GTS反应位移法抗震计算总结
地下结构抗震分析的整体式反应位移法
第32卷第8期岩石力学与工程学报Vol.32No.82013年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringAug .，2013收稿日期：2012–12–24；修回日期：2013–03–07基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB013602)；国家自然科学基金重大项目(90715035)；北京市自然科学基金重点项目(8111001)作者简介：刘晶波(1956–)，男，博士，1982年毕业于大连理工大学工程力学专业，现任教授、博士生导师，主要从事土–结构相互作用、地下结构抗震方面的教学与研究工作。
E-mail ：liujb@地下结构抗震分析的整体式反应位移法刘晶波，王文晖，赵冬冬，张小波(清华大学土木工程系，北京100084)摘要：对目前地下结构抗震分析中的传统反应位移法进行分析，针对该方法的主要误差来源，结合反应位移法明确的物理概念及严密的理论基础，提出一种适用于地下结构抗震分析的计算方法——整体式反应位移法。
整体式反应位移法在反应位移法的基础上，通过直接建立土–结构分析模型来反映土–结构间相互作用，避免引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。
为验证改进方法的有效性，一方面从物理概念出发，论证改进方法与反应位移法的一致性；另一方面通过数值计算，将整体式反应位移法与动力时程分析方法进行对比分析。
结果表明，整体式反应位移法相比于反应位移法计算量小，计算结果更接近动力时程方法，是一种实用性强的拟静力方法。
关键词：地震工程；地下结构；抗震分析；整体式反应位移法中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号：1000–6915(2013)08–1618–07INTEGRAL RESPONSE DEFORMATION METHOD FOR SEISMICANALYSIS OF UNDERGROUND STRUCTURELIU Jingbo ，WANG Wenhui ，ZHAO Dongdong ，ZHANG Xiaobo(Department of Civil Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China )Abstract ：The response deformation method for seismic analysis of underground structures is introduced.Based on the physical concept and basic principle of the response deformation method ，an integral response deformation method is proposed to reduce the error source of the original method.The integral response deformation method takes the soil-structure model to realize the interaction between soil and structure.In order to verify the efficiency of the improved method ，on the one hand ，the improved method is proved to be consistent with the response deformation method in the physical concept ；on the other hand ，the improved method is compared with the dynamic analysis method by numerical calculation.It can be found from the numerical results that ，compared to the response deformation method ，the integral response deformation method requires less computational complexity and achieves more accurate result.The integral response deformation method is proved to be a highly practical pseudo-static method.Key words ：earthquake engineering ；underground structure ；seismic analysis ；integral response deformation method1引言地下结构抗震分析方法包括动力时程分析方法和拟静力分析方法[1-2]。
基于反应位移法的地铁车站抗震分析
深 度ｚ 处相对于结构底部 的 自由土层相对位 移为 ：
’ （ ｚ）＝ （ Ｚ）一 ， ／（ ｚ ， ）＝
