问题描述:
根据《梁-板组合截面的模拟》中推荐的“梁板共节点 + 壳单元节点偏移”方法,模拟梁-板组合截面的抗弯刚度,如下图所示。然而,在里兹向量法的模态分析中施加 X,Y,Z 三个方向的地震加速度荷载并运行分析,SAP2000 将提示“起始荷载向量作用于 无 质 量 自由度”的警告信息。请问,该警告信息是否与壳单元的节点偏移有关?能否忽略?如何避免?
解答:
由于壳单元的节点偏离中面(节点偏移),故作用于节点上的面内集中力将引起附加弯矩,类似于偏心轴力作用下的偏压柱或偏拉柱。在常规的静力分析中,SAP2000 自动计算组合截面的抗弯刚度和附加弯矩,并不会引入计算误差或导致警告信息。这是因为 SAP2000 中的节点位移(静力自由度)既包含平动位移,也包含转动位移。
在里兹向量法的模态分析中,水平加速度荷载(UX 和 UY)作用于节点上的面内集中力(惯性力)也会引起附加弯矩,而这些附加弯矩要求节点具有非零的 质 量 惯 量 矩 与之匹配。由于 SAP2000 中的节点质量(动力自由度)通常只包含平动质量,不包含转动质量(质量惯性矩),故程序提示以上警告信息。
事实上,上述问题与文档《里兹向量法与非节点荷载》描述的情况很类似,只是节点力矩的产生原因有所不同。通常来讲,只要节点偏移不是很大(与截面厚度或高度处于同一数量级),其对后续模态分析或时程分析的影响可以忽略不计。
如需消除【问题描述】中的警告信息,可以考虑对节点指定非零的转动惯量,命令路径:【指定>节点>质量】。此时,请注意在质量源的定义中勾选【单元质量和附加质量】复选框,否则程序将忽略非零的节点质量。