SoilWorks內(nèi)訓(xùn)資料-等效線性分析

0Total

Solution

for

True

Analysis-driven

DesignMIDASIT等效線性分析Total

Solution

for

True

Analysis-driven

DesignMIDASIT

等效線性分析

(Equivalent

Linearization

Analysis)

目錄

等效線性分析簡介

一維自由場分析

二維等效線性分析

1Total

Solution

for

True

Analysis-driven

DesignMIDASIT

等效線性分析簡介

頻率響應(yīng)分析(Complex

ResponseAnalysis)

為什么要做頻域響應(yīng)分析?

輻射阻尼(Radiationdamping)

-

地基的無限性導(dǎo)致衰減

-

地震波能量在無限地基中傳遞過程中的動能衰減

-

根據(jù)傳遞的形式衰減方式不同

-

外力(地震作用、機(jī)械振動等)容易用頻域模擬，使用頻率分析的效率較高

-

FrequencyIndependentComplexShear

Modulus(Kramer,

1996)

G*

G1i2

-

FrequencyDependentComplexShearModulus(Udaka,

1975)

G*

G12

2

i2

1

2

-

Simplified

Complex

ShearModulus(Kramer,

1996)

G*

G12

2

i2

2Acceleration(g)Fourier

amplitudeTFAcceleration(g)Fourier

amplitude3Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design3.0002.0001.0000.000010203040500.0000.0250.0200.0150.0100.00501020304050Frequency0.0100.0050.0000.0250.0200.01501020304050

Frequency4.000-0.15

0.10

0.05

0.00-0.05-0.10

Frequency(Hz)0.150246810Time(sec)FFTFFT

-1soil-0.15

0.05

0.00-0.05-0.10028104

6

Time(sec)MIDASIT

等效線性分析

(Equivalent

Linearization

Analysis)

頻率響應(yīng)分析(Complex

ResponseAnalysis)

0.15

0.10Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design

等效線性化方法(Equivalent

Linearization

Method)

頻域分析方法為線性分析方法

地基材料為非線性材料

使用模擬輻射阻尼容易的頻域分析方法

需要使用反映材料非線性特性的等效線性化方法(equivalentlinearization

method)

4MIDASIT

等效線性分析(Equivalent

Linearization

Analysis)Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design5.

重復(fù)上面的第2~第4步驟，獲得收斂的G值和h值，一般取相對誤差小于5%時的值，一般迭代5次左右即可獲得收斂值。

5M

1

10R

G

h4.

使用有效剪切應(yīng)變，通過各土層的動力特性曲線（/Gmax

eff

曲線、eff

曲線）

獲得剪切彈性模量和阻尼比。MIDASIT

等效線性分析

(Equivalent

Linearization

Analysis)

等效線性化方法(Equivalent

Linearization

Method)1.

定義各土層的初始剪切模量(G)和阻尼比(h)，一般使用剪應(yīng)變很小時的值。2.

使用初始值進(jìn)行自由場分析計算各層的最大剪切應(yīng)變

max3.

計算各層的有效剪切應(yīng)變

eff

eff

R

max

其中

R為有效剪切應(yīng)變系數(shù)(由用戶輸入),一般取0.65，或根據(jù)地震規(guī)模按下式

計算(Seed

&

Sun,

1992)。分析方法應(yīng)變需要輸入地基數(shù)據(jù)試驗、勘探線性～10-5土壤基本數(shù)據(jù)工程學(xué)基巖剪切波速密度(G/G0~g,h~g)液化強(qiáng)度勘探標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗井測動力變形試驗液化試驗等效線性～510-3非線性全應(yīng)力分析有效應(yīng)力分析～5×10-2～10-1Total

Solution

for

True

Analysis-driven

DesignMIDASIT

等效線性分析

(Equivalent

Linearization

Analysis)等效線性化方法(Equivalent

Linearization

Method)

6Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design

一維自由場分析簡介

自由場分析簡要

-

水平層結(jié)構(gòu)(一維)

-

考慮地基的非線性特性(等效線性化分析、動力非線性分析、有效應(yīng)力分析)

(SHAKE、YUSAYUSA、DYNAQ等程序)