改 变 产 生 对结 构 的荷 载 。当地 下 结 构平 面 面积 较 大 、层 高
文章 编号 ：１ Ｏ ０ １ — ６ ８ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ５） ０ ６ — ０ ０ ７ ７ — ０ ５
低 、覆土浅时 ，结构 的惯性 力为主要作用力 ，可采用惯性
静力法进行计算 。一般地铁车站埋深较深 ，结构的惯性力
ｋ ＝ ０ ． ４ ６１ 。
表 ２ 荷 载分 项 系数
注 ： 结 构侧 面 土 层 加权 侧 压 系数 为 。 ＝∑ ， ｈ ， ／∑ ＝０ ． ４ ６ １ 。
４ 抗 震 设计 荷载 类 型及荷 载组 合
地下 车站 主体 结构采用 概率极 限状态法进 行结构设 计 及检算结 构各构 件截 面强 度 。其荷 载组合分 项系数 见
够 成 熟 。运 用反 应 位 移 法 对典 型地 铁 车 站 结 构进
行 地 震 响 应 计 算 分 析 ，并 评价 其抗 震性 能 ，最后
得 出基 于反 应位 移 法 计算 的地 下 车站 与地 震 中车
站 破 坏 形 式比 较 相 符 ，运 用反 应 位移 法计 算 抗 震 可 以满足 设计要 求 。
土层 加权重 度 ’ ， ： １ ９ ． ５ ９ ｋ Ｎ ／ ｍ ，车站覆 土厚 度ｈ ＝ ４ ｍ，
抗 浮水 位埋 深 ， ＝ １ ． ０ ５ ｍ。结 构顶 板厚 度ｆ ， ＝ ０ ． ８ ０ ｉ ｎ ，结
构 底 板厚 度， ， ’ ＝ １ ． ０ ０ ｍ，结 构 所在 土层 加 权静 土 压 系数
地铁车站抗震设计分析
地铁车站抗震设计分析摘要：地铁地下结构是城市重要的公共基础设施，对城市生命和经济具有重大意义，因此对地铁地下结构进行抗震设计是非常必要的。
本文以某标准两层车站为计算模型，采用反应位移法和时程分析法两种方法进行地铁车站结构地震反应计算，并结合相关规范对计算结果进行了分析讨论，为类似工程及地下结构抗震研究具有一定的参考意义。
引言随着城市化的不断发展，为解决交通拥挤及效率问题，我国各大城市地铁建设迅猛发展。
地铁工程是城市重要的社会公共基础设施，其结构复杂且一旦损坏难以修复，会造成重大的经济损失。
而地铁等地下结构在地震中遭受重大震害的情况已有先例，如1985年墨西哥Ms8.1级地震造成的地铁隧道和车站结构破坏、1995年日本阪神Ms7.2级地震引起神户市大开地铁车站的严重破坏[1-3]，因此对地下结构进行抗震分析是十分必要的。
众多学者对地铁等地下结构的抗震理论及规范进行了研究。
刘晶波等[4]阐述了地下结构抗震分析的五个关键问题，包括动力分析模型、结构-地基系统动力相互作用问题分析方法、地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法、抗震构造措施,和地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。
侯莉娜等[5]将《城市轨道交通结构抗震设计规范》和地上民用建筑抗震设计规范进行了对比分析，指出地铁地下结构可遵循“两水准、两阶段”的设计思路及地下结构抗震设计地震动参数应与其设计基准期一致等。
陈国兴等[6]对地下结构震害、动力离心机和振动台模型试验，以及工程师在地下结构抗震分析中可能用到的有效设计与分析方法等方面涉及的重要问题进行了简要和全面的回顾。
本文结合某标准两层车站的工程实例，阐述地铁地下结构抗震反应分析方法，并对计算结果进行分析，为城市地下结构抗震评估提供一定参考。
1.车站抗震反应分析概况1.1工程概况车站结构型式为地下两层两跨箱型框架结构，明挖法施工，标准段宽为20.1m，基坑开挖深度约为17m。
标准段剖面图如图1所示。
地震动位移反应谱分析及抗震设计谱
03
抗震设计谱基础
抗震设计谱定义
地震动位移反应谱是一种描述结构在地震动作用下，各个方 向和各个频率地震动加速度、速度和位移反应的曲线。
抗震设计谱是基于地震动位移反应谱，针对特定结构和场地 条件，进行结构抗震设计和分析的工具。
抗震设计谱特性
地震动峰值和频谱形状：这些特性可以根据场地条件和 地震危险性评估来确定。
非线性特性是由于地震动强度与结构 位移反应之间的非线性关系所导致的 。在地震动强度较小的情况下，结构 位移反应与地震动强度呈线性关系； 而在地震动强度较大的情况下，结构 位移反应的增长速度会逐渐放缓。
随机性特性是由于地震动的随机性所 导致的。地震动是一种复杂的自然现 象，其运动规律难以精确预测，因此 地震动位移反应谱也是随机的。
结构阻尼矩阵：结构阻尼矩阵可以包括质量阻尼矩阵和 刚度阻尼矩阵，用于描述结构在地震动作用下的振动特
性。
抗震设计谱通常具有以下特性
结构自振频率和阻尼比：这些特性可以根据结构类型和 尺寸来确定。
抗震设计谱编制方法
基于地震动位移反应谱的抗震设计谱编 制方法通常包括以下步骤
根据位移反应谱，进行结构抗震设计和 分析，得到结构的抗震性能指标和设计 参数。
地震动位移反应谱分析及抗 震设计谱
2023-11-08
目录
• 引言 • 地震动位移反应谱基础 • 抗震设计谱基础 • 地震动位移反应谱与抗震设计谱的关系 • 应用案例分析 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
地震是一种严重的自然灾害，给人类社会带来了巨大的损失。因此，对地震动位 移反应谱进行分析，对抗震设计谱进行研究，对于减轻地震灾害具有重要意义。
