GTS软件介绍.doc

岩土有限元分析软件MIDAS/GTSMIDAS Information Technology Co., Ltd.(简称MIDAS IT)正式成立于2000年9月1日。1989年由韩国浦项集团成立的CAD/CAE研发机构开始开发MIDAS软件以来，MIDAS IT在不断追求完美的企业宗旨下获得了飞速发展。目前在韩国结构软件市场中，MIDAS Family Program的市场占有率排第一位，在用户最满意的产品中也始终排在第一位。MIDAS/GTS作为MIDAS IT公司的主打产品之一，主要针对岩土隧道领域的结构分析所需要的功能直接开发的程序，通过了国际ISO9001品质管理认证及韩国隧道工学会等专业机构的认证。MIDAS/GTS软件特点如下：一、快速直观的三维建模一直以来，三维建模快速直观作为MIDAS系列软件的优点受到用户的好评。在三维有限元前处理软件MIDAS/FX+的基础上产生的MIDAS/GTS继承了这一特点，使用户能够快速、准确的建立更加直观的三维模型。下面列举一些GTS中的一些建模特点：11中文化的操作界面进入国内市场以来，中文化的操作界面使MIDAS系列软件迅速被用户所熟悉和热爱。在MIDAS/GTS中，中文化的操作界面（如图1）也同样使用户更加快速的熟悉软件，将其快速地应用到实际工作中。图1 完全中文化的操作界面12面向任务的用户界面通过面向任务的用户界面，为用户提供文字性的操作说明，更加便利的进行模型建立。如图2所示：当用户建立圆弧时，对话框会首先提示用户“输入中心位置”，接下来会提示“输入开始位置”“输入结束位置”，这样通过面向任务的用户界面，引导用户进行圆弧建立。动态说明指导输入方法列表选择绘图类型图2 面向任务的用户界面13快速的几何建模方式MIDAS/GTS几何完全融合了CAD的建模方式，方便用户快速建立相应的模型。14模拟真实地形的地形生成器（见图3）在GTS中，能够通过导入三维的地形图，直接生成三维模型，即能够减少建模时间，增加工作效率；又能够准确模拟的地形分布。DXF 数据TGMGTS电子地图图3 地形生成器15便于模型管理的工作树目录在MIDAS/GTS中，用户使用工作树目录来实现对模型的管理，可以方便操作、查看以及修改模型。在工作树目录下，用户可以实现：对模型的重命名、对模型的删除、调整模型的显示特性等等（如图6）。关联菜单F2: 重命名 Del: 删除拖放移动 / 添加图4 工作树目录在MIDAS/GTS中，还为用户提供了后退功能、捕捉功能、过滤功能以及延伸倒角等辅助建模功能，使用户建立模型更加方便快捷。通过MIDAS/GTS前处理建模方式建立的三维模型，用户可以通过各种观察方式直观的对模型进行检查。二、快速准确的自动网格生成对于一些复杂的模型，往往需要用户对几何体进行繁琐的操作，这样将会占用户大量的时间。而在MIDAS/GTS中提供的各种自动生成网格命令，可以迅速为用户建立复杂的模型，减少用户的建模时间，增加工作效益。下面介绍一些自动生成网格的命令：如图5所示，分别说明：四面体网格自动生成（a图）、六面体网格自动生成（b图）以及衬砌单元的生成（c图）。在图a中，首先定义内外部的网格种子，并通过自动网格划分，划分出疏密渐变的网格来；在图b中，通过将不规则地形网格投影，可以生成自动复杂的六面体网格；在图c中，利用吸取单元命令生成位于隧道内壁的衬砌单元，生成单元与实体单元自动耦合。