-

根據(jù)一維波動理論(重復(fù)反射理論)計算各地層的響應(yīng)

在實際設(shè)計中經(jīng)常使用的原因

-

輸入地表面或地層內(nèi)的地震波時，可反算基巖的地震波

-

可獲得地基的位移分布，用戶地下建筑物的位移法分析

-

通過地層的剪切應(yīng)力判斷地基的液化

自由場分析的不足之處

-

分析非均質(zhì)地基(不是水平層結(jié)構(gòu))的地基響應(yīng)不是很準(zhǔn)確

-

地基內(nèi)存在結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，不能考慮地基-結(jié)構(gòu)間的動力相互作用

7MIDASIT

一維自由場分析(FreeField

Analysis)......8Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design1

mm+1u1x1u2x2um

xmxm+1um+1um+2xm+2uNxNNh1hmhm+1hN=∞G1

1

1

Gm

m

mGm1

m1

m1

GN

N

NParticle

motionIncident

waveReflected

waveLayer

No.Coordinate

SystemPropagation

DirectionPropertiesThicknessMIDASIT

一維自由場分析(FreeField

Analysis)

分析模型

u

u

ut

x

x

tAm1

Bm1

Am

meikmhmeikmhm

B,

m

1,2,...,(N

1)Ameikm

m

Bmeikm

m

h

Am1

Bm1

*

*G

u(x,)2u(x,)

0(x,)

G*u(x,)um(xm,)

Am()eikmxm

Bm()eikmxmui()

ai()bi()m(xm,)

ikm

*Gm

*(Am()eikxBm()eikm

m

x

x

層位移函數(shù)*

***m

m*

*

Total

Solution

for

True

Analysis-driven

Design

使用各層接觸面上的協(xié)調(diào)條件得到的遞推公式

*

*

kmGm

*

h

*

km1Gm1

在地表面A1=B1

Am()

am()A

1()

Bm()

bm()B1()傳遞函數(shù)

Hij()

uj()

aj()bj()

層位移函數(shù)

ui()

Hij()uj()

9MIDASIT

一維自由場分析(FreeField

Analysis)

分析理論

基本方程(波動方程)

2

2

3

G

2G

2

2

2

位移/應(yīng)力

u(x,t)

