SoilWorks内训资料课件

1、0Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT等效线性分析Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效线性分析 (Equivalent Linearization Analysis)目录 等效线性分析简介 一维自由场分析 二维等效线性分析1Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效线性分析简介频率响应分析(Complex ResponseAnalysis) 为什么要做频域响应分析?辐射阻尼(Rad

2、iationdamping)- 地基的无限性导致衰减- 地震波能量在无限地基中传递过程中的动能衰减- 根据传递的形式衰减方式不同- 外力(地震作用、机械振动等)容易用频域模拟，使用频率分析的效率较高- FrequencyIndependentComplexShear Modulus(Kramer, 1996)G* G1i2- FrequencyDependentComplexShearModulus(Udaka, 1975)G* G12 2 i2 1 2- Simplified Complex ShearModulus(Kramer, 1996)G* G12 2 i22Acceleration

3、(g)Fourier amplitudeTFAcceleration(g)Fourier amplitude3Total Solution for True Analysis-driven Design3.0002.0001.0000.000010203040500.0000.0250.0200.0150.0100.00501020304050Frequency0.0100.0050.0000.0250.0200.01501020304050Frequency4.000-0.150.100.050.00-0.05-0.10Frequency(Hz)0.150246810Time(sec)FFT

4、FFT -1soil-0.150.050.00-0.05-0.10028104 6Time(sec)MIDASIT 等效线性分析 (Equivalent Linearization Analysis)频率响应分析(Complex ResponseAnalysis)0.150.10Total Solution for True Analysis-driven Design等效线性化方法(Equivalent Linearization Method) 频域分析方法为线性分析方法 地基材料为非线性材料 使用模拟辐射阻尼容易的频域分析方法 需要使用反映材料非线性特性的等效线性化方法(equivale

5、ntlinearization method)4MIDASIT 等效线性分析(Equivalent Linearization Analysis)Total Solution for True Analysis-driven Design5.重复上面的第2第4步骤，获得收敛的G值和h值，一般取相对误差小于5%时的值，一般迭代5次左右即可获得收敛值。5M 110R G h4. 使用有效剪切应变，通过各土层的动力特性曲线（/Gmax eff 曲线、eff 曲线）获得剪切弹性模量和阻尼比。MIDASIT 等效线性分析 (Equivalent Linearization Analysis)等效线性化方

6、法(Equivalent Linearization Method)1. 定义各土层的初始剪切模量(G)和阻尼比(h)，一般使用剪应变很小时的值。2. 使用初始值进行自由场分析计算各层的最大剪切应变 max3. 计算各层的有效剪切应变 effeff R max其中 R为有效剪切应变系数(由用户输入),一般取0.65，或根据地震规模按下式计算(Seed & Sun, 1992)。分析方法应变需要输入地基数据试验、勘探线性10-5土壤基本数据工程学基岩剪切波速密度(G/G0g,hg)液化强度勘探标准贯入度试验井测动力变形试验液化试验等效线性510-3非线性全应力分析有效应力分析510-210-1T

7、otal Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效线性分析 (Equivalent Linearization Analysis)等效线性化方法(Equivalent Linearization Method)6Total Solution for True Analysis-driven Design一维自由场分析简介 自由场分析简要- 水平层结构(一维)- 考虑地基的非线性特性(等效线性化分析、动力非线性分析、有效应力分析)(SHAKE、YUSAYUSA、DYNAQ等程序)- 根据一维波动理论(重复反射理论)计算各地层的响应 在实

8、际设计中经常使用的原因- 输入地表面或地层内的地震波时，可反算基岩的地震波- 可获得地基的位移分布，用户地下建筑物的位移法分析- 通过地层的剪切应力判断地基的液化 自由场分析的不足之处- 分析非均质地基(不是水平层结构)的地基响应不是很准确- 地基内存在结构构件时，不能考虑地基-结构间的动力相互作用7MIDASIT 一维自由场分析(FreeField Analysis).8Total Solution for True Analysis-driven Design1mm+1u1x1u2x2umxmxm+1um+1um+2xm+2uNxNNh1hmhm+1hN=G1 1 1Gm m mGm1 m

9、1 m1GN N NParticle motionIncident waveReflected waveLayerNo.CoordinateSystemPropagationDirectionPropertiesThicknessMIDASIT 一维自由场分析(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()

10、ai()bi()m(xm,) ikm *Gm *(Am()eikxBm()eikm m xx 层位移函数* *m m* *Total Solution for True Analysis-driven Design 使用各层接触面上的协调条件得到的递推公式* * kmGm * h * km1Gm1 在地表面A1=B1Am() am()A 1()Bm() bm()B1()传递函数Hij() uj() aj()bj() 层位移函数ui() Hij()uj()9MIDASIT 一维自由场分析(FreeField Analysis)分析理论 基本方程(波动方程)2 2 3 G 2G2 2 2 位移/应

