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midas GTS NX的线性和非线性动力分析

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01_MIDAS GTS NX分析手册简介

01_MIDAS GTS NX分析手册简介

Table 1.3.2 Files created during numerical analysis
File name InputName.DASM#.bin InputName.FACT#.bin#
InputName.EIGS#.bin#
InputName.MSTO#.bin
Point of creation/Content Generation, finite element related information for all analyses Generation, matrix information when selecting the multi frontal method Lancoz resampling information when selecting eigenvalue analysis Large scale matrix, vector related information internally recorded in the disk
Section 1. Overview | 1
ANALYSIS REFERENCE
Chapter 1. Introduction
This manual is mainly composed of theoretical and technical information that make up the base of detailed analysis for the effective usage of the GTS NX program. The contents of each chapter are as follows:
The temporary files created during the analysis process of GTS NX and their content are as follows.

midas GTS NX的线性和非线性动力分析

midas GTS NX的线性和非线性动力分析
隧道爆破影响分析爆破影响分析线性时程分析图形01gtsnx的动力分析概要02自由场分析ffa03反应谱分析04二维等效线性分析05线性时程分析直接积分振型叠加06非线性时程分析直接积分法07非线性时程分析强度折减法08振动加速度级的输出非线性时程分析直接积分法非线性时程分析概要等效线性分析虽然对线性时程分析进行了改善但是不能模拟非线性特性较为明显的材料或接近共振的状态对于非线性特性较为明显的岩土材料需要使用非线性时程分析方法对于核电工业设施建筑桥梁地铁隧道等重要的工程需要进行上部结构下部基础地基的协同分析23线性等效线性非线性分析的应力应变关系比较不同应变范围适用的动力分析方法状态线性非线性液化侧向流动分析方法线性分析等效线性分析非线性分析液化分析有效应力分析2014年类别线性时程分析非线性时程分析叠加原理o对于不同荷载结果可以使用线性叠加结果大小与荷载大小成比例o不能线性叠加不同荷载结果共振o激振频率与固有频率相同或接近时发生o随着响应的变化固有频率也会发生变化o在与初始固有频率不同的激振频率作用下也有可能发生共振平衡点平衡点o力的平衡点只有一个o力的平衡点只有o力的平衡点会有多个o力的平衡点会有多个非线性时程分析直接积分法非线性时程分析与线性时程分析的比较24个结果o对于谐振荷载会输出较为规律的结果o材料非线性特性较为明显时时程结果看起来会不规则初始条件o不受初始条件影响o受初始条件影响非线性动力分析过程高级非线性分析选项牛顿准牛顿刚度的更新收敛加速稳定化通过线搜索和时间分割保证分析的成功tangentmatrixresidualforce用户自定义时间步骤可调整各步骤的时间步长按需要的精确度进行更有效率的分析100dtsec与非线性静态分析相同非线性时程分析直接积分法25与非线性静力分析的荷载分割概念类似equationsolvelinesearchconvergencestatecheckadvancetimestepbisecttimestepmoreiteration110001timesec需要使用hht的噪音消除功能分析过程中因时间步长的修改产生的噪音与非线性静态分析相同非线性动力分析希尔伯特黄变换hhtalpha法可考虑数值衰减的一般化的newmark方法使用数值衰减系数修正平衡方程最小化正确度损失可消除高频区域的噪音dampingfinternalfexternalfdampingfinter

