【功能概述】
STAAD.Pro CE Response Spectrum Analysis 反应谱分析
【功能详解】
1.何为“谱”
“谱”是非单一文字的关系表达，比如，乐谱、家谱、棋谱、光谱。所有谱，都提供了对事物描述和记录的四个基本诉求：1）类别2）关系3）规律4）次序。如乐谱讲的就是规律，棋谱讲的就是次序。反应谱描述的就是结构自身周期与结构在地震作用下的位移、速度、加速度响应间的关系。
2.反应谱概要
1）反应谱分析常被用于地震分析
2）反应谱分析首先根据反应谱曲线计算各个振型的最大响应
3）然后对各个振型的最大响应进行组合
4）反应谱曲线即可以是设计规范中推荐的用于描述一些列地震作用的光滑曲线，也可以是针对某次地震作用的特定曲线。
5）横坐标为周期，纵坐标可以为位移、速度、加速度。
6）不同的阻尼比、场地条件，反应谱曲线的形状各不相同。
7）反应谱分析的目的在于从反应谱曲线中获得一些列的加速度作为荷载，计算结构可能出现的最大响应。
3.反应谱曲线
现在我们看到的是中国抗规中的反应谱，我们称为设计反应谱或者特征反应谱，它是经过数学加工后的反应谱。这个反应谱的曲线各国规范大同小异，但其所表达的规律是一致的。
横轴是结构自振周期，纵轴是加速度轴，中国规范采用加速度与重力加速度的比值作为纵轴，实质是一样的。
反应谱曲线提供了三个基本信息：
1）结构自振周期要规避设计特征周期
当周期在0.1-设计特征周期范围时，结构将获得最大的加速度。所以，结构要有合理的刚度。
2）场地条件通过周期轴影响结构对地震的响应
所谓场地条件，包括了场地类别和地震分组。场地类别说的是土的软硬，对地震波的传播速度有影响；地震分组说的是距离震中的距离远近。震害和研究表明，这两者都会一定程度影响到反应谱曲线的形状，这种影响在设计反应谱中是通过设计特征周期来施加的。特征周期大，曲线显现沿横轴正方向拉伸的趋势，周期小，则反之。
3）阻尼比通过加速度轴影响结构对地震的响应
阻尼比主要与材料有关，其在微观层面施加对地震响应加速度的影响。常规取值为0.05，单层钢结构厂房可取0.045-0.05，多层钢结构厂房在多遇地震时，可取0.03-0.04，在罕遇地震时，可取0.05.
STAAD除了提供多国规范的反应谱外，还提供了自定义模式，由用户根据需要进行定义。对于中国反应谱，需要从SSDD中调入。
4.反应谱的生成
设计反应谱是通过原始地震记录经过数学加工处理后形成的，进而才能被我们使用。我们实际上不关心前者这个数学处理过程，我们的焦点在于如何使用反应谱到力学分析这一过程。我们的目标就是为了得到响应加速度，而不是反应谱本身，终极目标是为了得到对地震响应的描述。
地震记录数学处理-->设计反应谱-->工程力学用途
5.反应谱振型分解法
注：对于振型分解法，由于时程分析法亦可利用振型分解法进行计算，故加上“反应谱”以示区别。
反应谱分析的本质是将结构的振动反应分解为若干简谐振动（主振型），然后就每个振动进行等效静力分析，最后再进行分析结果的数学组合。
可概要为3个过程：振型分解à等效静力分析à数学组合
振型分解阶段，每个振动对应一个振型，n个自由度，可获得n个振型。
等效静力分析阶段即是针对每个振型从反应谱曲线获得加速度，不同的振型获得不同的加速度，然后将加速度施加到结构质点，从而得到 n个振型的分析结果。
数学组合阶段是将分析结果进行组合。根据结构自身特点及设计需求选择恰当的组合方式可以使得分析结论更接近实际。通常，SRSS组合应用于以平动为主的运行，CQC组合应用于平动与扭转有明显耦联特征的运动，这是基于随机振动理论的结果。随机振动理论分析表明，平动为主的运动，振型周期接近度较平扭藕联的运动要稀疏，平动与扭转的运行关联度较低，振型间的互相影响可以忽略，故采用SRSS误差不大。当结构有明显的天然偏心（质量中心与刚度中心偏差），振型周期密集，平动与扭转的关联度较大，振型间的互相影响不可以忽略，故SRSS的误差较大，此时应采用CQC组合。