u(x,)eit

*

2

x210TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesignMIDASIT一維自由場場分析(FreeFieldAnalysis)不同觀測點點上的地震震波TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesignE為入射波(上升波)F為反射波(下降波)11在基巖中輸輸入的地震震是哪種類類型(2E、E+F)?(由觀測條件件決定)地表面基巖EFEEFF2E在地表面入入射波與反反射波相同同E=F、觀測的地震波為為2E輸入地震波波(ControlMotion)-觀測的露頭頭巖波:將2E類型波作用用在基巖上上-觀測的地表表面波:將2E類型波作用用在地表面面-觀測的地層層內(nèi)的波:將E+F類型波作用用在地層MIDASIT一維自由場場分析(FreeFieldAnalysis)輸入的地震震波類型2E、E+F12TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesignMIDASIT一維自由場場分析(FreeFieldAnalysis)輸出的地震震波類型露頭巖(Outcrop)/內(nèi)部地層(Within)TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign二維等效線線性分析簡簡要復(fù)雜響應(yīng)分分析方法簡簡要是分析巖土土-結(jié)構(gòu)相互作作用的主要要分析方法法，通過等效線線性化方法法和輻射阻阻尼的協(xié)調(diào)調(diào)函數(shù)計算復(fù)剛剛度系數(shù)，用于有限元元模型的分分析中(代表性程序序有FLUSH)。-----巖土-結(jié)構(gòu)相互作作用分析(Soil-StructureInteractionAnalysis)地震波通過過巖土媒介介到達(dá)結(jié)構(gòu)構(gòu)的基礎(chǔ)上上，引起結(jié)構(gòu)的的基礎(chǔ)和結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生振振動。結(jié)構(gòu)的振動動引起結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生慣性性力，慣性力通過過基礎(chǔ)重新新作用在地地基上地基與結(jié)構(gòu)構(gòu)的這種相相互影響的的運(yùn)動稱為為地基-結(jié)構(gòu)相互作作用地基與結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛度相相差越大，相互作用的的效果越大大地上結(jié)構(gòu)主主要受結(jié)構(gòu)構(gòu)質(zhì)量和地地基質(zhì)量差差異引起的的慣性相互互作用(inertialinteraction)的影響-地下結(jié)構(gòu)主主要受結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛度和和地基剛度度差異引起起的運(yùn)動相相互作用(kinematicinteraction)的影響13MIDASIT二維等效線線性分析14MIDASIT二維等效線線性分析地基-結(jié)構(gòu)的相互互作用(SSI)運(yùn)動相互作作用(散射問題，ScatteringProblem)TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign慣性相互作作用(輻射問題，RadiationProblem)TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign----------直接法(DirectMethod)建立包含地地基和結(jié)構(gòu)構(gòu)的模型分析復(fù)雜形形狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)比較容易易可以考慮地地基的空間間特性和非非線性特性性為了解決輻輻射問題(RadiationProblem)，，模型尺寸需需要足夠大大?？紤]粘性邊邊界、傳遞邊界、邊界單元、無限單元等等地基的半半無限空間間特性子結(jié)構(gòu)法(SubstructureMethod)將地基用動動力剛度矩矩陣(阻抗矩陣，Impedance矩陣)表示簡化了地基基-結(jié)構(gòu)相互作作用分析適合于基礎(chǔ)礎(chǔ)形狀比較較簡單時不能考慮地地基的非線線性特性代表性的程程序有SASSI(主要考慮結(jié)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)應(yīng))15MIDASIT二維等效線線性分析地基-結(jié)構(gòu)的相互互作用(SSI)傳遞邊界頻域分析-D≥2d粘性邊界時程分析H≥dD≥5d一般邊界有效應(yīng)力分析-D≥10d16邊界條件分析方法模型深度模型的寬度度自由地基自由地基邊界條件邊界條件邊界條件半無限彈性性地基HＦEＭ模型DTotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign結(jié)構(gòu)d模型邊界地基反射波MIDASIT二維等效線線性分析半無限空間間的邊界條條件結(jié)構(gòu)TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesignMIDASIT二維等效線線性分析分析流程建立地基和和結(jié)構(gòu)模型型輸入結(jié)構(gòu)特特性信息輸入地基特特性信息特征值分析析構(gòu)成模型的的矩陣定義有效剪剪切應(yīng)變系系數(shù)迭代計算(滿足收斂誤誤差小于5%)確認(rèn)地基資資料柱狀圖圖輸入地基的的動力特性性值運(yùn)行復(fù)雜響響應(yīng)分析地基的等效效線性化曲曲線地基剛度等等效線性化化定義輸入的的地震波左、右側(cè)傳傳遞邊界自自由場分析析定義能量傳傳遞邊界輸出地震時時結(jié)構(gòu)的內(nèi)內(nèi)力17TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign分析流程模型左側(cè)傳傳遞邊界自自由場分析析(收斂特特性性值值)特征征值值分分析析(特特征征值值、、特特征征向向量量)模型型右右側(cè)側(cè)傳傳遞遞邊邊界界自自由由場場分分析析(收收斂特特性性值值)特征征值值分分析析(特特征征值值、、特特征征向向量量)構(gòu)成成能能量量傳傳遞遞邊邊界界的的模模型型矩矩陣陣迭代代計計算算(收收斂斂誤誤差差小小于于5%)確認(rèn)認(rèn)是是否否收收斂斂(GD、h的的收收斂斂誤誤差差要要小小于于5%)18MIDASIT二維維等等效效線線性性分分析析TotalSolutionforTrueAnalysis-drivenDesign結(jié)構(gòu)構(gòu)傳遞遞邊邊界界地基基底部部的的粘粘性性邊邊界界MIDASIT二維維等等效效線線性性分分析析自動動生生成成二二維維等等效效線線性性邊邊界界條條件件傳遞遞邊邊界界傳遞遞邊邊界界底底部部的的粘粘性性邊邊界界傳遞遞邊邊界界：