midasGTS常见问题释疑

midasGTS常见问题释疑

MIDAS/GTS常见问题释疑第一部分：程序安装 (2)1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？ (2)2.问：启动程序时提示密钥号错误？ (2)第二部分：前处理 (2)1.问：顶点拟合曲面为何有时不能实现？ (2)2.问：NURSS面与边界面的区别？ (2)3.问：检查重复形状应注意哪些问题？ (3)4.问：几何/合并面线的作用是什么？ (3)5.问：利用‘填充网格’命令将二维单元转变为三维单元时，为什么提示上下面单元数不同？ (3)6.问：为什么在连续点选缩放、平移、分行视图及旋转的时候功能会产生混淆？ (3)7.问：将二衬定义为实体的时候需要注意什么问题？ (3)8.问：“the quadratic 1-dimensional element type is supported”错误命令是什么意思？ (3)9.问：匹配面线命令的作用和用法? (3)10.问：在加‘面压力’时,其对象类型有‘单元,单元-面’ 有什么区别？ (4)11.问：GTS可以导入导出哪些格式，如何导入电子地图，电子地图抓图的精度如何？ (4)12.问：我们建立地表面的栅格面都是等间距的，但实际的勘测点都是随意的不等间距点，那么该如何生成地表面？可否通过3点坐标生成地表面或地层面？ (4)13.问：在水头边界定义时，怎样查看水头边界是总水头还是压力水头？ (4)14.问：在几何线或面上加了荷载，可以将荷载直接转化到节点或单元上吗？ (4)15.问：水头边界有哪些类型？ (5)17.问：在GTS里面可不可以显示结构单元的截面特性？ (5)18.问：在GTS里面可不可以对某些常用的功能设置快捷键？ (5)19.问：在GTS里面可不可以实现对某个单元的显示或隐藏？ (5)20.问：出现如图2所示的提示？ (5)21.问：出现如图3所示的提示？ (5)22.问：出现如图4所示的提示？ (6)23.问：在GTS里都否实现单元、节点信息的输入输出？ (6)24.问：为什么加了梯形荷载之后，窗口中显示的荷载数值是梯形变化的，而图形显示是矩形的？ (6)第三部分 分析功能 (6)1.问：K0法与有限元法有什么区别? (6)2.问：计算边坡的时候需要注意的哪些问题？ (6)3.问：荷载释放率如何定义？ (6)4.问：为什么没有勾选位移清零，在第一步里面位移值也是零？ (7)5.问：GTS的动力分析，采用什么方法？可以做非线性分析吗？ (7)6.问：GTS的动力分析中，阻尼是怎么考虑的？ (7)7.问：GTS的动力分析中，动力荷载有哪些形式？ (7)8.问：在GTS中，动力边界是如何考虑的？ (7)9.问：在GTS中，质量矩阵采用何种形式？ (7)10.问：在GTS中，如何模拟移动荷载？ (8)11.问：在GTS中，爆破可以模拟吗？荷载是如何确定的？ (8)12.问：在GTS中，可以做场地的反应谱分析吗？有国内的场地规范吗？ (8)13.问：如何取得模型中某个点的加速度、速度、位移的时程图和时程序列？ (8)14.问：地震荷载是否可以仅施加在子结构上,另外在动力分析中是否可以施加位移荷载？ (8)15.问：在施工阶段考虑渗流问题，怎么考虑？ (8)16.问：在边坡稳定计算中怎么考虑渗流作用？ (8)17.问：渗流计算的时候，如何判断非稳定流和稳定流？ (8)18.问：在施工阶段分析中，包含非稳定流计算时，需要注意哪些问题？ (8)19.问：排水和非排水计算，在GTS中如何区别设置？ (9)20.问：在施工阶段渗流分析中出现如图6所示的提示？ (9)第四部分 后处理 (9)1.问：GTS里面前后处理之间可以直接切换吗？ (9)2.问：GTS中单元的内力怎么考虑？ (9)3.问：在特性/变形中变形前的线宽可否小于1？ (9)4.问：为什么在定义剖面图时候改变定义平面命令显示不变？ (9)5.问：梁单元的轴力和弯距方向怎么判断？ (9)6.问：梁单元的combined 1-4是什么意思？ (10)7.问：定义多个剖分面或剪切面来参看后处理结果时，为什么不能同时显示已定义的多个剖分面和或剪切面？ (10)8.问：在用剖分面、剪切面查看后处理结果后，怎么退出到基本视图？ (10)9.问：屈服比的定义是什么？屈服比和安全系数有什么关系？ (10)第一部分：程序安装1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？答：1.驱动程序没有安装好,请在“控制面板/添加或删除程序”中删除Sentinel Protection Inst aller 7.1.0，重新手动安装Sentinel Protection Installer 7.1.0。

