Midas-gtsMidas-gts数值分析方法介绍数值分析方法介绍汇报人：熊田芳汇报人：熊田芳汇报人：熊田芳汇报人：熊田芳一、一、一、一、midasmidasmidasmidas简介简介简介简介MidasMidas软软件件为为韩韩国国浦浦项项制制铁铁(POSCO)(POSCO)集集团团开开发发，在在韩韩国国软软件件市市场场中中占占有有率排行第一，率排行第一，20022002年年1111月引进中国。月引进中国。MidasMidas软件涉及有：建筑结构领域（软件涉及有：建筑结构领域（midas-buildingmidas-building、gengen）; ; 岩土领域（岩土领域（midas-gtsmidas-gts）; ; 桥梁领域（桥梁领域（midas-civilmidas-civil）。）。二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域1 1、山岭隧道、山岭隧道二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域2 2、地下厂房（断层带）、地下厂房（断层带）二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域3 3、水利大坝、水利大坝二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域4 4、桥台基础、桥台基础二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域5 5、边坡工程、边坡工程二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域6 6、基坑开挖、基坑开挖二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域7 7、地铁隧道、地铁隧道二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域8 8、铁路移动荷载、铁路移动荷载移动荷载移动荷载二、二、二、二、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts应用领域应用领域应用领域应用领域9 9、抗震分析、抗震分析三、三、三、三、midas-gtsmidas-gtsmidas-gtsmidas-gts分析功能分析功能分析功能分析功能提供的分析功能如下：提供的分析功能如下：各种分析类型可参考程序自带例题，或各种分析类型可参考程序自带例题，或yantubbsyantubbs论坛、仿真论坛等。论坛、仿真论坛等。D:Program FilesMIDASGTSD:Program FilesMIDASGTS四、单元类型四、单元类型四、单元类型四、单元类型可选用多种单元类型进行地层、结构模拟：可选用多种单元类型进行地层、结构模拟：五、本构模型五、本构模型五、本构模型五、本构模型根据不同地层特点选用本构模型：根据不同地层特点选用本构模型：六、计算步骤六、计算步骤六、计算步骤六、计算步骤计算步骤基本与常用软件计算步骤基本与常用软件sap2000sap2000类似：类似：1 1、建立模型。建立模型。CADCAD导入，地层及结构相应简化，模拟的范围取隧道导入，地层及结构相应简化，模拟的范围取隧道 两侧及下侧各取两侧及下侧各取3D3D。2 2、定义材料属性。定义材料属性。地层参数根据地勘资料取值，地层参数根据地勘资料取值， 根据经验，弹性模量取根据经验，弹性模量取3535倍压缩模量。倍压缩模量。3 3、网格划分。网格划分。指定单元材料属性，隧道内结合施工工序分块。指定单元材料属性，隧道内结合施工工序分块。4 4、施加荷载。施加荷载。自重、上部建筑荷载或地震作用等。自重、上部建筑荷载或地震作用等。（5 5、定义施工步骤、定义施工步骤）生成初始应力场，根据工序钝化、激活单元。）生成初始应力场，根据工序钝化、激活单元。5 5、边界约束。边界约束。固定约束或弹簧约束。固定约束或弹簧约束。6 6、定义分析类型。定义分析类型。线性静态、施工阶段、时程等线性静态、施工阶段、时程等7 7、计算分析。计算分析。平面模型速度较快，三维分析时间较长。平面模型速度较快，三维分析时间较长。8 8、查看结果。查看结果。位移、应力、应变、塑性区、弯矩、轴力等。位移、应力、应变、塑性区、弯矩、轴力等。 与常用软件与常用软件ansysflac3dansysflac3d等相比，简单易操作、计算周期短等。等相比，简单易操作、计算周期短等。七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例地铁结构常用分析类型具体实例操作：地铁结构常用分析类型具体实例操作：1 1、线性静力分析（荷载、线性静力分析（荷载- -结构模型）；结构模型）；2 2、施工阶段分析（地层、施工阶段分析（地层- -结构模型）；结构模型）；3 3、抗震分析。、抗震分析。七七七七-1-1-1-1、线性静力分析、线性静力分析、线性静力分析、线性静力分析荷载结构模型计算方法基本上与荷载结构模型计算方法基本上与sap2000sap2000相同，计算步骤如下：相同，计算步骤如下：CADCAD建模型导入程序建模型导入程序 定义材料属性定义材料属性 划分网格划分网格( (赋予结构属性赋予结构属性) ) 指指定定弹弹簧簧约约束束 施施加加荷荷载载 定定义义荷荷载载组组合合 定定义义分分析析类类型型（线线性性静静力）力） 计算分析计算分析 查看结果查看结果 结构配筋。结构配筋。 与与sap2000sap2000相相比比较较，1 1）CADCAD建建模模型型时时，不不需需将将曲曲线线分分段段，因因而而不不需需分分小小段段施施加加荷荷载载2 2）弹弹簧簧背背离离结结构构端端可可施施加加强强制制位位移移，满满足足反反应应位位移移法法分析要求分析要求3 3）经比较，计算结构内力较）经比较，计算结构内力较sap2000sap2000基本一致。