投影 (二维三维)法向投影平滑的渐变 （b）六面体自动网格划分（a）四面体自动网格划分 （c）面单元衬砌网格图5 自动网格划分三、专业的岩土分析功能针对岩土分析的不同需求，MIDAS/GTS提供了多样化的分析：用户既可以使用设计上常用的荷载结构法进行计算，又可以使用地层结构法对结构进行模拟；既可以对一些延长度方向上变化不大结构进行二维分析，又可以对空间分布比较复杂的结构进行三维分析；既可以对结构进行应力分析，又可以考虑地下水对结构的影响进行应力-渗流耦合分析；既可以对结构进行静力分析，也可以考虑爆破、动力荷载、地震荷载作用下对结构进行动力分析。 A荷载结构法（考虑预应力锚杆作用） B二维地层结构法（明挖顺作法）C三维分析（基坑开挖对地铁车站的影响） D应力-渗流耦合分析（考虑渗流的基坑开挖） E列车移动荷载分析（地下大铁路运营期间列车引起的振动对邻近隧道结构的影响）E地基处理（搅拌桩加固，位移云图和孔隙水压力云图）图6 分析功能现介绍该软件的一些优点：3.1多样化的岩土本构模型对于岩石和土体来说，材料的本构关系对计算有很大的影响，例如：对于一些软土计算来说，摩尔库仑网格不能够充分反映土体的回弹效应，国际上通用的为剑桥模型和邓肯张模型。因此在岩土计算中需要选取合适的本构模型。MIDAS/GTS为用户提供了最齐全的本构模型，一共14种本构模型，除了包括各种弹性、非线形弹性，还包括岩石和土体中常用的一些弹塑性模型，具体模型如下：弹性模型、横向各向同性模型、特雷斯卡模型、范梅塞斯模型、德鲁克普拉格（DP）模型、莫尔库仑（M-C）模型、霍克布朗模型、邓肯张非线形弹性模型、应变软化模型、剑桥模型、修正剑桥模型、节理模型、Jardine模型、用户自定义模型等。3.2能够模拟支护结构与土相互作用在模拟地下连续墙、桩等结构的时候，需要考虑结构和土体的协同作用。摩擦特性法向变形特性桩端承载力特性在GTS中提供了专用的桩单元，不仅能够模拟摩擦桩，而且可以模拟端承桩（桩单元设置如图6所示）。用户可以分别定义摩擦特性、法向变形特性、桩端承载力特性来模拟桩体。图7 桩单元设置为了使用户更加方便合理的模拟地下连续墙结构和周围土体的接触作用了，GTS引入了地下连续墙接触特性助手：需要输入简的单的系数，程序会自动根据周围土体的特性定来定义接触的特性。图8 地下连续墙接触特性助手3.3考虑基坑施工对其他建筑物的影响在城市基坑施工过程中，基坑开挖往往会对周围临近建筑物造成较大的影响。在GTS中，能够通过分析得到临近建筑物的位移、内力等的变化情况。 A模型 B隧道衬砌变形图9某既有隧道上方开挖基坑A基坑开挖对临近原有地铁的影响 B模型 C基坑支护 D基坑支护弯矩云图 E原有隧道衬砌应力变化云图图10城市基坑开挖对已建地铁的安全性验算 A效果图（右侧为新建建筑物） B模型 C基坑开挖后变形 D支撑轴力图图11新基坑开挖工程对原结构安全性的影响 3.4考虑地下水对施工的影响在地下结构开挖分析中，往往水的作用有很大影响，因此在分析中需要考虑应力渗流耦合分析。在GTS可以通过两种方法进行应力渗流耦合分析：A直接耦合法（固结分析），应力分析和渗流分析同时迭代；B间接耦合法，通过渗流计算得到孔隙水压力，将孔隙水压力调入应力分析中进行计算。在地下水模拟方面，MIDAS/GTS有如下优点：3.4.1非饱和土特性函数在分析土体渗流对于地下结构的影响时候（包括降雨、排水等等），位于浸润线以上土体基本属于非饱和土，因此必须考虑非饱和土的渗流特性。在MIDAS/GTS提供了非饱和土特性函数来模拟这部分土体的特性，用户不仅可以使用经验函数，也可以自定义相应的函数。