midas gts NX分析工况

midas gts NX分析工况

利用施工阶段分析可以模拟岩土的施工过程。施工阶段分析由多个施工阶段构成，可以 按各阶段激活或钝化荷载、边界条件或单元，这种荷载、边界或单元的变化适用于任一阶 段。在GTS NX中，可以使用如下多种分析功能进行施工阶段分析。 应力－边坡分析 施工阶段过程中的应力分析及边坡稳定分析。 渗流分析 按施工阶段的稳定流及瞬态流分析。 应力－渗流－边坡耦合分析 施工过程中进行渗流-应力耦合及边坡稳定分析。 固结分析 对施工阶段中堆土及环境变化的固结分析。 完全应力－渗流耦合分析 考虑非稳定渗流的完全应力- 渗流耦合分析。
file://C:\Users\002702\AppData\Local\Temp\~hhB27D.htm
2015/2/13
w
页码，2/33(W)
新建
概要 创建执行分析的“分析工况”。设置各分析方法的使用的分析条件（网格组、边界条 件、荷载条件等）的阶段。特别是施工阶段分析的情况，可以采用5种不同的方法分析并且可 设定分析要用的数据。而且，可调整详细的分析选项及输出结果选项，并且可通过设置多个 施工阶段组对一个模型进行反复分析。
w
页码，1/33(W)
பைடு நூலகம்
分析工况
岩土分析可以通过与一般的结构分析的比较来解释。结构分析强调在结构上起作用的不 确定性荷载的权重。因此，可对通过系统性地组合各种结果获取的最大构件力执行构件设 计。与此相反，在岩土分析中，与荷载相比更重视的是施工阶段及材料自身的不确定性，掌 握岩土内部的物理性状态是非常重要的。因此，在岩土分析中，建模过程中会采用实体单 元，使之最大限度地反映岩土的形状和施工状况。应尽可能地考虑材料的各种非线性、各向 异性及原场地应力状态，来反映真实的现场状态。 岩土分析的程序可用于模拟实际现场条件，判断设计或施工条件是否可行。在岩土分析 中，涵盖的分析领域从一般性的静力分析，到渗流分析、应力-渗流耦合分析、固结分析、施 工阶段分析、动力分析、边坡稳定分析等。 提供的岩土分析功能如下。在这部分简要地概述了分析方法和对分析选项进行说明。详 细的分析信息须参考理论分析手册第五章。 1. 静力分析（Static Analysis） （1）线性静力分析 （2）非线性静力分析（非线弹性或弹-塑性分析） 2. 3. 施工阶段分析（Construction Stage Analysis） 渗流分析（Seepage Analysis） （1）稳定流分析（Steady State） （2）瞬态流分析（Transient） 4. 应力-渗流耦合分析（Coupled Seepage-Stress Analysis） （1）渗流-应力连续分析（Seepage-Stress Sequential Analysis） （2）固结分析（Consolidation Analysis） （3）完全应力-渗流耦合分析（Fully-coupled Seepage-Stress Analysis） 5. 动力分析（Dynamic Analysis） （1）特征值分析（EigenValue Analysis） （2）反应谱分析（Response Spectrum Analysis） （3）线性时程分析（振型叠加法）（Linear Time History（Modal）） （4）线性时程分析（直接积分法）（Linear Time History（Direct）） （5）非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis） （6）二维等效线性分析（2D Equivalent Linear Analysis） 6. 边坡稳定分析（Slope Stability Analysis） （1）边坡稳定分析（SRM）（Strength Reduction Method） （2）边坡稳定分析（SAM）（Stress Analysis Method） （3）非线性时程分析 + SRM（Dynamic-Slope Coupled Analysis）

GTS NX主要分析功能介绍

GTS NX主要分析功能介绍

[应力-渗流完全耦合分析]
5
验证例题
→ 对比参考文献的验证 → 使用标准例题对单元/材料的验证
Griffiths, D.V and Lane, P.A., Slope stability analysis by finite elements, Geotechnique, 1999
→ 对新功能有超过100个以上的验证例题
06 支持动力非线性分析
07 支持应力-渗流完全耦合分析
64位高性能计算
→ 可使用电脑配置的所有内存：32位程序仅能使用4GB内存 → In Core计算技术：考虑用户操作环境自动调整数据存储方法 → 并行计算技术：支持多核多线程计算
Out of core
[Model export]
In core
Pivot (CPU)
Update stiffness and residual(K i , f i ) thread0 Update stiffness and residual(K i , f i ) thread2 Update stiffness and residual(K i , f i ) thread3
m
k p,n
前阶段的渗透系数
150
k p , n 1 后阶段的渗透系数 m 亚松弛系数
[孔隙水压结果]
Strack, O. D. L. and Asgian, M. I., "A New Function for Use in the Hodograph Method“, Water Resources Research, 1978
x 3.08
191 sec
CPU Memory
[模型信息]
Intel Xeon X5647 2.93 GHz 8 core DDR3 48 Gigabyte