基本一致。七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例地铁结构常用分析类型具体实例操作：地铁结构常用分析类型具体实例操作：1 1、线性静力分析（荷载、线性静力分析（荷载- -结构模型）；结构模型）；2 2、施工阶段分析（地层、施工阶段分析（地层- -结构模型）；结构模型）；3 3、抗震分析。、抗震分析。七七七七-2-2-2-2、施工阶段分析、施工阶段分析、施工阶段分析、施工阶段分析1 1、一一般般问问题题可可采采用用平平面面应应变变分分析析；涉涉及及到到不不规规则则地地下下结结构构、交交叉叉隧隧道道等空间问题需进程等空间问题需进程三维模型分析三维模型分析。2 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。、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。建模相对复杂，分析时间较长，详见相关例题。3 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。、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 4、具体实例操作。、具体实例操作。七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例七、具体操作实例地铁结构常用分析类型具体实例操作：地铁结构常用分析类型具体实例操作：1 1、线性静力分析（荷载、线性静力分析（荷载- -结构模型）；结构模型）；2 2、施工阶段分析（地层、施工阶段分析（地层- -结构模型）；结构模型）；3 3、抗震分析。、抗震分析。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析 根据根据城市轨道交通结构抗震设计规范城市轨道交通结构抗震设计规范（征求意见稿），抗震（征求意见稿），抗震设防烈度为设防烈度为7 7 度及以上度及以上的地下车站结构和区间隧道结构，应进行结构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；抗震性能的验算；7 7 度区地质条件及结构形式简单的区间隧道结构，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。计算内容包括可不进行抗震性能验算。计算内容包括反应位移法反应位移法、时程法分析时程法分析等。等。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析1 1、抗震设计流程、抗震设计流程需进行时程分析的情况：需进行时程分析的情况：A A、地下结构纵向的断面变化较、地下结构纵向的断面变化较 大或在横向有结构连接；大或在横向有结构连接；B B、地质条件沿地下结构纵向、地质条件沿地下结构纵向 变化较大，软硬不均；变化较大，软硬不均；C C、隧道线路存在急曲线。、隧道线路存在急曲线。地震参数：地震参数：A A、地下结构应进行、地下结构应进行E2 E2 地震作用地震作用下的弹下的弹 性内力和变形分析，此时可假定结性内力和变形分析，此时可假定结 构与构件处于弹性工作状态。构与构件处于弹性工作状态。B B、结构形式不规则且具有明显薄弱部、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车站结构应按本规范有关规定进行 E3 E3 地震作用地震作用下的弹塑性变形分析。下的弹塑性变形分析。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析2 2、反应位移法分析、反应位移法分析1 1）计算荷载及其组合：）计算荷载及其组合：A A、地震作用地震作用（土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力作用），（土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力作用）， 可由可由一维土层地震反应分析一维土层地震反应分析得到；对于进行了工程场地得到；对于进行了工程场地地震安全地震安全 性评价性评价工作的，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，可通过行工程场地地震安全性评价工作的，可通过计算公式计算公式推算。推算。B B、 非地震作用非地震作用( (土压、水压、自重等土压、水压、自重等) )取值、分类应按取值、分类应按 地铁设计规范地铁设计规范执行；执行；C C、抗震设计、抗震设计荷载组合荷载组合应按应按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范规定执行。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 4抗震荷抗震荷载作用下构件作用下构件强强度度验算算1.21.21.31.35人防荷载作用下构件强度验算1.21.06构件抗浮稳定验算1.0七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析2 2、反应位移法分析、反应位移法分析2 2）各项地震作用计算：）各项地震作用计算：A A、土层相对位移。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、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表 地震动峰值位移调整表地震动峰值位移调整表 式中：式中：U(z)-U(z)-地震时深度地震时深度z z处土层的水平位移处土层的水平位移(m)(m)； Z Z- -深度深度(m)(m)； Umax- Umax-场地地表最大位移；场地地表最大位移； H- H-地面至地震作用基准面的距离地面至地震作用基准面的距离(m)(m)。