GTSNX抗震分析專題（ppt,共19頁）

1、 GTS NX抗震分析專題 邁達(dá)斯技術(shù)中心 鄧成豪北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司 根據(jù)城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范抗震設(shè)防烈度為7 度及以上的地下車站結(jié)構(gòu)和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能的驗(yàn)算；7 度區(qū)地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)形式簡單的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)，可不進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。計(jì)算內(nèi)容包括反應(yīng)位移法、時(shí)程法分析等。1、抗震設(shè)計(jì)流程需進(jìn)行時(shí)程分析的情況：A、地下結(jié)構(gòu)縱向的斷面變化較 大或在橫向有結(jié)構(gòu)連接；B、地質(zhì)條件沿地下結(jié)構(gòu)縱向 變化較大，軟硬不均；C、隧道線路存在急曲線。地震參數(shù)：A、地下結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行E2 地震作用下的彈 性內(nèi)力和變形分析，此時(shí)可假定結(jié) 構(gòu)與構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)。B、結(jié)構(gòu)形式不規(guī)則且具有明顯薄弱部

2、位可能導(dǎo)致地震時(shí)嚴(yán)重破壞的地下 車站結(jié)構(gòu)應(yīng)按本規(guī)范有關(guān)規(guī)定進(jìn)行 E3 地震作用下的彈塑性變形分析。2、反應(yīng)位移法分析1）計(jì)算荷載及其組合：A、地震作用（土層相對位移、結(jié)構(gòu)慣性力和結(jié)構(gòu)周圍剪力作用），可由一維土層地震反應(yīng)分析得到；對于進(jìn)行了工程場地地震安全 性評價(jià)工作的，應(yīng)采用其得到的位移隨深度的變化關(guān)系；對未進(jìn) 行工程場地地震安全性評價(jià)工作的，可通過計(jì)算公式推算。B、 非地震作用(土壓、水壓、自重等)取值、分類應(yīng)按地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行；C、抗震設(shè)計(jì)荷載組合應(yīng)按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。序號(hào) 荷載組合驗(yàn)算工況永久荷載可變荷載偶然荷載地震荷載人防荷載1基本組合構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算1.351.42構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)

3、算1.01.03構(gòu)件變形計(jì)算1.01.04抗震荷載作用下構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算1.21.35人防荷載作用下構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算1.21.06構(gòu)件抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算1.02、反應(yīng)位移法分析2）各項(xiàng)地震作用計(jì)算：A、土層相對位移。根據(jù)地勘或安評報(bào)告，確定擬建工程抗震設(shè)防烈度、地震分組及場地類別，查詢地表位移峰值及其調(diào)整系數(shù)。式中：U(z)-地震時(shí)深度z處土層的水平位移(m)； Z-深度(m)； Umax-場地地表最大位移； H-地面至地震作用基準(zhǔn)面的距離(m)。一般情況下，對于埋置于地層中的隧道和地下車站結(jié)構(gòu)，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s且其下臥各巖土的剪切波速均不小于500m/s的土層頂面的距離確定基巖面的深度

4、通過在模型中的地基彈簧非結(jié)構(gòu)連接端的節(jié)點(diǎn)水平方向上施加相對底板的強(qiáng)制位移。地震動(dòng)峰值位移表 地震動(dòng)峰值位移調(diào)整表 2、反應(yīng)位移法分析2）各項(xiàng)地震作用計(jì)算：B、結(jié)構(gòu)慣性力。2、反應(yīng)位移法分析2）各項(xiàng)地震作用計(jì)算：C、結(jié)構(gòu)周圍剪力。采用反應(yīng)譜法計(jì)算土層位移，通過土層位移微分確定土層應(yīng)變，最終通過物理關(guān)系計(jì)算土層剪力。其中G為土體的動(dòng)剪切模量。2、反應(yīng)位移法分析3）結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。通過施加地震作用及非地震作用，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算模型如下圖所示。反應(yīng)位移法分析結(jié)構(gòu)，地震組合基本上不控制結(jié)構(gòu)配筋。3、時(shí)程法分析 隧道與地下車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析可采用波動(dòng)法或者振動(dòng)法。 當(dāng)采用波動(dòng)法進(jìn)行地震

5、動(dòng)輸入時(shí)，模型邊界應(yīng)采用粘性人工邊界或粘彈性人工邊界等合理的人工邊界條件，地震波通過約束邊界輸入。 當(dāng)采用振動(dòng)法輸入時(shí)，一般采用輸入基巖加速度，結(jié)構(gòu)對于基巖作相對運(yùn)動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上施加慣性力來實(shí)現(xiàn)，這是一種不考慮振動(dòng)傳播時(shí)間的分析方法。3、時(shí)程法分析3）計(jì)算過程。A、特征值分析。網(wǎng)格劃分完成后，邊界施加曲面彈簧（基床系數(shù)），直接進(jìn)行特征值分析，得到第1，2振型的周期，用于時(shí)程分析。B、時(shí)程分析。網(wǎng)格劃分完成后，邊界施加曲面彈簧（阻尼），定義時(shí)程分析數(shù)據(jù)（特征值分析結(jié)果、加速度時(shí)程函數(shù)、時(shí)程荷載組）。C、反應(yīng)位移法分析。查看時(shí)程分析結(jié)果，取各點(diǎn)相對底板水平位移， 進(jìn)行反應(yīng)位移法分析。3、時(shí)程法分析

