【JY】ETABS彈塑性分析注意要點和常見問題
【目錄】
1、Etabs 動力彈塑性注意的問題及細節；
2、Etabs 水平隔震結構FNA法與直接積分法對比注意要點；
3、標準求解器、高級求解器以及多線程求解器的異同；
4、為什么橡膠隔震支座的隔震結構在考慮P-Δ效應后為何程序計算的周期會變短？
5、在 FNA 法中如何考慮 P-Delta 效應？并應注意哪些問題？
【正文】
1、Etabs 動力彈塑性注意的問題及細節
1.樓板剖分。模型中樓板的剖分尺寸是0，會導致創建分析模型出錯，樓板全部丟失，需要將樓板剖分尺寸進行修改（如1.5米），分析正常。
2.未定義初始重力工況且時程工況未接力初始重力工況。這可能會導致分析出現較為嚴重的問題，梁內力可能會偏小，墻、柱的軸壓比偏小、屈服強度失真、延性偏大等問題，因此初始重力工況是必須要考慮的。
（直接積分法：采用初始工況采用靜力非線性+時程工況非線性直接積分法）
（FNA法：采用斜坡荷載的非線性FNA法+時程工況非線性FNA法）
3.分析建議考慮P-Δ效應，且初始工況和時程工況中均考慮了P-Δ效應。
4.鉸的模擬方式應采用“單元屬性”。鉸模擬方式采用“單元屬性”會使分析速度和收斂性有較大的提高，推薦采用。鉸模擬方式采用“連接單元”方法主要是適用于FNA法，但是FNA法并不適合于連接單元數量過大的情況，通常連接單元的非線性自由度數量超過節點數量的20%時，FNA法的計算效率將會低于直接積分法。
圖 非線性鉸的分析模型
5.求解器建議采用多線程求解器。（求解器區別詳見后文）
2、Etabs 水平隔震結構FNA法與直接積分法對比注意要點
1、注意程序中給出荷載作用于無質量自由度上的警告。可通過對連接單元添加微小質量和轉動慣量解決這個問題，如下圖，這對FNA法的分析結果可能有影響。
圖1 連接單元質量與轉動慣量
2、RITZ模態設置，取消掉RX、RY和RZ，這三個分量對分析而言沒有實質的作用，而且會激發出一些不需要的模態，降低其他荷載的動力參與系數，從而影響分析精度，故刪除掉。另外，為兼顧分析時間與精度，采用了1000個模態數量進行計算。
3、分析步長。因此我們需要關心一下時程分析步長。理論上講，直接積分方法的分析步長應足夠小以滿足分析精度，通常要求Δt＜0.1T，對于多自由度，可按照質量參與系數達到90%時的周期確定分析步長，如下圖所示，實際取值為0.005s。經對比發現，取值為0.005時，曲線更加光滑，連接單元變形和出力會有一定幅度的變化，但是未超過2%。
圖 豎向質量參與系數
4、連接單元的剛度選項。原模型中用于剛度比例粘滯阻尼的剛度采用的是為K0，但是這個并不合理，首先，瑞利阻尼的周期點其實是按照有效剛度Ke計算的，不是初始剛度K0；其次，連接單元在變形過程中，其剛度是在變化的，會因屈服而減小，如果使用K0的話，會導致剛度阻尼值偏大；最后，RITZ的模態是按照Ke計算得到的，如果直接積分法中瑞利阻尼采用K0會與FNA法中的模態阻尼不匹配，因此建議此處使用Ke進行計算。
圖3 連接單元的剛度選項
5、FNA法和直接積分法可都采用了瑞利阻尼，但是兩者也不是一樣的。FNA法是將瑞利阻尼轉換為模態阻尼進行使用的，而且FNA法阻尼值不會超過1，如圖4所示，而瑞利阻尼是可以出現過阻尼的情況的。但這對分析結果影響比較小，因為此時結構頻率非常高，動力效應比較小，可忽略。
圖4 FNA法中的模態阻尼比
按上述修改后，計算結果如下，兩者吻合度非常高，且計算結果更加接近于原FNA法。
圖 直接積分法與FNA法下連接單元的變形
3、標準求解器、高級求解器以及多線程求解器的異同
