SoilWorks內(nèi)訓(xùn)資料課件

1、0Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT等效線性分析Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效線性分析 (Equivalent Linearization Analysis)目錄 等效線性分析簡介 一維自由場分析 二維等效線性分析1Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效線性分析簡介頻率響應(yīng)分析(Complex ResponseAnalysis) 為什么要做頻域響應(yīng)分析?輻射阻尼(Rad

2、iationdamping)- 地基的無限性導(dǎo)致衰減- 地震波能量在無限地基中傳遞過程中的動(dòng)能衰減- 根據(jù)傳遞的形式衰減方式不同- 外力(地震作用、機(jī)械振動(dòng)等)容易用頻域模擬，使用頻率分析的效率較高- 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 等效線性分析 (Equivalent Linearization Analysis)頻率響應(yīng)分析(Complex ResponseAnalysis)0.150.10Total Solution for True Analysis-driven Design等效線性化方法(Equivalent Linearization Method) 頻域分析方法為線性分析方法 地基材料為非線性材料 使用模擬輻射阻尼容易的頻域分析方法 需要使用反映材料非線性特性的等效線性化方法(equivale

5、ntlinearization method)4MIDASIT 等效線性分析(Equivalent Linearization Analysis)Total Solution for True Analysis-driven Design5.重復(fù)上面的第2第4步驟，獲得收斂的G值和h值，一般取相對誤差小于5%時(shí)的值，一般迭代5次左右即可獲得收斂值。5M 110R G h4. 使用有效剪切應(yīng)變，通過各土層的動(dòng)力特性曲線（/Gmax eff 曲線、eff 曲線）獲得剪切彈性模量和阻尼比。MIDASIT 等效線性分析 (Equivalent Linearization Analysis)等效線性化方

6、法(Equivalent Linearization Method)1. 定義各土層的初始剪切模量(G)和阻尼比(h)，一般使用剪應(yīng)變很小時(shí)的值。2. 使用初始值進(jìn)行自由場分析計(jì)算各層的最大剪切應(yīng)變 max3. 計(jì)算各層的有效剪切應(yīng)變 effeff R max其中 R為有效剪切應(yīng)變系數(shù)(由用戶輸入),一般取0.65，或根據(jù)地震規(guī)模按下式計(jì)算(Seed & Sun, 1992)。分析方法應(yīng)變需要輸入地基數(shù)據(jù)試驗(yàn)、勘探線性10-5土壤基本數(shù)據(jù)工程學(xué)基巖剪切波速密度(G/G0g,hg)液化強(qiáng)度勘探標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)井測動(dòng)力變形試驗(yàn)液化試驗(yàn)等效線性510-3非線性全應(yīng)力分析有效應(yīng)力分析510-210-1T

7、otal Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 等效線性分析 (Equivalent Linearization Analysis)等效線性化方法(Equivalent Linearization Method)6Total Solution for True Analysis-driven Design一維自由場分析簡介 自由場分析簡要- 水平層結(jié)構(gòu)(一維)- 考慮地基的非線性特性(等效線性化分析、動(dòng)力非線性分析、有效應(yīng)力分析)(SHAKE、YUSAYUSA、DYNAQ等程序)- 根據(jù)一維波動(dòng)理論(重復(fù)反射理論)計(jì)算各地層的響應(yīng) 在實(shí)

8、際設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的原因- 輸入地表面或地層內(nèi)的地震波時(shí)，可反算基巖的地震波- 可獲得地基的位移分布，用戶地下建筑物的位移法分析- 通過地層的剪切應(yīng)力判斷地基的液化 自由場分析的不足之處- 分析非均質(zhì)地基(不是水平層結(jié)構(gòu))的地基響應(yīng)不是很準(zhǔn)確- 地基內(nèi)存在結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，不能考慮地基-結(jié)構(gòu)間的動(dòng)力相互作用7MIDASIT 一維自由場分析(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 一維自由場分析(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 層位移函數(shù)* *m m* *Total Solution for True Analysis-driven Design 使用各層接觸面上的協(xié)調(diào)條件得到的遞推公式* * kmGm * h * km1Gm1 在地表面A1=B1Am() am()A 1()Bm() bm()B1()傳遞函數(shù)Hij() uj() aj()bj() 層位移函數(shù)ui() Hij()uj()9MIDASIT 一維自由場分析(FreeField Analysis)分析理論 基本方程(波動(dòng)方程)2 2 3 G 2G2 2 2 位移/應(yīng)

11、力u(x,t) u(x,)eit* 2x210Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 一維自由場分析(FreeField Analysis)不同觀測點(diǎn)上的地震波Total Solution for True Analysis-driven DesignE為入射波(上升波)F為反射波(下降波)11在基巖中輸入的地震是哪種類型(2E、E+F)?(由觀測條件決定)地表面基巖EFEEFF2E在地表面入射波與反射波相同E=F、觀測的地震波為2E 輸入地震波(Control Motion)- 觀測的露頭巖波: 將2E類型波作用在基巖上-

