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 ]
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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
4
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
24
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
9
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
6
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
16
二维等效线性分析 – 模型/结果
[ 轴力图 ]
[ 剪力图 ]
[ 弯矩图 ]
17
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