求解器選項
1.標準求解器
適用于處理小模型
僅利用CPU的單個核心
提供完整的不穩定警告信息，這對于大型分析之前檢查模型是十分有用的
2.高級求解器
程序的默認選項
適用于處理中型到最大型模型
可以利用CPU的所有核心
使用硬盤處理大型模型
3.多線程求解器
適用于處理中型到大型模型
充分利用CPU所有核心
充分利用內存來提高分析速度
針對以上求解器的區別，建議用戶：
使用標準求解器來檢查模型是否穩定
模態分析使用特征值向量可以幫助尋找不穩定信息
當模型十分完善和穩定時，切換到多線程求解器來提高分析速度
如果模型非常巨大或者使用多線程求解器時出現內存不足時，使用高級求解器
當電腦內存足夠時，使用64位版本程序并且在使用多線程求解器時使用單獨進程，以避免出現內存不足的情況。
分析進程選項
GUI進程
使用于處理小模型
優點：較少的硬盤操作
單獨進程
適用于中型到大型模型
程序將分析模型寫于硬盤中，再由CSI.SAPFire.Driver.exe讀取分析模型并運行分析
優點：分析引擎可以獲得更多的內存，可以運行更大的模型并且分析的更快
自動
程序默認設置
預估必要的內存，然后與可用內存容量比較。如果可用內存容量足夠，分析將運行于圖形進程，否則交付于單獨進程
4、為什么橡膠隔震支座的隔震結構在考慮P-Δ效應后為何程序計算的周期會變短？
ETABS或SAP2000在模擬隔震結構時，通常采用連接單元（Rubber Isolator）進行模擬。對于帶鉛芯的橡膠通常設置如下：
圖 帶鉛芯橡膠隔震支座設置
對于不考慮P-Δ效應的模型，在計算模態時，連接單元按線性屬性中的有效剛度取用。而對于考慮P-Δ效應的模型，在計算模態時，連接單元按非線性屬性中的剛度取用。由于通常隔震模型中有效剛度要比屈服前剛度小很多，所有會出現隔震結構在考慮P-Δ效應后周期反而會變短的現象。
5、在 FNA 法中如何考慮 P-Delta 效應？并應注意哪些問題？
雖然在 FNA 工況中沒有幾何非線性選項，但是可以通過在模態分析中考慮 P-Delta 效應和在連接單元中設置 P-Delta 參數，來實現在 FNA 工況中考慮 P-Delta 效應。具體做法如下：
在模態分析中考慮 P-Delta 效應
在 ETABS 中，可以通過 定義 > P-Delta 選項，預設 P-Delta 荷載工況，設置完成后，模態工況將自動考慮P-Delta 效應，如圖 1。
圖 預設 P-Delta 選項
在 SAP2000 中，首先需要定義一個非線性靜力工況，此工況中應考慮幾何非線性參數 > P-Delta ，如圖2。
圖 考慮 P-Delta 效應的非線性靜力工況
然后，在模態工況定義中，將初始條件選擇為接力非線性工況 > D + 0.5L ，如圖 3。
圖 模態工況設置
在連接單元中設置 P-Delta 參數
橫向位移 U2 或 U3 在軸力作用下會產生一個彎矩，總的 P-Delta 彎矩會以下列三種方式分配至節點：
由兩端的等值反向的剪力在單元長度上產生的彎矩
在端部 I 的彎矩
在端部 J 的彎矩
用戶可以在連接單元的 P-Delta 參數中指定三個相應的分數來決定總的 P-Delta 彎矩如何被分配，見圖4。對于零長度的連接單元則忽略剪力所指定的分數，若剩余兩個分數為零，則默認設置為 0.5。
圖 連接單元 P-Delta 參數
一般來講，阻尼器只使用剪力項，隔震器只使用彎矩項，摩擦擺隔振器一般使用所有的彎矩在盤側，而非滑動器一側。
(完)
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