 岐山县| 横山县| 安国市| 烟台市| 仪陇县| 新河县| 克东县| 汕尾市| 鹤壁市| 广水市| 天台县| 蓝山县| 正安县| 万山特区| 塔城市| 晋州市| 博野县| 安达市| 嘉荫县| 凤山市| 雷州市| 合川市|