[软件][笔记] midas Gen 模态应变能阻尼模型参数测试 [Modal strain energy proportional damping model in midas Gen]

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最近采用YJK转模型到midas Gen,发现两个软件的地震力结果对不上,且差异较大,最后发现是阻尼模型参数设置有问题,而且可能存在一些bug,在此做个记录。

对比模型:

对比模型如下,下部4层材料为混凝土,上部6层为钢结构。其中YJK采用的是2.03版,midas Gen测试的是2020版。

两个软件模型的质量和周期结果一致,周期结果对比如下图所示。

具体模型:

在此基础上,进行了两大组模型对比测算,具体如下表所示:

编号 模型 备注
1 YJK 5%振型阻尼 阻尼比统一5%
2 Gen 5%振型阻尼(不修改阻尼比) 采用单条5%阻尼反应谱曲线,不勾选修改阻尼比
3 Gen 5%振型阻尼(修改阻尼比) 采用单条5%阻尼反应谱曲线,勾选修改阻尼比
1 YJK 材料阻尼(砼5%钢2%) 采用应变能阻尼,分别定义钢材和混凝土的材料阻尼
2 Gen 材料阻尼(无组阻尼)(修改阻尼比) 采用单条5%阻尼反应谱曲线,不定义组阻尼,勾选修改阻尼比
3 Gen 材料阻尼(材料组阻尼)(修改阻尼比) 采用单条5%阻尼反应谱曲线,定义材料组阻尼,勾选修改阻尼比
4 Gen 材料阻尼(材料组阻尼)(多阻尼比曲线) 采用多个阻尼比反应谱曲线,定义材料组阻尼
5 Gen 材料阻尼(结构组阻尼)(多阻尼比曲线) 采用多个阻尼比反应谱曲线,定义结构组阻尼

其中第一组模型两个软件统一采用5%振型阻尼比,第二组模型统一采用模态应变能阻尼模型,混凝土材料5%阻尼比,钢材2%阻尼比。

另外GEN模型中提到的“修改阻尼比”“多个阻尼比反应谱曲线”“组阻尼”等相关的定义如下图所示:

计算结果:

不同模型的地震剪力计算结果如下表所示

编号 模型 X地震基底剪力 Y地震基底剪力 X误差 Y误差
1 YJK 5%振型阻尼 280.2 302 0.00% 0.00%
2 Gen 5%振型阻尼(不修改阻尼比) 273.85 295.0896 -2.27% -2.29%
3 Gen 5%振型阻尼(修改阻尼比) 273.75 294.993 -2.30% -2.32%
1 YJK 材料阻尼(砼5%钢2%) 301.3 323.7 0.00% 0.00%
2 Gen 材料阻尼(无组阻尼)(修改阻尼比) 450.9197 487.97 49.66% 50.75%
3 Gen 材料阻尼(材料组阻尼)(修改阻尼比) 300.489684 322.131 -0.27% -0.48%
4 Gen 材料阻尼(材料组阻尼)(多阻尼比曲线) 294.62 316.43 -2.22% -2.25%
5 Gen 材料阻尼(结构组阻尼)(多阻尼比曲线) 294.62 316.43 -2.22% -2.25%

采用应变能阻尼模型时,YJK及midas Gen计算的各阶振型的阻尼比如下表所示。

  YJK模型 Gen模型  (GEN-YJK)/YJK
振型号 周期 扭转系数(Z) 阻尼比 周期 阻尼比 阻尼比误差
1 1.0537 0 0.037 1.04937 0.03732 0.87%
2 0.9568 0 0.038 0.9528 0.03819 0.51%
3 0.7644 1 0.033 0.75851 0.03811 15.47%
4 0.3059 0 0.031 0.30086 0.03103 0.08%
5 0.285 0 0.031 0.28032 0.03141 1.31%
6 0.2395 1 0.031 0.2342 0.03138 1.22%
7 0.146 0 0.032 0.14555 0.03194 -0.20%
8 0.1387 0 0.032 0.1384 0.03184 -0.50%
9 0.1193 1 0.031 0.11877 0.03144 1.41%
10 0.0833 0 0.032 0.08286 0.03107 -2.90%
11 0.0808 0 0.032 0.08036 0.03115 -2.66%
12 0.0708 1 0.032 0.07008 0.03146 -1.68%
13 0.0549 0 0.032 0.05444 0.03214 0.43%
14 0.0539 0 0.031 0.05342 0.03204 3.35%
15 0.0476 1 0.031 0.04708 0.03205 3.39%

基本结论:

(1)两软件统一采用振型阻尼时,结果基本一致。当采用应变能阻尼时,Gen的计算结果与具体测试有关,不合理测试参数会导致部分结果异常。

(2)gen里面如果采用应变能阻尼,为确保结果正确,需要定义“组阻尼” Group Damping,组阻尼可以基于材料阻尼来定义,也可以通过结构组来定义,也可以两者混合定义。

(3)gen里面若采用应变能阻尼,但没定义“组阻尼”,且勾选了“修改阻尼比”,计算结果异常。

(4)不建议采用只定义一个5%阻尼比的谱,通过“修改阻尼比”考虑其他阻尼比的方法,建议定义多个阻尼比反应谱曲线族,让软件通过插值方式获得不同阻尼比的反应谱值。

(5)统一采用材料阻尼时,YJK与GEN模型第三阶扭转振型的阻尼比计算结果异较大,其他振型的阻尼比计算结果基本一致,具体原因暂未搞清楚。


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