GTS NX抗震分析專題19

GTSNX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

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

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)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。地震動峰值位移表

地震動峰值位移調(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)分析可采用波動法或者振動法。當(dāng)采用波動法進(jìn)行地震動輸入時(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，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)程法分分析1）地震動參數(shù)數(shù)。根據(jù)地勘或或安評報(bào)告告，選用地地層動彈模模、動泊松松比、加速速度時(shí)程函函數(shù)、地震震持續(xù)時(shí)間間等。采用用三組50年超越概率率為10%地震（E2地震）的基巖加速速度時(shí)程函函數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)程法分析析，取其中中最不利影影響結(jié)果與與反應(yīng)位移移法結(jié)果比比較。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GTSNX,可以通過地面曲線彈簧很容易地生成彈性邊界。A.特征值分析析B.時(shí)程法分析2）計(jì)算方法。。A、考慮水平平和豎向地地震波的影影響，其加加速度最大大值按照1（水平X方向）：0.85（水平Y(jié)方向）：0.65（豎向）的比例調(diào)整整。B、計(jì)算模型型的側(cè)面人人工邊界距距地下結(jié)構(gòu)構(gòu)為3倍車站水平有有效寬度，，底面人工邊邊界距結(jié)構(gòu)構(gòu)為3倍車站豎向向有效高度度，上表面面取至實(shí)際際地表。C、模型邊界界采用粘彈性吸收收邊界。為了定義義粘性邊界界需要計(jì)算算相應(yīng)的土土體x,y,z方向上的阻阻尼比。計(jì)計(jì)算阻尼的的公式如下下：λ：體積彈性性系數(shù)(KN/m2)G：剪切彈性性系數(shù)(KN/m2)E：彈性模量量(KN/m2)ν：泊松比A：截面積(m2)荷載施加1.地震波（無無量綱加速速度）2.爆破荷載施施加（動力力荷載生成成器）3.耦合重力、、初始應(yīng)力力場（如何考慮））4.時(shí)程結(jié)果特征值分析析用于分析巖巖土/結(jié)構(gòu)的固有有動力特性性，通過特特征值分析析得到巖土土/結(jié)構(gòu)的固有有模態(tài)（振振型形狀））、固有周周期（固有有頻率）、、振型參與與系數(shù)等。。這些特性性取決于結(jié)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量量和剛度。。換言之，結(jié)結(jié)構(gòu)一旦確確定，其固固有頻率和和固有模態(tài)態(tài)也就確定定，模態(tài)的的數(shù)量與結(jié)結(jié)構(gòu)自由度度相同。實(shí)實(shí)際情況中中，結(jié)構(gòu)幾幾乎并不按按照單獨(dú)一一種模態(tài)形形狀振動并并且表現(xiàn)出出多模態(tài)重重疊的復(fù)雜雜振型。這里，所謂謂的質(zhì)量參參與系數(shù)為為結(jié)構(gòu)的質(zhì)質(zhì)量的百分分比數(shù)，表表示當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)按復(fù)雜的的振動模態(tài)態(tài)振動時(shí)，，參與到振振動的結(jié)構(gòu)構(gòu)比重。例例如，如果果第一模態(tài)態(tài)的質(zhì)量參參與系數(shù)為為60%，就是指在在結(jié)構(gòu)總質(zhì)質(zhì)量中，第第一模態(tài)的的結(jié)構(gòu)質(zhì)量量參與比重重為60%。因此，地地震波分析析采用質(zhì)量量參與系數(shù)數(shù)高的模態(tài)態(tài)。一般情情況下，結(jié)結(jié)構(gòu)振動模模態(tài)的質(zhì)量量參與系數(shù)數(shù)和達(dá)到90%時(shí)，，也也可可視視為為足足夠夠正正確確的的分分析析。。但是是，，與與結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同，，巖巖土土材材料料的的材材料料屬屬性性相相對對較較小小，，所所以以特特征征值值分分析析中中其其質(zhì)質(zhì)量量參參與與系系數(shù)數(shù)很很難難超超過過90%，周周期期也也相相對對較較小小，，因因此此具具體體而而言言不不存存在在標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。固有有周周期期定定義義為為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在自自由由振振動動狀狀態(tài)態(tài)下下按按相相應(yīng)應(yīng)模模態(tài)態(tài)形形狀狀振振動動一一次次所所需需的的時(shí)時(shí)間間，，是是與與固固有有模模態(tài)態(tài)1：1對應(yīng)應(yīng)的的固固有有值值。。振型型疊加加法法振型型疊疊加加法法是是把把結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)位位移移假假設(shè)設(shè)為為具具有有位位移移正正交交性性的的線線性性組組合合。。據(jù)據(jù)此此，，對對選選擇擇的的振振型型，，可可以以利利用用更更簡簡單單的的時(shí)時(shí)間間積積分分方方程程計(jì)計(jì)算算動動力力響響應(yīng)應(yīng)。。振振型型疊疊加加法法多多用用于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)分分析析程程序序，，并并且且可可以以用用較較小小的的計(jì)計(jì)算算量量，，有有效效地地計(jì)計(jì)算算大大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的線線性性動動力力響響應(yīng)應(yīng)。。但但是是，，整整體體響響應(yīng)應(yīng)的的準(zhǔn)準(zhǔn)確確性性取取決決于于使使用用的的固固有有振振型型的的數(shù)數(shù)量量，，所所以以需需要要適適當(dāng)當(dāng)?shù)氐剡x選擇擇計(jì)計(jì)算算中中所所需需的的固固有有振振型型數(shù)數(shù)。。直接接積積分分法法直接接積積分分法法把把整整個(gè)個(gè)分分析析區(qū)區(qū)域域的的自自由由度度作作為為未未知知變變量量的的時(shí)時(shí)程程分分析析，，是是把把整整個(gè)個(gè)自自由由度度的的動動力力平平衡衡方方程程按按照照時(shí)時(shí)間間逐逐步步積積分分后后求求解解的的方方法法。。各各時(shí)時(shí)間間步步的的求求解解過過程程中中沒沒有有平平衡衡方方程程形形式式的的變變化化，，并并且且可可采采用用多多種種積積分分的的方方法法。。直直接接積積分分法法是是對對所所有有時(shí)時(shí)間間步步都都執(zhí)執(zhí)行行分分析析，，因因此此分分析析所所需需的的時(shí)時(shí)間間與與時(shí)時(shí)間間步步長長和和數(shù)數(shù)量量成成正正比比。。定義義時(shí)間間步步驟驟時(shí)程程分分析析的的時(shí)時(shí)間間步步在在振振型型疊疊加加法法和和直直接接積積分分法法中中不不同同。直直接接積分分法法利利用用定定義義的的時(shí)時(shí)間間步步，，按按照照隱隱式式（（implicit）積積分分的的方方法法執(zhí)執(zhí)行行分分析析。。因因此此，，結(jié)結(jié)果果的的準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度會會根根據(jù)據(jù)定定義義的的時(shí)時(shí)間間步步大大小小而而不不同同。。一一般般情情況況下下，，如如果果時(shí)時(shí)間間步步小小于于最最小小周周期期的的10%，就就可可以以得得到到正正確確的的結(jié)結(jié)果果。。定定義義過過大大的的時(shí)時(shí)間間步步就就會會在在時(shí)時(shí)間間積積分分過過程程中中發(fā)發(fā)生生誤誤差差；；相相反反，，過過小小的的時(shí)時(shí)間間步步產(chǎn)產(chǎn)生生不不必必要要