1MIDASGTS的分析功能

1MIDASGTS的分析功能

表 1.2 中 的 弹 性 模 量 是 采 用 无 裂 纹 的 小 试 验 体 在 实 验 室 通 过 实 验 获 得 的 完 整 岩 (intact rock)的弹性模量。所以具体设计中使用的弹性模量要考虑尺寸效应、岩 体 内 的 不 连 续 性 等 因 素 应 采 用 折 减 后 的 弹 性 模 量 。 图 1.3 是 各 种 岩 石 质 量 指 标 RQD(Rock Quality Designation)对应的弹性模量实测值图形。RQD是指在包含裂纹 的100cm的钻孔长度内超过10cm长度的岩心的累计长度占总长度比例。即使RQD为 100%也不能视为完整岩，但是RQD值越高，可以认为岩石品质越好。风化越严重， 岩石的RQD值越低。
ε x = ε y = −νε z
且
ε x , ε y , εz : x, y, z轴向应变
E
: 弹性模量
ν
: 泊松比
有剪切应力τ zx 时，剪切应变的计算公式如下。
γ zx
=
τ zx G
且， G 是剪切模量(shear modulus)。 剪切模量与弹性模量、泊松比的关系如下。
G
=
E
2 (1 + ν
2.2 线弹性分析
岩土分析中的线弹性分析是将围岩材料视为线弹性，分析其在静力荷载下的响应的 方法。岩土材料的线弹性阶段仅发生在荷载加载初期应变非常小时。线弹性分析不 考虑岩土破坏时的状态，将应力-应变关系理想化为直线，计算相对简单方便。从 理论上说，有限元方程式的表现形式是基于虎克(Hooke)法则的线弹性方程式，非 线性分析或弹塑性分析也可以按线弹性方程式的形式进行求解计算。
83
分析理论手册
84
According to the magnitude of the stress increment

Midas-GTS-NX报错信息提示、原因分析及操作建议

2007
FACTORIZATION FAILED DUE TO SINGULARITY AT "_ARG_REP_"（RANK="_ARG_REP_"）
刚度矩阵（秩=#）在节点ID=#处有奇异，无法分解。
模型没有完全约束，刚度矩阵有奇异无法分解。
整体模型没有完全约束。可以采取以下措施：
增加单点约束、多点约束或者是刚体单元来消除奇异点。
在分析模型里面接触对定义不正确。检查接触对的设置、接触容差是否满足要求。
单元没有刚度，运用“自动节点约束”或者其它合适的约束来消除奇异点。
2008
ERROR IN LINEAR EQUATION SOLVER（"_ARG_REP_"）.
线性方程求解器求解出错（说明）。
这个错误的产生，除了刚度矩阵有奇异（错误2007）外，还有可能是方程求解器的问题。当使用迭代求解（AMG求解器）时，就会产生错误[2008]，而不是错误[2007]，即使刚度矩阵有奇异；使用非迭代求解出现这样的错误时，必须要注意，这是不正常的现象，此时要参看圆括号里面的内容。
选用的线性方程求解器不合适，使用其它求解器或者让程序自动选择。
选取的方程求解器不适用当前的分析（比如选用迭代的AMG求解器来进行特征值分析）。
对于特征值分析，选用直接求解器（稠密求解器或者多波前求解器），或者使用自动选择功能。
2013
CANNOT RUN EMLS EIGEN SOLVER FOR "_ARG_REP_"
找到并并且修正扭曲的单元。如果使用了高次单元，使用“移除中间节点到两节点中心”功能来提高改善网格形状，路径是网格>单元>参数>2D/3D>修改单元拓扑。

MIDAS-GTS

MIDAS/GTS(岩土和隧道结构专用分析系统)简介1前言MIDAS(迈达斯)是一种有关结构设计有限元分析软件，由建筑/桥梁/岩土/机械等领域的10种软件组成，目前在造船，航空，电子，环境及医疗等新纪尖端科学及未来产业领域被全世界的工程技术人员所使用。

由韩国MIDAS IT公司开发。

MIDAS IT(MIDAS Information Technology Co.Ltd)正式成立于2000年9月1日，主要业务是开发和提供工程技术软件，并提供建筑结构设计咨询服务及电子商务的综合服务公司。

