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出现局部振动怎么办

作者:盈建科技术支持部

对局部振动提示的处理

一、局部振动现象

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用户在进行反应谱计算后,有时软件会出现局部振动提示,其中左侧列出存在局部振动的振型号,右侧列出指定振型中存在局部振动的楼层位置。双击振型号后软件会显示该振型的位移动画,用户可以从变形动画判断局部振动的原因。

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YJK使用能量集中程度判断局部振动。对每个振型,程序都会计算各楼层在该振型下的能量,当该楼层能量占总能量的百分比超过一定限值时,软件认定此楼层存在局部振动。

出现局部振动时,用户应根据实际情况判断是否要对其进行处理。常见以下2种情况:

低阶振型存在局部振动(一般为前9阶)

振型从整体层面反映结构的相对刚度,局部振动一定是模型中刚度较弱的地方。低阶振型出现局部振动,说明局部振动处的结构布置不合理,应该分析原因并做相应调整。这种不合理可能是建模错误导致的(构件没连上、设置多余铰接等),也可能是局部构件刚度较弱导致的。

高阶振型存在局部振动

正常结构的低阶振型均是以整体平动、转动(大跨度结构还有竖向振动)为主,高阶振型可能会激发结构薄弱部位的局部振动。出现个别几个高阶局部振动,一般不影响整体计算,用户可不做处理。

存在局部振动的振型一般只提供很少的有效质量系数,这种振型较多时会使用户计算大量振型来满足有效质量系数的要求。这时用户不能盲目增加振型数来满足要求,而是要分析局部振动成因,检查模型并调整结构布置,使结构使用较少振型就能满足有效质量系数的要求。

二、局部振动处理实例

1.局部振动发生在第1阶振型预示建模错误

此工程为一个6层框架结构,计算后提示局部振动,且发生在第1阶振型。

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查看振型文本发现第1阶振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题。

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返回建模模块检查,发现5层一根梁与柱未连接,形成很长的悬臂梁,产生刚度薄弱处,引起局部振动。

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将此处的梁与柱相连后计算,软件不再提示局部振动,且振型计算正常(第1阶提供了74.88%的X向质量参与系数)。

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结论:第1阶振型存在局部振动时,一定是建模错误所致,应检查构件是否正确连接。

2.前几阶振型均为局部振动的计算结果不能用

此工程为一个带有大跨度空间桁架的结构,计算后前几阶振型均包含局部振动。

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查看振型文本发现前17阶振型均没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题。

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返回建模模块发现局部振动处,梁存在过多多余节点。计算振型时这些节点上均分配有质量,引起梁的局部振动。

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将梁上的多余节点去掉后计算,前几阶振型不再是局部振动,且振型计算正常。

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结论:前几阶振型均为局部振动时,可能是构件上存在过多多余节点所致,应去掉多余节点后计算。

3.局部振动发生在前几阶时模型常有缺陷

此工程为一个4层框架结构,第4层为门刚结构。计算后提示第4层存在局部振动。

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查看振型文本发现前第3~21阶振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题。

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只有4层的框架结构,计算80阶振型,X、Y向有效质量系数不到30%。

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返回建模模块去掉梁上多余节点,并将第4层楼板厚度改为20mm后计算,前几阶振型不再是局部振动,且只计算了前9阶振型就使X、Y向有效质量系数达到90%以上。

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结论:低阶振型存在局部振动,且前几阶振型未能提供较大的有效质量系数时,应检查构件是否存在多余节点,同时注意楼板是否提供足够的面内刚度。

4.薄弱结构导致局部振动,应保证足够的有效质量系数

此工程为一个21层框剪结构,主楼旁边还有一个6层小框架。计算后提示6层小框架存在局部振动。

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查看振型文本发现存在局部振动的振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,总的质量参与系数未达到要求。由于6层小框架相对于主楼而言刚度很弱,因此在低阶振型就激发出小框架部分的振动。计算主楼时最好将小框架删除,忽略小框架的影响。如果主楼计算要考虑小框架的影响,则需要适当增加计算振型数,使有效质量系数满足要求。

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增加计算振型数到63个,X、Y向有效质量系数才满足要求。

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结论:多塔结构计算应注意增加振型数保证有效质量系数满足要求;若局部振动由刚度很弱的小结构(一般为烟道、凉亭等次要结构)引起的,则建议计算主楼时删除这些产生局部振动的小结构,这样使用较少振型数就能满足有效质量系数的要求。

5.个别高阶振型存在局部振动时可忽略

此工程为一个带空间网架的3层框架结构,计算后提示第16、17阶振型存在局部振动。

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查看振型文本发现该结构只计算了前21阶振型就使X、Y向有效质量系数满足要求,这里的高阶局部振动可以忽略。

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结论:高阶振型产生局部振动时,此局部振动部位已经存在较大刚度,若通过较少的振型数就能满足有效质量系数,则此高阶振型可以忽略。

三、结论

振型从整体层面反映结构的相对刚度,随着振型阶数的增加,周期越来越小,说明振型对应的刚度越来越大。若振型存在局部振动,则产生局部振动的部位一定是模型中刚度相对较弱的地方。正常结构的前几阶振型(低阶振型)一般是整体结构的平动、扭转,且提供较大的有效质量系数。若结构在低阶振型就出现局部振动(甚至第1阶就出现),则模型一定有问题。此时应检查模型中的构件是否正常连接、是否存在多余节点、是否设置多余铰接、是否设置正常厚度的楼板、构件截面是否过小等。若结构在个别高阶振型出现局部振动,如果使用较少振型就能满足有效质量系数的要求,则可以忽略这一提示。


由于局部振动部位的质量只占总质量的很小一部分,因此局部振动的振型几乎不能提供有效质量系数,导致用户计算大量振型(其中包括很多“无用”振型)来满足有效质量系数的要求。当用户计算大量振型(例如40阶以上),仍不能满足有效质量系数的要求时,就要考虑结构本身是否存在薄弱部位。此时用户可以查看发生局部振动的振型,找到刚度薄弱处对其进行加强。


总之,局部振动提示是一种有效手段来检查结构的薄弱部位,无论是否提示局部振动,用户计算地震作用时均应保证有效质量系数满足90%的要求,否则地震作用偏小,计算结果不可用。


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