注：SRSS指平方和开方法 CQC指完全方根法
振型的简谐特定：
1）每个振型包含了有统一频率的若干单质点
2）每个振型由若干质点的简谐运动构成
3）每个振型的振幅比值为常数
具备这3个基本特点才能称得上是主振型，正是这3个基本特点，让主振型在数学上表现为正交性，大大简化了振型分解的推演过程。
4）每个质点的振动位移，即振动曲线即可能表现为振型1，也可能表现为X，这取决于初始条件。
5）一般条件下，振动曲线将包含全部振型，即每质点处的位移由特定频率的位移特解以线性组合方式构成。
这一条很重要，它既是振型分解思想的产物，也是振型分解的数学措施，而线性组合的组合系数，其值体现了每个振型的影响力。
6.建立质量源
由于地震作用的本质是惯性力，所以作为惯性的载体，进行任何地震分析前，要有质量源。你可以选择在普通工况中建立质量源，将反应谱添加到质量源所在的工况即可，更推荐的质量源建立方式是采用参考荷载，一旦建立，即可被多个工况共享和引用，正是这一特点，它被归类为重复荷载，并被命名为参考荷载，也可称为引用荷载。
建立质量源的本质，是建立质量的惯性效应，惯性是质量的特有属性，地震来临时，任何质点都有向任何自由度方向运动的机会，在大多数工程中我们只分析水平地震，所以，我们只在X、Z两个方向建立质量源，即只允许质点在X和Z方向暴露它的惯性效应。调整系数可以是1也可以是-1，或者是更大的数值，更大的数值意味着你要在某个特定的方向放大惯性效应。但无论如何，通常情况，请确保方向的一致性，方向不一致不影响计算分析方法本身，但它会给分析结果带来混乱。我们这里默认都填写1。
7.添加反应谱
针对中国国家规范，添加反应谱最快捷的方式是从SSDD的地震荷载向导中导入。
若我们只考虑水平地震，则应关闭竖向自由度，即在Y方向不施加反应谱激励，这时Y方向变灰；如果要考虑Y方向的振动，则请勾选，此时Y方向又激活。需要注意的是，我们讨论的反应谱一致只提及水平地震、水平加速度，规范并没有为竖向地震专门提供一个反应谱，而是将水平地震反应谱乘以一个调整系数。另外请注意比例系数默认为9.8，这是因为中国规范中纵轴采用水平加速度与重力加速度的比值，即水平地震影响系数来体系加速度影响。
8、反应谱参数设定
1）关于反应谱类型，由于通常的反应谱数据对都是时间-加速度，因此此处通常选加速度。
2）关于线性插值类型，当反应谱曲线的点数较少时，选择对数差值Logarithmic，常规选择线性插值Linear即可。
3）阻尼类型，常规Damping中填写即可；当需要使用构件属性定义中的阻尼比，则勾选CDAMP(Critical Damping)；当需要为每个振型指定阻尼比，则勾选MDAMP(Modal Damping)。
4）当现有振型不能捕捉到高频振型，即有部分质量处于高频振动区间时，若想计入此部分丢失质量的惯性效应（即地震作用），则勾选Missing Mass，并填写希望施加到此部分丢失质量的加速度；若没有填写，则程序自动到ZPA(Zero Period Acceleration）寻找，若ZPA中没有填写，则程序自动采用33HZ进行激励（大约相当于发动机2000转的振动频率），因为程序认为丢失的质量发生了局部高频振动，现有振型没有捕捉到此部分质量。
5）由于最后阶段的数学组合处理，所有分析结果都会显示+号，这显然与实际情况不符。此时，如果勾选sign，则程序会就每一个具体位置的每一个具体作用力（M/Q/N/T），将所有正效应的平方和与负效应的平方和进行比较，哪一个值大，说明效应的主导方向就是哪一个；如果用户希望自行选择效应的主导振型，则勾选Dominant，并选择具体的振型，则效应组合后的正负都向主导振型看齐。该功能在获取合理支座反力方向并进行基础计算分析时很有用。