浦项制铁(POSCO)集团成立的第一个venture company，隶属于浦项制铁开发公司(POSCO E&C)。

POSCO E&C是POSCO 的一个分支机构，是韩国具实力的建设公司之一。

自从1989年由POSCO集团成立专门机构开始开发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。

北京迈达斯技术有限公司为MIDAS IT在中国的唯一独资子公司，于2002年11月正式成立。

负责MIDAS软件的中文版开发、销售和技术支持工作。

在进入中国市场的第一年，MIDAS软件的用户就已经发展到500多家。

其产品主要分为四块具体见下图1及表1：图1 MIDAS应用领域表1 MIDAS应用领域MIDAS Family Program 机械领域Nastran FX 机械领域通用结构分析系统Midas FX+ 通用有限元分析前后处理软件建筑领域midas Gen建筑领域通用结构分析及最优化设计系统midas ADS剪力墙住宅楼结构分析及自动最优化设计系统midas SDS 楼板和筏板分析及最优化设计系统midas Set 单体构件设计辅助程序midasDrawing结构施工图及材料用量自动计量软件桥梁领域midas Civil桥梁领域通用机构分析及最优化设计系统midasAbutment桥台自动设计系统midas Pier 桥墩自动设计系统midas Deck 桥梁RC板自动设计系统midas FEA 桥梁领域结构详细分析系统岩土领域midas GTS 地基及隧道结构专用分析系统midas GTS2D（即将发布）2维地基及隧道结构专用分析系统midas GeoX 桥梁脚手架等特殊结构专用分析系统2 MIDAS GTS（地基及隧道结构专用分析系统）2.1 关于MIDAS GTSGTS(Geotechnical and Tunnel analysis System)是包含施工阶段的应力分析和渗透分析等岩土和隧道所需的几乎所有分析功能的通用分析软件。