12、觀測的地表面波: 將2E類型波作用在地表面- 觀測的地層內(nèi)的波: 將E+F類型波作用在地層MIDASIT 一維自由場分析(FreeField Analysis)輸入的地震波類型2E、E+F12Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 一維自由場分析(FreeField Analysis)輸出的地震波類型 露頭巖(Outcrop) / 內(nèi)部地層 (Within)Total Solution for True Analysis-driven Design二維等效線性分析簡要 復(fù)雜響應(yīng)分析方法簡要是分析巖土-結(jié)構(gòu)相互作用的主要分析方法

13、，通過等效線性化方法和輻射阻尼的協(xié)調(diào)函數(shù)計(jì)算復(fù)剛度系數(shù)，用于有限元模型的分析中(代表性程序有FLUSH)。-巖土-結(jié)構(gòu)相互作用分析(Soil-Structure Interaction Analysis)地震波通過巖土媒介到達(dá)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引起結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力，慣性力通過基礎(chǔ)重新作用在地基上地基與結(jié)構(gòu)的這種相互影響的運(yùn)動(dòng)稱為地基-結(jié)構(gòu)相互作用地基與結(jié)構(gòu)的剛度相差越大，相互作用的效果越大地上結(jié)構(gòu)主要受結(jié)構(gòu)質(zhì)量和地基質(zhì)量差異引起的慣性相互作用(inertial interaction)的影響- 地下結(jié)構(gòu)主要受結(jié)構(gòu)的剛度和地基剛度差異引起的運(yùn)動(dòng)相互作用(kine

14、maticinteraction)的影響13MIDASIT 二維等效線性分析14MIDASIT 二維等效線性分析地基-結(jié)構(gòu)的相互作用(SSI)運(yùn)動(dòng)相互作用(散射問題，Scattering Problem)Total Solution for True Analysis-driven Design慣性相互作用(輻射問題，Radiation Problem)Total Solution for True Analysis-driven Design-直接法(Direct Method)建立包含地基和結(jié)構(gòu)的模型分析復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)比較容易可以考慮地基的空間特性和非線性特性為了解決輻射問題(Radiat

15、ion Problem)，模型尺寸需要足夠大。考慮粘性邊界、傳遞邊界、邊界單元、無限單元等地基的半無限空間特性子結(jié)構(gòu)法(Substructure Method)將地基用動(dòng)力剛度矩陣(阻抗矩陣，Impedance矩陣)表示簡化了地基-結(jié)構(gòu)相互作用分析適合于基礎(chǔ)形狀比較簡單時(shí)不能考慮地基的非線性特性代表性的程序有SASSI(主要考慮結(jié)構(gòu)的響應(yīng))15MIDASIT 二維等效線性分析地基-結(jié)構(gòu)的相互作用(SSI)傳遞邊界頻域分析-D2d粘性邊界時(shí)程分析HdD5d一般邊界有效應(yīng)力分析-D10d16邊界條件分析方法模型深度模型的寬度自由地基自由地基邊界條件邊界條件邊界條件半無限彈性地基H E模型DTota

16、l Solution for True Analysis-driven Design結(jié)構(gòu)d模型邊界地基反射波MIDASIT 二維等效線性分析半無限空間的邊界條件結(jié)構(gòu)Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 二維等效線性分析分析流程建立地基和結(jié)構(gòu)模型輸入結(jié)構(gòu)特性信息輸入地基特性信息特征值分析構(gòu)成模型的矩陣定義有效剪切應(yīng)變系數(shù)迭代計(jì)算(滿足收斂誤差小于5%)確認(rèn)地基資料柱狀圖輸入地基的動(dòng)力特性值運(yùn)行復(fù)雜響應(yīng)分析地基的等效線性化曲線地基剛度等效線性化定義輸入的地震波左、右側(cè)傳遞邊界自由場分析定義能量傳遞邊界輸出地震時(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力17To

17、tal Solution for True Analysis-driven Design分析流程模型左側(cè)傳遞邊界自由場分析(收斂特性值)特征值分析(特征值、特征向量)模型右側(cè)傳遞邊界自由場分析(收斂特性值)特征值分析(特征值、特征向量)構(gòu)成能量傳遞邊界的模型矩陣迭代計(jì)算(收斂誤差小于5%)確認(rèn)是否收斂(GD、h的收斂誤差要小于5%)18MIDASIT 二維等效線性分析Total Solution for True Analysis-driven Design結(jié)構(gòu)傳遞邊界地基底部的粘性邊界MIDASIT 二維等效線性分析自動(dòng)生成二維等效線性邊界條件傳遞邊界傳遞邊界底部的粘性邊界傳遞邊界：由考慮水平方向土層頻率影響的彈簧和阻尼構(gòu)成19Total Solution for True Analysis-driven DesignMIDASIT 二維等效線性分析自動(dòng)生成二維等效邊界條件傳遞邊界：由考慮水平方向土層頻率影響的彈簧和阻尼構(gòu)成自由場阻尼：用戶自己選擇節(jié)點(diǎn)輸入彈簧和阻尼底部粘性邊界：考慮底部沿X向的阻尼20Total Solution for Tr