GTS NX抗震分析专题19

GTSNX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

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、时程法分分析1）地震动参数数。根据地勘或或安评报告告，选用地地层动弹模模、动泊松松比、加速速度时程函函数、地震震持续时间间等。采用用三组50年超越概率率为10%地震（E2地震）的基岩加速速度时程函函数进行时时程法分析析，取其中中最不利影影响结果与与反应位移移法结果比比较。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GTSNX,可以通过地面曲线弹簧很容易地生成弹性边界。A.特征值分析析B.时程法分析2）计算方法。。A、考虑水平平和竖向地地震波的影影响，其加加速度最大大值按照1（水平X方向）：0.85（水平Y方向）：0.65（竖向）的比例调整整。B、计算模型型的侧面人人工边界距距地下结构构为3倍车站水平有有效宽度，，底面人工边边界距结构构为3倍车站竖向向有效高度度，上表面面取至实际际地表。C、模型边界界采用粘弹性吸收收边界。为了定义义粘性边界界需要计算算相应的土土体x,y,z方向上的阻阻尼比。计计算阻尼的的公式如下下：λ：体积弹性性系数(KN/m2)G：剪切弹性性系数(KN/m2)E：弹性模量量(KN/m2)ν：泊松比A：截面积(m2)荷载施加1.地震波（无无量纲加速速度）2.爆破荷载施施加（动力力荷载生成成器）3.耦合重力、、初始应力力场（如何考虑））4.时程结果特征值分析析用于分析岩岩土/结构的固有有动力特性性，通过特特征值分析析得到岩土土/结构的固有有模态（振振型形状））、固有周周期（固有有频率）、、振型参与与系数等。。这些特性性取决于结结构的质量量和刚度。。换言之，结结构一旦确确定，其固固有频率和和固有模态态也就确定定，模态的的数量与结结构自由度度相同。实实际情况中中，结构几几乎并不按按照单独一一种模态形形状振动并并且表现出出多模态重重叠的复杂杂振型。这里，所谓谓的质量参参与系数为为结构的质质量的百分分比数，表表示当结构构按复杂的的振动模态态振动时，，参与到振振动的结构构比重。例例如，如果果第一模态态的质量参参与系数为为60%，就是指在在结构总质质量中，第第一模态的的结构质量量参与比重重为60%。因此，地地震波分析析采用质量量参与系数数高的模态态。一般情情况下，结结构振动模模态的质量量参与系数数和达到90%时，，也也可可视视为为足足够够正正确确的的分分析析。。但是是，，与与结结构构不不同同，，岩岩土土材材料料的的材材料料属属性性相相对对较较小小，，所所以以特特征征值值分分析析中中其其质质量量参参与与系系数数很很难难超超过过90%，周周期期也也相相对对较较小小，，因因此此具具体体而而言言不不存存在在标标准准。。固有有周周期期定定义义为为结结构构在在自自由由振振动动状状态态下下按按相相应应模模态态形形状状振振动动一一次次所所需需的的时时间间，，是是与与固固有有模模态态1：1对应应的的固固有有值值。。振型型叠加加法法振型型叠叠加加法法是是把把结结构构位位移移假假设设为为具具有有位位移移正正交交性性的的线线性性组组合合。。据据此此，，对对选选择择的的振振型型，，可可以以利利用用更更简简单单的的时时间间积积分分方方程程计计算算动动力力响响应应。。振振型型叠叠加加法法多多用用于于结结构构分分析析程程序序，，并并且且可可以以用用较较小小的的计计算算量量，，有有效效地地计计算算大大型型结结构构的的线线性性动动力力响响应应。。但但是是，，整整体体响响应应的的准准确确性性取取决决于于使使用用的的固固有有振振型型的的数数量量，，所所以以需需要要适适当当地地选选择择计计算算中中所所需需的的固固有有振振型型数数。。直接接积积分分法法直接接积积分分法法把把整整个个分分析析区区域域的的自自由由度度作作为为未未知知变变量量的的时时程程分分析析，，是是把把整整个个自自由由度度的的动动力力平平衡衡方方程程按按照照时时间间逐逐步步积积分分后后求求解解的的方方法法。。各各时时间间步步的的求求解解过过程程中中没没有有平平衡衡方方程程形形式式的的变变化化，，并并且且可可采采用用多多种种积积分分的的方方法法。。直直接接积积分分法法是是对对所所有有时时间间步步都都执执行行分分析析，，因因此此分分析析所所需需的的时时间间与与时时间间步步长长和和数数量量成成正正比比。。定义义时间间步步骤骤时程程分分析析的的时时间间步步在在振振型型叠叠加加法法和和直直接接积积分分法法中中不不同同。直直接接积分分法法利利用用定定义义的的时时间间步步，，按按照照隐隐式式（（implicit）积积分分的的方方法法执执行行分分析析。。因因此此，，结结果果的的准准确确度度会会根根据据定定义义的的时时间间步步大大小小而而不不同同。。一一般般情情况况下下，，如如果果时时间间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确确的的结结果果。。定定义义过过大大的的时时间间步步就就会会在在时时间间积积分分过过程程中中发发生生误误差差；；相相反反，，过过小小的的时时间间步步产产生生不不必必要要