11、力u(x,t) u(x,)eit* 2x210Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 一维自由场分析(FreeField Analysis)不同观测点上的地震波Total Solution for True Analysis-driven DesignE为入射波(上升波)F为反射波(下降波)11在基岩中输入的地震是哪种类型(2E、E+F)?(由观测条件决定)地表面基岩EFEEFF2E在地表面入射波与反射波相同E=F、观测的地震波为2E 输入地震波(Control Motion)- 观测的露头岩波: 将2E类型波作用在基岩上-

12、观测的地表面波: 将2E类型波作用在地表面- 观测的地层内的波: 将E+F类型波作用在地层MIDASIT 一维自由场分析(FreeField Analysis)输入的地震波类型2E、E+F12Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 一维自由场分析(FreeField Analysis)输出的地震波类型 露头岩(Outcrop) / 内部地层 (Within)Total Solution for True Analysis-driven Design二维等效线性分析简要 复杂响应分析方法简要是分析岩土-结构相互作用的主要分析方法

13、，通过等效线性化方法和辐射阻尼的协调函数计算复刚度系数，用于有限元模型的分析中(代表性程序有FLUSH)。-岩土-结构相互作用分析(Soil-Structure Interaction Analysis)地震波通过岩土媒介到达结构的基础上，引起结构的基础和结构发生振动。结构的振动引起结构产生惯性力，惯性力通过基础重新作用在地基上地基与结构的这种相互影响的运动称为地基-结构相互作用地基与结构的刚度相差越大，相互作用的效果越大地上结构主要受结构质量和地基质量差异引起的惯性相互作用(inertial interaction)的影响- 地下结构主要受结构的刚度和地基刚度差异引起的运动相互作用(kine

14、maticinteraction)的影响13MIDASIT 二维等效线性分析14MIDASIT 二维等效线性分析地基-结构的相互作用(SSI)运动相互作用(散射问题，Scattering Problem)Total Solution for True Analysis-driven Design惯性相互作用(辐射问题，Radiation Problem)Total Solution for True Analysis-driven Design-直接法(Direct Method)建立包含地基和结构的模型分析复杂形状的结构比较容易可以考虑地基的空间特性和非线性特性为了解决辐射问题(Radiat

15、ion Problem)，模型尺寸需要足够大。考虑粘性边界、传递边界、边界单元、无限单元等地基的半无限空间特性子结构法(Substructure Method)将地基用动力刚度矩阵(阻抗矩阵，Impedance矩阵)表示简化了地基-结构相互作用分析适合于基础形状比较简单时不能考虑地基的非线性特性代表性的程序有SASSI(主要考虑结构的响应)15MIDASIT 二维等效线性分析地基-结构的相互作用(SSI)传递边界频域分析-D2d粘性边界时程分析HdD5d一般边界有效应力分析-D10d16边界条件分析方法模型深度模型的宽度自由地基自由地基边界条件边界条件边界条件半无限弹性地基H E模型DTota

16、l Solution for True Analysis-driven Design结构d模型边界地基反射波MIDASIT 二维等效线性分析半无限空间的边界条件结构Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 二维等效线性分析分析流程建立地基和结构模型输入结构特性信息输入地基特性信息特征值分析构成模型的矩阵定义有效剪切应变系数迭代计算(满足收敛误差小于5%)确认地基资料柱状图输入地基的动力特性值运行复杂响应分析地基的等效线性化曲线地基刚度等效线性化定义输入的地震波左、右侧传递边界自由场分析定义能量传递边界输出地震时结构的内力17To

17、tal Solution for True Analysis-driven Design分析流程模型左侧传递边界自由场分析(收敛特性值)特征值分析(特征值、特征向量)模型右侧传递边界自由场分析(收敛特性值)特征值分析(特征值、特征向量)构成能量传递边界的模型矩阵迭代计算(收敛误差小于5%)确认是否收敛(GD、h的收敛误差要小于5%)18MIDASIT 二维等效线性分析Total Solution for True Analysis-driven Design结构传递边界地基底部的粘性边界MIDASIT 二维等效线性分析自动生成二维等效线性边界条件传递边界传递边界底部的粘性边界传递边界：由考虑水平方向土层频率影响的弹簧和阻尼构成19Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 二维等效线性分析自动生成二维等效边界条件传递边界：由考虑水平方向土层频率影响的弹簧和阻尼构成自由场阻尼：用户自己选择节点输入弹簧和阻尼底部粘性边界：考虑底部沿X向的阻尼20Total Solution for Tr