一般情况下，对于埋置于地层中的隧道和一般情况下，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地下车站结构，应按地面至剪切波速大于500m/s500m/s且其下卧各岩土的剪切波速均不小于且其下卧各岩土的剪切波速均不小于500m/s500m/s的土层顶面的距离确定基岩面的深度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通过在模型中的地基弹簧非结构连接端的节点水平方向结构连接端的节点水平方向上施加上施加相对底板的强制位移相对底板的强制位移。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析2 2、反应位移法分析、反应位移法分析2 2）各项地震作用计算：）各项地震作用计算：B B、结构惯性力。结构惯性力。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析2 2、反应位移法分析、反应位移法分析2 2）各项地震作用计算：）各项地震作用计算：C C、结构周围剪力。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。定土层应变，最终通过物理关系计算土层剪力。其中其中G G为土体的动剪切模量。为土体的动剪切模量。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析2 2、反应位移法分析、反应位移法分析3 3）结构内力计算。通过施加地震作用及非地震作用，采用）结构内力计算。通过施加地震作用及非地震作用，采用荷载荷载- -结构结构模型模型进行内力计算，计算模型如下图所示。根据北京进行内力计算，计算模型如下图所示。根据北京1616号线、号线、6 6号线反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。应位移法分析结构，地震组合基本上不控制结构配筋。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析3 3、时程法分析、时程法分析 隧道与地下车站结构地震反应分析可采用隧道与地下车站结构地震反应分析可采用波动法波动法或者或者振动法。振动法。 当采用当采用波动法波动法进行地震动输入时，模型边界应采用粘性人工边界进行地震动输入时，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。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。 当采用当采用振动法振动法输入时，一般采用输入基岩加速度，结构对于基岩输入时，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。时间的分析方法。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析3 3、时程法分析、时程法分析 1 1）地地震震动动参参数数。根根据据地地勘勘或或安安评评报报告告，选选用用地地层层动动弹弹模模、动动泊泊松松比比、加加速速度度时时程程函函数数、地地震震持持续续时时间间等等。采采用用三三组组5050年年超超越越概概率率为为10%10%地地震震（E2E2地地震震）的的基基岩岩加加速速度度时时程程函函数数进进行行时时程程法法分分析析，取取其其中中最最不不利影响结果与反应位移法结果比较。利影响结果与反应位移法结果比较。七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析3 3、时程法分析、时程法分析2 2）计算方法。计算方法。A A、考虑水平和竖向地震波的影响，其加速度最大值按照、考虑水平和竖向地震波的影响，其加速度最大值按照 1 1（水平（水平X X方向）：方向）：0.850.85（水平（水平Y Y方向）：方向）：0.650.65（竖向）（竖向）的比例调整。的比例调整。B B、计算模型的侧面人工边界距地下结构为、计算模型的侧面人工边界距地下结构为3 3倍倍车站水平有效宽度，车站水平有效宽度， 底面人工边界距结构为底面人工边界距结构为3 3倍车站竖向有效高度，上表面取至实际地表。倍车站竖向有效高度，上表面取至实际地表。C C、模模型型边边界界采采用用粘粘弹弹性性吸吸收收边边界界。为为了了定定义义粘粘性性边边界界需需要要计计算算相相应应的的土体土体x, y, zx, y, z方向上的阻尼比。计算阻尼的公式如下：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 3、时程法分析、时程法分析3 3）计算过程。计算过程。A A、特征值分析。特征值分析。网格划分完成后，边界施加曲面弹簧（基床系数），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，得到第直接进行特征值分析，得到第1 1，2 2振型的周期，用于时程分析。振型的周期，用于时程分析。B B、时程分析。时程分析。网格划分完成后，边界施加曲面弹簧（阻尼），定义网格划分完成后，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）。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 C、反应位移法分析。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，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。进行反应位移法分析。 操作实例操作实例七七七七-3-3-3-3、抗震分析、抗震分析、抗震分析、抗震分析汇报结束！汇报结束！谢谢！谢谢！