midasGTS常见问题释疑

MIDAS/GTS常见问题释疑第一部分：程序安装 (2)1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？ (2)2.问：启动程序时提示密钥号错误？ (2)第二部分：前处理 (2)1.问：顶点拟合曲面为何有时不能实现？ (2)2.问：NURSS面与边界面的区别？ (2)3.问：检查重复形状应注意哪些问题？ (3)4.问：几何/合并面线的作用是什么？ (3)5.问：利用‘填充网格’命令将二维单元转变为三维单元时，为什么提示上下面单元数不同？ (3)6.问：为什么在连续点选缩放、平移、分行视图及旋转的时候功能会产生混淆？ (3)7.问：将二衬定义为实体的时候需要注意什么问题？ (3)8.问：“the quadratic 1-dimensional element type is supported”错误命令是什么意思？ (3)9.问：匹配面线命令的作用和用法? (3)10.问：在加‘面压力’时,其对象类型有‘单元,单元-面’ 有什么区别？ (4)11.问：GTS可以导入导出哪些格式，如何导入电子地图，电子地图抓图的精度如何？ (4)12.问：我们建立地表面的栅格面都是等间距的，但实际的勘测点都是随意的不等间距点，那么该如何生成地表面？可否通过3点坐标生成地表面或地层面？ (4)13.问：在水头边界定义时，怎样查看水头边界是总水头还是压力水头？ (4)14.问：在几何线或面上加了荷载，可以将荷载直接转化到节点或单元上吗？ (4)15.问：水头边界有哪些类型？ (5)17.问：在GTS里面可不可以显示结构单元的截面特性？ (5)18.问：在GTS里面可不可以对某些常用的功能设置快捷键？ (5)19.问：在GTS里面可不可以实现对某个单元的显示或隐藏？ (5)20.问：出现如图2所示的提示？ (5)21.问：出现如图3所示的提示？ (5)22.问：出现如图4所示的提示？ (6)23.问：在GTS里都否实现单元、节点信息的输入输出？ (6)24.问：为什么加了梯形荷载之后，窗口中显示的荷载数值是梯形变化的，而图形显示是矩形的？ (6)第三部分 分析功能 (6)1.问：K0法与有限元法有什么区别? (6)2.问：计算边坡的时候需要注意的哪些问题？ (6)3.问：荷载释放率如何定义？ (6)4.问：为什么没有勾选位移清零，在第一步里面位移值也是零？ (7)5.问：GTS的动力分析，采用什么方法？可以做非线性分析吗？ (7)6.问：GTS的动力分析中，阻尼是怎么考虑的？ (7)7.问：GTS的动力分析中，动力荷载有哪些形式？ (7)8.问：在GTS中，动力边界是如何考虑的？ (7)9.问：在GTS中，质量矩阵采用何种形式？ (7)10.问：在GTS中，如何模拟移动荷载？ (8)11.问：在GTS中，爆破可以模拟吗？荷载是如何确定的？ (8)12.问：在GTS中，可以做场地的反应谱分析吗？有国内的场地规范吗？ (8)13.问：如何取得模型中某个点的加速度、速度、位移的时程图和时程序列？ (8)14.问：地震荷载是否可以仅施加在子结构上,另外在动力分析中是否可以施加位移荷载？ (8)15.问：在施工阶段考虑渗流问题，怎么考虑？ (8)16.问：在边坡稳定计算中怎么考虑渗流作用？ (8)17.问：渗流计算的时候，如何判断非稳定流和稳定流？ (8)18.问：在施工阶段分析中，包含非稳定流计算时，需要注意哪些问题？ (8)19.问：排水和非排水计算，在GTS中如何区别设置？ (9)20.问：在施工阶段渗流分析中出现如图6所示的提示？ (9)第四部分 后处理 (9)1.问：GTS里面前后处理之间可以直接切换吗？ (9)2.问：GTS中单元的内力怎么考虑？ (9)3.问：在特性/变形中变形前的线宽可否小于1？ (9)4.问：为什么在定义剖面图时候改变定义平面命令显示不变？ (9)5.问：梁单元的轴力和弯距方向怎么判断？ (9)6.问：梁单元的combined 1-4是什么意思？ (10)7.问：定义多个剖分面或剪切面来参看后处理结果时，为什么不能同时显示已定义的多个剖分面和或剪切面？ (10)8.问：在用剖分面、剪切面查看后处理结果后，怎么退出到基本视图？ (10)9.问：屈服比的定义是什么？屈服比和安全系数有什么关系？ (10)第一部分：程序安装1.问：启动程序时提示没有发现保护锁？答：1.驱动程序没有安装好,请在“控制面板/添加或删除程序”中删除Sentinel Protection Inst aller 7.1.0，重新手动安装Sentinel Protection Installer 7.1.0。

