問題描述：
基于直接積分法的非線性時程工況應(yīng)該如何定義？
解答：
采用直接積分法進行非線性時程分析時，荷載工況類型應(yīng)選擇“Time
history”中的“Nolinear Direct Integration”，工況定義界面如下所示：
圖1
時程工況定義
其定義主要包括初始條件、施加荷載和其他參數(shù)三大部分。
1. 初始條件
由于地震作用時結(jié)構(gòu)已承受豎向荷載作用，需要設(shè)置一個前置重力工況作為時程分析的初始條件。前置重力工況可以采用階段施工工況、非線性靜力工況和非線性直接積分工況，我們更推薦使用非線性靜力工況，施加的荷載為重力荷載代表值，如下所示：
圖2 前置重力工況
時程工況將接力前置重力工況的結(jié)構(gòu)剛度和荷載。可根據(jù)工程情況考慮前置工況中是否需要考慮P-delta效應(yīng)，需要注意的是，后續(xù)接力的非線性工況應(yīng)與其保持一致的幾何非線性參數(shù)。
2. 施加荷載
在施加荷載中決定時程工況的加載方式。在“荷載類型”中選擇“Acceleration（加速度加載）”或“Load Pattern（力加載）”，當(dāng)使用“Acceleration”時，“荷載名稱”對應(yīng)加載方向，1、2、3默認(rèn)對應(yīng)全局坐標(biāo)系X、Y、Z，U表示平動，R表示轉(zhuǎn)動；當(dāng)使用“Load Pattern”時，需在“荷載名稱”中選擇相應(yīng)的荷載模式。“函數(shù)”用于表示荷載隨時間的變化。“比例系數(shù)（sf）”用于表示荷載的放大系數(shù)，比例系數(shù)×函數(shù)值×荷載值=最終考慮的荷載值。
比如，擬進行8度區(qū)X向的大震時程分析，輸入的地震波峰值為100，“荷載類型”應(yīng)選擇“Acceleration”，“荷載名稱”選擇“U1”，“函數(shù)”選擇對應(yīng)的地震波（時程函數(shù)），根據(jù)規(guī)范，8度罕遇地震加速度時程的最大值為400cm/s2，將鼠標(biāo)放至施加荷載框右側(cè)的“i”圖標(biāo)處可以看見當(dāng)前的模型單位設(shè)置，假設(shè)單位為mm/s2，地震波峰值100×40倍 = 4000 (mm/s2) ，因此“比例系數(shù)”應(yīng)填入40。
勾選“高級”按鈕后還可以指定施加荷載的高級參數(shù)。
圖3 施加荷載的高級選項
如下圖所示，“時間系數(shù)（tf）”為時間的倍數(shù)，“到達時間（at）”用于描述荷載開始作用于結(jié)構(gòu)的時間，“坐標(biāo)系（csys）”和“角度（ang）”用于描述加速度加載方向?qū)?yīng)的坐標(biāo)系。基于這些參數(shù)可以靈活調(diào)整荷載施加的效果。
圖4 按比例調(diào)整后的內(nèi)置函數(shù) 圖5 加速度加載方向?qū)?yīng)的坐標(biāo)系
3. 其他參數(shù)
①幾何非線性：建議與前置工況保持相同的幾何非線性設(shè)置。
②時間步：
時間步數(shù)量決定了該工況輸出的計算步數(shù)，步長決定了該工況結(jié)果保存輸出的每步的時間間隔，兩者相乘即為計算的總時長，用戶可以通過此控制地震波的持時。對于直接積分法，其結(jié)果對于時間步長非常敏感，時間步長越小，結(jié)果越精確。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，一般情況下，步長可取0.01s或0.02s，持時不宜小于結(jié)構(gòu)基本自振周期的5倍和15s。
工況的分析步長由時程函數(shù)的輸入時間步和工況的結(jié)果保存步長共同決定。例如，當(dāng)時程函數(shù)的輸入時間步長為0.005s，工況保存的步長為0.01s，那么程序?qū)⑹褂?/span>0.005的恒定分析步長完成計算，并在每0.01s處輸出結(jié)果。若輸入時間步長改為0.0075s，那么分析步長將調(diào)整為0.0075、0.0025、0.005、0.005、0.0025、0.0075... 因此，一般建議設(shè)置整除輸入時間步長的或被輸入時間步長整除的保存步長。我們也可以通過適當(dāng)調(diào)小保存步長來減小結(jié)果文件的大小，它并不會影響性能校核的結(jié)果。
③阻尼：在該參數(shù)中設(shè)置需考慮的阻尼，相關(guān)的參數(shù)設(shè)置請參考“瑞利阻尼簡介”。
④積分方法：程序默認(rèn)采用HHT法，可以得到高效、穩(wěn)定的計算結(jié)果，相關(guān)的參數(shù)設(shè)置請參考“時間積分方法Newmark法”和“時間積分方法HHT法”。
⑤非線性參數(shù)：在該參數(shù)中控制非線性方程的求解，可以選擇采用“事件到事件”和/或“平衡迭代”進行求解。若結(jié)構(gòu)收斂困難，可以嘗試調(diào)整迭代控制的參數(shù)。