6、1）地震動(dòng)參數(shù)。根據(jù)地勘或安評報(bào)告，選用地層動(dòng)彈模、動(dòng)泊松比、加速度時(shí)程函數(shù)、地震持續(xù)時(shí)間等。采用三組50年超越概率為10%地震（E2地震）的基巖加速度時(shí)程函數(shù)進(jìn)行時(shí)程法分析，取其中最不利影響結(jié)果與反應(yīng)位移法結(jié)果比較。進(jìn)行特征值分析,將點(diǎn)的條件定義為彈性邊界。根據(jù)鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的地面反應(yīng)系數(shù)計(jì)算彈簧邊界值。 垂直地面反應(yīng)系數(shù): 水平地面反應(yīng)系數(shù): 在這里, Av和Ah是垂直和水平方向的橫截面。E0地面彈性模量。 通常取于1.0。在GTS NX,可以通過地面曲線彈簧很容易地生成彈性邊界。A.特征值分析B.時(shí)程法分析2）計(jì)算方法。A、考慮水平和豎向地震波的影響，其加速度最大值按照 1（水平X方向）：

7、0.85（水平Y(jié)方向）：0.65（豎向）的比例調(diào)整。B、計(jì)算模型的側(cè)面人工邊界距地下結(jié)構(gòu)為3倍車站水平有效寬度， 底面人工邊界距結(jié)構(gòu)為3倍車站豎向有效高度，上表面取至實(shí)際地表。C、模型邊界采用粘彈性吸收邊界。為了定義粘性邊界需要計(jì)算相應(yīng)的土體x, y, z方向上的阻尼比。計(jì)算阻尼的公式如下：體積彈性系數(shù)(KN/m2)G：剪切彈性系數(shù)(KN/m2) E：彈性模量(KN/m2)：泊松比 A：截面積(m2)荷載施加 1.地震波（無量綱加速度） 2.爆破荷載施加（動(dòng)力荷載生成器） 3.耦合重力、初始應(yīng)力場（如何考慮） 4.時(shí)程結(jié)果 特征值分析用于分析巖土/結(jié)構(gòu)的固有動(dòng)力特性，通過特征值分析得到巖土/結(jié)

8、構(gòu)的固有模態(tài)（振型形狀）、固有周期（固有頻率）、振型參與系數(shù)等。這些特性取決于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度。換言之，結(jié)構(gòu)一旦確定，其固有頻率和固有模態(tài)也就確定，模態(tài)的數(shù)量與結(jié)構(gòu)自由度相同。實(shí)際情況中，結(jié)構(gòu)幾乎并不按照單獨(dú)一種模態(tài)形狀振動(dòng)并且表現(xiàn)出多模態(tài)重疊的復(fù)雜振型。這里，所謂的質(zhì)量參與系數(shù)為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的百分比數(shù)，表示當(dāng)結(jié)構(gòu)按復(fù)雜的振動(dòng)模態(tài)振動(dòng)時(shí)，參與到振動(dòng)的結(jié)構(gòu)比重。例如，如果第一模態(tài)的質(zhì)量參與系數(shù)為60%，就是指在結(jié)構(gòu)總質(zhì)量中，第一模態(tài)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量參與比重為60%。因此，地震波分析采用質(zhì)量參與系數(shù)高的模態(tài)。一般情況下，結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的質(zhì)量參與系數(shù)和達(dá)到90%時(shí)，也可視為足夠正確的分析。但是，與結(jié)構(gòu)不同，巖

9、土材料的材料屬性相對較小，所以特征值分析中其質(zhì)量參與系數(shù)很難超過90%，周期也相對較小，因此具體而言不存在標(biāo)準(zhǔn)。固有周期定義為結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)狀態(tài)下按相應(yīng)模態(tài)形狀振動(dòng)一次所需的時(shí)間，是與固有模態(tài)1：1 對應(yīng)的固有值。振型疊加法振型疊加法是把結(jié)構(gòu)位移假設(shè)為具有位移正交性的線性組合。據(jù)此，對選擇的振型，可以利用更簡單的時(shí)間積分方程計(jì)算動(dòng)力響應(yīng)。振型疊加法多用于結(jié)構(gòu)分析程序，并且可以用較小的計(jì)算量，有效地計(jì)算大型結(jié)構(gòu)的線性動(dòng)力響應(yīng)。但是，整體響應(yīng)的準(zhǔn)確性取決于使用的固有振型的數(shù)量，所以需要適當(dāng)?shù)剡x擇計(jì)算中所需的固有振型數(shù)。直接積分法直接積分法把整個(gè)分析區(qū)域的自由度作為未知變量的時(shí)程分析，是把整個(gè)自由度的動(dòng)力平衡方程按照時(shí)間逐步積分后求解的方法。各時(shí)間步的求解過程中沒有平衡方程形式的變化，并且可采用多種積分的方法。直接積分法是對所有時(shí)間步都執(zhí)行分析，因此分析所需的時(shí)間與時(shí)間步長和數(shù)量成正比。定義時(shí)間步驟時(shí)程分析的時(shí)間步在振型疊加法和直接積分法中不同。直接積分法利用定義的時(shí)間步，按照隱式（implicit）積分的方法執(zhí)行分析。因此，結(jié)果的準(zhǔn)確度會(huì)根據(jù)定義的時(shí)間步大小而不同。一般情況下，如果