GTS NX功能介绍-new

分析内容：
--地震荷载 --移动荷载 --爆破荷载 --动力荷载助手
列车影响分析
列车运行对古建筑影响
地铁车站荷载分析 一维自由场分析
Part Ⅱ GTS NX功能分享
边坡稳定分析：
--强度折减法 --极限应力平衡法
分析内容：
--2D/3D稳定分析
--可考虑降雨影响
--可考虑支挡结构影响 --可进行施工阶段分析
--可考虑锚杆锚索影响 --可进行渗流应力耦合
Part Ⅱ GTS NX功能分享
固结分析：
--比奥固结理论
分析内容：
--堆土效应分析 --排水效应分析 --地基处理方案评估
--材料换填模拟 --可考虑CFG桩等效果
堆土模拟
排水分析
Part Ⅱ GTS NX功能分享 NX功能
Part Ⅱ GTS NX功能分享
Mz
Mz
Qz Mx
B
N xx
My
Qy
N xx Mx
A
Qy My
ECS y
F
C
Stress recovery point (I-section)
ECS z
E
D
Байду номын сангаас
六面体网格 + 绑定焊接 + 植入式单元
Part Ⅱ GTS NX功能分享
NX 4 曲面NX
[利用电子地形数据生成地表数据模式]
[利用勘探资料生成地表+地层模式]
Part Ⅲ GTS NX之工程应用 基坑—临近地下广场&管线
基坑工程
项目
上海地铁7号线大场镇站与沪太 路商业广场地下连通道改造
工程 类型
基坑
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Maximum Accel.(m2/sec) 0 10 GTS NX Flush
[ 输入地层的动力非线性特性 ]
10
20 30
20
地表面加速度(m/sec2)
1.50 1.00
30 40 Depth (m)
40
50 60 70 80 90 GTS NX Flush
0.50 0.00 0 -0.50 -1.00
各土层最大加速度 – 用于判断液化
11
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
05 线性时程分析(直接积分/振型叠加)
06 非线性时程分析(直接积分
法) 07 非线性时程分析+强度折减法
08 振动加速度级的输出
反应谱分析
反应谱分析概要
0.03
Relative Displacement T1(m)
0.02 0.01 0.00
反应谱分析
-0.01
-0.02 -0.03 0 5
Time(sec) Linear Non-linear
10
15
7
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
→ 使用单自由度体系的最大位移、最大速度、最大加速度响应谱计算结构响应的方法
→ 虽然与时程分析方法相比结果有误差，可用于对分析效率有要求的大型结构或对结果精确度要求不高的结构
[ 无阻尼时]
[ 生成单自由度体系的位移响应谱的过程 ] [ 有阻尼时] 13
01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
05 线性时程分析(直接积分/振型叠加)
06 非线性时程分析(直接积分
法) 07 非线性时程分析+强度折减法
08 振动加速度级的输出
二维等效线性分析概要
二维等效线性分析概要
→ 用线性分析方法模拟具有非线性特性的土的方法 → 将土体的复杂的非线性特性简化为等效的线性特性 → 随着剪切应变的增加，土的剪切模量将减小、阻尼比将增大
状态
线性
非线性
液化
侧向流动
线性分析 分析方法 等效线性分析 非线性分析 液化分析(有效应力分析)(2014年)
[ 线性/ 等效线性 / 非线性分析的应力-应变关系比较 ]
[ 不同应变范围适用的动力分析方法 ]
23
非线性时程分析(直接积分法)
非线性时程分析与线性时程分析的比较
类别
叠加原理
线性时程分析 o 对于不同荷载结果可以使用线性叠加， 结果大小与荷载大小成比例
法) 07 非线性时程分析+强度折减法
08 振动加速度级的输出
非线性时程分析(直接积分法)
非线性时程分析概要
→ 等效线性分析虽然对线性时程分析进行了改善，但是不能模拟非线性特性较为明显的材料或接近共振的状态
→ 对于非线性特性较为明显的岩土材料，需要使用非线性时程分析方法 → 对于核电/工业设施/建筑/桥梁/地铁/隧道等重要的工程，需要进行上部结构+下部基础+地基的协同分析
水工建筑物抗震设计规范
DL-5073-2000
第9章，水工地下结构
5
动力分析方法概要
地下工程分析方法：
规范名称 分析方法 与周围挡土结构分离的内部结构，可采用与地上建筑同样的计算模型。 周围地层分布均匀、规则且具有对称轴的纵向较长的地下建筑，结构分析可选择平 建筑抗震设计规范 面应变分析模型并采用反应位移法或等效水平地震加速度法、等效侧力法计算。 长宽比和高宽比均小于3及本条第2款以外的地下建筑，宜采用空间结构分析计算模 型并采用土层-结构时程分析法计算。
3
动力分析方法概要
动力分析方法的分类：
反应谱分析 按分析方法的分类 时程分析(振型叠加法、直接积分法)
全应力分析 按是否考虑超孔隙水压的分类 有效应力分析
一维 按分析空间维数的分类 二维 三维
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动力分析方法概要
国内地下工程抗震设计规范：
规范名称 建筑抗震设计规范 规范编号 GB 50011-2010 适用工程 地下车库、过街通道、地下变电站和 地下空间综合体等单建式地下建筑 上海市软土地下铁道建筑(不含地面建 筑结构和高架轻轨建筑结构) 备注 第14章，不适用于地铁、 城市公路隧道