图12 非饱和土特性函数3.4.2施工阶段水位的定义在地下结构施工过程中，地下水位线经常会发生变化，在已知地下水位的变化规律的情况，用户可以在各个施工阶段定义地下水位线，从而模拟地下水位的变化。图13 施工阶段地下水位线定义3.4.3丰富渗流边界条件 MIDAS/GTS提供多样的渗流边界条件来模拟实际工程的渗流条件。 A节点流量 B排水边界 C非固结边界图14 部分渗流边界条件例如：节点流量用来模拟非排水和指定流量的排水措施；排水边界用来模拟自由排水的边界；非固结边界用来模拟回填土部分（不用考虑固结变化）。3.4.4输出流线以及断面的流量在考虑地下水的影响的时候，往往需要了解水流的流程线以及通过某个断面的流量。MIDAS/GTS提供了流程和流量计算方式，如下图：用户可以输出某个施工阶段，通过选定节点的流程；也可以输出选定断面上的流量。图15 流程和流量3.5曲面弹簧在荷载结构法中，土体对结构的作用有两个：土压力和地弹簧的约束作用。MIDAS/GTS提供了曲面弹簧命令来模拟土体的约束作用，如下图所示：可以添加在梁单元、面单元、实体-面等用户输入相应的地勘报告弹性抗力系数，程序根据每个节点承受的面积计算，地弹簧弹性系数由于土体对结构仅仅承受压力图16曲面弹簧3.6真实模拟施工过程在模拟施工过程中，施工工序往往会影响结构的受力情况，因此需要对各种工况进行分析，得到最优化的施工工序。在GTS中，仅仅通过拖动命令，就可以很方便的定义真实的模拟施工过程。 A整体模型 B地下连续墙 C横撑布置图图17基坑开挖三维数值模型4、直观的分析结果在MIDAS/GTS中，为用户提供丰富多样的查看分析结果的方法，方便用户从各种方位、各种表现形式查看相应的结果，包括：用户可灵活控制图例、颜色、字体、大小等；图形和表格可在不同的窗口中同时输出；可同时输出变形前和变形后形状(包含模态形状)；可输出部分几何体或用户选择的部分；等值线（如图10）和动画 (AVI)；等值线(2D)和等值面(3D)；切断面和剖断线/面；分离输出；图形和动画的连续输出；结果数据与MS-Excel兼容；查找和输出结果；输出施工阶段分析和时程分析结果；输出WMF, BMP, PNG格式的图形；使用XML、Word和Html生成优秀的计算书。附件：MIDAS/GTS国内部分用户西南华北北京交通大学北京科技大学北京工业大学石家庄铁道学院太原理工大学内蒙古工业大学燕山大学北京市政设计研究院中国铁道科学研究院研究室中交公路规划设计院山西省交通规划设计院北京特泽热力工程设计有限责任公司中铁工程设计咨询集团有限公司河北中交远洲工程试验检测有限公司铁道部第三勘察设计院中铁隧道勘测设计院有限公司西南交通大学成都理工大学重庆大学铁道部第二勘察设计院四川省交通厅公路规划勘测设计研究院重庆交通科研设计院中国水电顾问集团成都勘测设计研究院林同棪国际（重庆）工程咨询有限公司重庆市设计院铁道第二勘察设计院三峡地灾防治顾问部中铁二院工程集团有限责任公司重庆设计研究院贵州通远公路勘察设计咨询有限公司中铁二院工程集团有限责任公司信息技术中心华东中南广东工业大学华南理工大学华南理工大学建筑设计研究院中南大学广州大学长沙理工大学深圳市西伦土木结构有限公司铁道第四勘察设计院广东省公路勘察规划设计院广东省建筑设计研究院长江勘测规划设计研究院广州市市政工程设计研究院深圳市市政工程设计院中铁郑州勘察设计咨询院有限公司河海大学浙江大学城市学院同济大学上海交通大学中国矿业大学