GTSNX抗震分析专题（ppt,共19页）

1、 GTS NX抗震分析专题 迈达斯技术中心 邓成豪北京迈达斯技术有限公司 根据城市轨道交通结构抗震设计规范抗震设防烈度为7 度及以上的地下车站结构和区间隧道结构，应进行结构抗震性能的验算；7 度区地质条件及结构形式简单的区间隧道结构，可不进行抗震性能验算。计算内容包括反应位移法、时程法分析等。1、抗震设计流程需进行时程分析的情况：A、地下结构纵向的断面变化较 大或在横向有结构连接；B、地质条件沿地下结构纵向 变化较大，软硬不均；C、隧道线路存在急曲线。地震参数：A、地下结构应进行E2 地震作用下的弹 性内力和变形分析，此时可假定结 构与构件处于弹性工作状态。B、结构形式不规则且具有明显薄弱部

2、位可能导致地震时严重破坏的地下 车站结构应按本规范有关规定进行 E3 地震作用下的弹塑性变形分析。2、反应位移法分析1）计算荷载及其组合：A、地震作用（土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力作用），可由一维土层地震反应分析得到；对于进行了工程场地地震安全 性评价工作的，应采用其得到的位移随深度的变化关系；对未进 行工程场地地震安全性评价工作的，可通过计算公式推算。B、 非地震作用(土压、水压、自重等)取值、分类应按地铁设计规范执行；C、抗震设计荷载组合应按建筑抗震设计规范规定执行。序号 荷载组合验算工况永久荷载可变荷载偶然荷载地震荷载人防荷载1基本组合构件强度计算1.351.42构件裂缝宽度验

3、算1.01.03构件变形计算1.01.04抗震荷载作用下构件强度验算1.21.35人防荷载作用下构件强度验算1.21.06构件抗浮稳定验算1.02、反应位移法分析2）各项地震作用计算：A、土层相对位移。根据地勘或安评报告，确定拟建工程抗震设防烈度、地震分组及场地类别，查询地表位移峰值及其调整系数。式中：U(z)-地震时深度z处土层的水平位移(m)； Z-深度(m)； Umax-场地地表最大位移； H-地面至地震作用基准面的距离(m)。一般情况下，对于埋置于地层中的隧道和地下车站结构，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定基岩面的深度

4、通过在模型中的地基弹簧非结构连接端的节点水平方向上施加相对底板的强制位移。地震动峰值位移表 地震动峰值位移调整表 2、反应位移法分析2）各项地震作用计算：B、结构惯性力。2、反应位移法分析2）各项地震作用计算：C、结构周围剪力。采用反应谱法计算土层位移，通过土层位移微分确定土层应变，最终通过物理关系计算土层剪力。其中G为土体的动剪切模量。2、反应位移法分析3）结构内力计算。通过施加地震作用及非地震作用，采用荷载-结构模型进行内力计算，计算模型如下图所示。反应位移法分析结构，地震组合基本上不控制结构配筋。3、时程法分析 隧道与地下车站结构地震反应分析可采用波动法或者振动法。 当采用波动法进行地震

5、动输入时，模型边界应采用粘性人工边界或粘弹性人工边界等合理的人工边界条件，地震波通过约束边界输入。 当采用振动法输入时，一般采用输入基岩加速度，结构对于基岩作相对运动，在结构上施加惯性力来实现，这是一种不考虑振动传播时间的分析方法。3、时程法分析3）计算过程。A、特征值分析。网格划分完成后，边界施加曲面弹簧（基床系数），直接进行特征值分析，得到第1，2振型的周期，用于时程分析。B、时程分析。网格划分完成后，边界施加曲面弹簧（阻尼），定义时程分析数据（特征值分析结果、加速度时程函数、时程荷载组）。C、反应位移法分析。查看时程分析结果，取各点相对底板水平位移， 进行反应位移法分析。3、时程法分析

6、1）地震动参数。根据地勘或安评报告，选用地层动弹模、动泊松比、加速度时程函数、地震持续时间等。采用三组50年超越概率为10%地震（E2地震）的基岩加速度时程函数进行时程法分析，取其中最不利影响结果与反应位移法结果比较。进行特征值分析,将点的条件定义为弹性边界。根据铁路设计标准的地面反应系数计算弹簧边界值。 垂直地面反应系数: 水平地面反应系数: 在这里, Av和Ah是垂直和水平方向的横截面。E0地面弹性模量。 通常取于1.0。在GTS NX,可以通过地面曲线弹簧很容易地生成弹性边界。A.特征值分析B.时程法分析2）计算方法。A、考虑水平和竖向地震波的影响，其加速度最大值按照 1（水平X方向）：

7、0.85（水平Y方向）：0.65（竖向）的比例调整。B、计算模型的侧面人工边界距地下结构为3倍车站水平有效宽度， 底面人工边界距结构为3倍车站竖向有效高度，上表面取至实际地表。C、模型边界采用粘弹性吸收边界。为了定义粘性边界需要计算相应的土体x, y, z方向上的阻尼比。计算阻尼的公式如下：体积弹性系数(KN/m2)G：剪切弹性系数(KN/m2) E：弹性模量(KN/m2)：泊松比 A：截面积(m2)荷载施加 1.地震波（无量纲加速度） 2.爆破荷载施加（动力荷载生成器） 3.耦合重力、初始应力场（如何考虑） 4.时程结果 特征值分析用于分析岩土/结构的固有动力特性，通过特征值分析得到岩土/结

8、构的固有模态（振型形状）、固有周期（固有频率）、振型参与系数等。这些特性取决于结构的质量和刚度。换言之，结构一旦确定，其固有频率和固有模态也就确定，模态的数量与结构自由度相同。实际情况中，结构几乎并不按照单独一种模态形状振动并且表现出多模态重叠的复杂振型。这里，所谓的质量参与系数为结构的质量的百分比数，表示当结构按复杂的振动模态振动时，参与到振动的结构比重。例如，如果第一模态的质量参与系数为60%，就是指在结构总质量中，第一模态的结构质量参与比重为60%。因此，地震波分析采用质量参与系数高的模态。一般情况下，结构振动模态的质量参与系数和达到90%时，也可视为足够正确的分析。但是，与结构不同，岩

9、土材料的材料属性相对较小，所以特征值分析中其质量参与系数很难超过90%，周期也相对较小，因此具体而言不存在标准。固有周期定义为结构在自由振动状态下按相应模态形状振动一次所需的时间，是与固有模态1：1 对应的固有值。振型叠加法振型叠加法是把结构位移假设为具有位移正交性的线性组合。据此，对选择的振型，可以利用更简单的时间积分方程计算动力响应。振型叠加法多用于结构分析程序，并且可以用较小的计算量，有效地计算大型结构的线性动力响应。但是，整体响应的准确性取决于使用的固有振型的数量，所以需要适当地选择计算中所需的固有振型数。直接积分法直接积分法把整个分析区域的自由度作为未知变量的时程分析，是把整个自由度的动力平衡方程按照时间逐步积分后求解的方法。各时间步的求解过程中没有平衡方程形式的变化，并且可采用多种积分的方法。直接积分法是对所有时间步都执行分析，因此分析所需的时间与时间步长和数量成正比。定义时间步骤时程分析的时间步在振型叠加法和直接积分法中不同。直接积分法利用定义的时间步，按照隐式（implicit）积分的方法执行分析。因此，结果的准确度会根据定义的时间步大小而不同。一般情况下，如果