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Midas gts数值分析方法介绍汇报人 熊田芳 一 midas简介 Midas软件为韩国浦项制铁 POSCO 集团开发 在韩国软件市场中占有率排行第一 2002年11月引进中国 Midas软件涉及有 建筑结构领域 midas building gen 岩土领域 midas gts 桥梁领域 midas civil 二 midas gts应用领域 1 山岭隧道 二 midas gts应用领域 2 地下厂房 断层带 二 midas gts应用领域 3 水利大坝 二 midas gts应用领域 4 桥台基础 二 midas gts应用领域 5 边坡工程 二 midas gts应用领域 6 基坑开挖 二 midas gts应用领域 7 地铁隧道 二 midas gts应用领域 8 铁路移动荷载 移动荷载 二 midas gts应用领域 9 抗震分析 三 midas gts分析功能 提供的分析功能如下 各种分析类型可参考程序自带例题 或yantubbs论坛 仿真论坛等 D ProgramFiles MIDAS GTS 四 单元类型 可选用多种单元类型进行地层 结构模拟 五 本构模型 根据不同地层特点选用本构模型 六 计算步骤 计算步骤基本与常用软件sap2000类似 1 建立模型 CAD导入 地层及结构相应简化 模拟的范围取隧道两侧及下侧各取3D 2 定义材料属性 地层参数根据地勘资料取值 根据经验 弹性模量取3 5倍压缩模量 3 网格划分 指定单元材料属性 隧道内结合施工工序分块 4 施加荷载 自重 上部建筑荷载或地震作用等 5 定义施工步骤 生成初始应力场 根据工序钝化 激活单元 5 边界约束 固定约束或弹簧约束 6 定义分析类型 线性静态 施工阶段 时程等7 计算分析 平面模型速度较快 三维分析时间较长 8 查看结果 位移 应力 应变 塑性区 弯矩 轴力等 与常用软件ansys flac3d等相比 简单易操作 计算周期短等 七 具体操作实例 地铁结构常用分析类型具体实例操作 1 线性静力分析 荷载 结构模型 2 施工阶段分析 地层 结构模型 3 抗震分析 七 1 线性静力分析 荷载结构模型计算方法基本上与sap2000相同 计算步骤如下 CAD建模型导入程序定义材料属性划分网格 赋予结构属性 指定弹簧约束施加荷载定义荷载组合定义分析类型 线性静力 计算分析查看结果结构配筋 与sap2000相比较 1 CAD建模型时 不需将曲线分段 因而不需分小段施加荷载2 弹簧背离结构端可施加强制位移 满足反应位移法分析要求3 经比较 计算结构内力较sap2000基本一致 七 具体操作实例 地铁结构常用分析类型具体实例操作 1 线性静力分析 荷载 结构模型 2 施工阶段分析 地层 结构模型 3 抗震分析 七 2 施工阶段分析 1 一般问题可采用平面应变分析 涉及到不规则地下结构 交叉隧道等空间问题需进程三维模型分析 2 三维分析两种建模方法 分别生成六面体单元和四面体单元 建模相对复杂 分析时间较长 详见相关例题 3 以八号线下穿平瓦房风险源计算实例介绍平面应变分析方法 4 具体实例操作 七 具体操作实例 地铁结构常用分析类型具体实例操作 1 线性静力分析 荷载 结构模型 2 施工阶段分析 地层 结构模型 3 抗震分析 七 3 抗震分析 根据 城市轨道交通结构抗震设计规范 征求意见稿 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 七 3 抗震分析 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 七 3 抗震分析 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 七 3 抗震分析 2 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 地震动峰值位移表 地震动峰值位移调整表 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 七 3 抗震分析 2 反应位移法分析2 各项地震作用计算 B 结构惯性力 七 3 抗震分析 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 七 3 抗震分析 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 根据北京16号线 6号线反应位移法分析结构 地震组合基本上不控制结构配筋 七 3 抗震分析 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 七 3 抗震分析 3 时程法分析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 七 3 抗震分析 3 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 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 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 操作实例 七 3 抗震分析 汇报结束 谢谢