平衡点
结果
初始条件
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非线性时程分析(直接积分法)
非线性动力分析过程
→ 高级非线性分析选项 牛顿、准牛顿刚度的更新 → 收敛加速、稳定化 通过线搜索和时间分割保证分析的成功
与非线性静态分析相同
用户自定义时间步骤
→ 可调整各步骤的时间步长 按需要的精确度进行更有效率的分析
Tangent Matrix
(1)。一般来说取剪切模量和阻尼
1
2
使用初始值进行线弹性分析，计算各地层的剪切应变时程变化。 取剪切应变时程中的最大剪切应变γ
max，使用下面公式计算有效剪切应变γ eff (1)
3
γ
eff
= Rγ × γ
max
其中，Rγ = (M-1)/10或取0.65，M为地震规模 在右图中取γ
(1)对应的G(2)、ξ (2)，重新进行线弹性时程分析，再次获得各地
在地表E=F 检测波2E(E＝F) 自由面运动
E:入射波 F:反射波
(线性)
入射波 一维场地响应分析 (等效线性) 基岩运动
E≠F
反射波成分F随地层材料不同
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自由场分析(FFA) – 模型/结果
매립층 점성토 풍화토
풍화암 연암 경암
[ 分析模型的地层构成 ] 0.00 0 200.00 400.00
非线性时程分析 o 不能线性叠加不同荷载结果
共振
o 随着响应的变化，固有频率也会发生变化 o 激振频率与固有频率相同或接近时发生 o 在与初始固有频率不同的激振频率作用下 也有可能发生共振 o 力的平衡点只有一个 o 对于谐振荷载会输出较为规律的结果 o 不受初始条件影响 o 力的平衡点会有多个 o 材料非线性特性较为明显时，时程结果看 起来会不规则 o 受初始条件影响
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由场分析(FFA)
• 二维等效线性分析
等效线性分析
• 线性时程分析(直接积分法) • 线性时程分析(振型叠加法) • 非线性时程分析(直接积分法)
• 非线性时程分析+SRM
特征值分析
GTS NX 的 动力分析
时程分析
Relative Displacement of Tunnel
4
eff
层的剪切应变时程曲线。
5
通过反复计算，当使用第i回的G(i)、ξ
(i)计算获得的γ
eff对应的G
(i+1)、ξ (i+1)之
间的误差在容许误差范围之内时停止分析。
等效线性分析反复计算过程
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二维等效线性分析 – 模型/结果
[ 轴力图 ]
[ 剪力图 ]
[ 弯矩图 ]
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二维等效线性分析 – 模型/结果
0 2 4 6 8 10
50
60 70 80 90
GTS NX 10 20 30 40 50 Flush
-1.50 [地表面最大加速度] 10
[ 各深度剪切应力]
[各深度最大加速度]
自由场分析(FFA) – 如何使用结果
使用等效线性化的岩土参数 – 用于SSI分析 地表面时程结果 – 用于结构分析
动力分析方法概要
动力分析方法的分类：
子结构法(Substructure Method) 按建模方法的分类 直接法(Direct Method)
时域(Time Domain) 按分析域的分类 频域(Frequency Domain)
线性分析(Linear) 按岩土特性的分类 等效线性分析(Equivalent Linear) 非线性分析(Non Linear)
05 线性时程分析(直接积分/振型叠加)
06 非线性时程分析(直接积分法) 07 非线性时程分析+强度折减法 08 振动加速度级的输出
自由场分析(FFA)
自由场分析概要
→ 为了获得建筑施工之前的原场地的地震响应
→ 为了获得地表面的设计反应谱、以及获得判定液化所需的动应力和动应变 即，主要用于确定地震作用的大小
地下铁道建筑结构抗震设计规范
一般情况下，可采用时程分析法; 周围地层分布均匀、断面形状标准、规则且无突变的区间隧道衬砌结构，也可采用 反应位移法计算结构的地震响应; 典型区间隧道衬砌结构按平面应变问题分析时的抗震计算，可采用等代水平地震加 速度法或惯性力法; 特殊情况按空间问题进行地震反应分析
[ 最大剪切应变云图]
[ 最大剪切应力云图]
验算内容
三联拱隧道的地震影响分析
1. 隧道在风化岩区段的地震影响 分析(SSI分析) 2. 使用传递边界考虑岩土的半无 验算事项 限空间条件 3. 使用等效线性考虑岩土的非线 性特性 [ 剪力图 ]
[ 弯矩图 ]
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01 GTS NX 的动力分析概要 02 自由场分析 (FFA) 03 反应谱分析 04 二维等效线性分析
05 线性时程分析(直接积分/振型叠加)
06 非线性时程分析(直接积分法) 07 非线性时程分析+强度折减法 08 振动加速度级的输出
线性时程分析(振型叠加法/直接积分法)
线性时程分析概要
→ 时程分析就是使用结构的动力特性和外部动力荷载，通过解动力平衡方程，获得各时刻的结构响应(内力、位移)
→ 求解动力平衡方程的方法有振型叠加法和直接积分法 → 线性时程分析不考虑非线性特性，当使用非线性材料时将转换为等效线性材料