抗震设计谱编制
根据地震动位移反应谱，结合建筑物的抗震 设防要求，编制出适用于该地区行分析，评估其合理性和有 效性，确保其能够充分考虑地震动的特性和 规律，为建筑物的抗震设计提供科学依据。
GTS NX抗震分析专题
这里，所谓的质量参与系数为结构的质量的百分比数，表示当结构按复杂的振动模态 振动时，参与到振动的结构比重。例如，如果第一模态的质量参与系数为60%，就是指 在结构总质量中，第一模态的结构质量参与比重为60%。因此，地震波分析采用质量参 与系数高的模态。一般情况下，结构振动模态的质量参与系数和达到90%时，也可视为 足够正确的分析。
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。
A.特征值分析
进行特征值分析,将点的条件定义为弹性边界。根据铁路设计标准的地面反应系数计算弹簧边
界值。 垂直地面反应系数:
kh
kh0
( Bh )3/ 4 30
水平地面反应系数:
kv
kv0
( Bv )3/ 4 30
在这里,
kvo
1 30
E0
kh0
,Bv
Av ,Bh
Ah
Av和Ah是垂直和水平方向的横截面。E0地面弹性模量。 通常取于1.0。在GTS NX,可以通过
地面曲线弹簧很容易地生成弹性边界。
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。
基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算
基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算
盾构隧道作为一种主要的地下工程，对于地震的抵御能力必须要进行充分的考虑。
基于反应位移法，可以实现盾构隧道横断面的抗震计算。
具体方法如下：
1. 首先进行盾构隧道的结构分析，得到截面的刚度矩阵。
2. 对于盾构隧道结构受地震作用时的反应，可以采用反应位移法，将结构分解成弹性体系和塑性体系。
在弹性逐级减弱阶段，结构的刚度不随变形而变化；在塑性抗震能力发挥时，结构刚度产生较大变化，因此需要在计算反应位移时分别对弹性体系和塑性体系进行考虑。
3. 在计算反应位移时，需要求解结构的初始位移和相应的初值刚度矩阵，此时可以采用小震幅的地震载荷进行计算，以确定结构的初始状态。
4. 计算盾构隧道结构在弹性逐级减弱阶段的反应位移，以及在塑性抗震能力发挥时的反应位移。
其计算方法为：先将地震作用转化为相应的反向静力载荷，然后根据结构受力状态对反向静力载荷进行分析，得到结构的反应力和反应位移。
5. 最后，可以根据得到的反应位移，进行结构应力、变形和破坏等的计算评估。
通过上述基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算，可以有效地评估盾构隧道的抗震能力，为盾构隧道的设计、施工和维护提供可靠的理论依据。
midas-gts抗震数值分析方法
七-3、抗震分析
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
1、山岭隧道
二、midas-gts应用领域
二、midas-gts应用领域
2、地下厂房（断层带）
3、水利大坝
二、midas-gts应用领域
二、中暑的原因 分析 1.人的散热的方式
人体适宜的外界温度是20-25˚c,相对湿度为40%-60%，通过以 下方式散热：
A. 辐射是散热最好途径。气温15-25˚c时，辐射散热约占60% ，散热最多部位是头部（约50%），其次为手及足部。温度 33˚c时，辐射散热降至零。
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。
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。
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:\Program Files\MIDAS\GTS
基于反应位移法的隧道结构抗震计算与分析
地层位移 ｊ
ｌ
≈
表层 地 基
Ⅷ
位移法 。本文将以单线铁路 隧道工程 为背景 ，按照反
—
Ｅ
应位移法的原理 ，采用 大型有 限元分析软件 进行抗 震计算 ，同时与采用地震 系数法抗震计算 的结 果进行
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ２ ０ ９— ６— ６
中图分类号 ：Ｕ ５ ． ４２２ ８
０ 前 言
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ８２ （０ ０ ０ ０ ４ ０ ０ ３— ８５ ２ １ ）５— １２— ３
比较 。
我 国是一个地震多发 国家 ，在强震 条件下 ，隧道 工程 的震害较突 出，如 “ １ ” 汶川 大地震造 成 了 ５・ ２ 断层破 裂带 ，缺 陷衬 砌 段 隧道 结构 不 同程 度 的破 坏 。隧道工程造价 高 ，使用 周期 长 ，一旦 发生震 害 ， 修复 困难 ，经济损失巨大 ，必须对其地震设计 方法给 予高度重视 。 １ 反应位移法计算分析 反应位移法是基于地 下结构 的地震 反应 对地层位 移具有追 随性并 受地层位移控 制这一特性 ，其原理是 把地震荷载分成 两部分 ：一是盾构 隧道周边 天然地层
结构的抗震设计 问题 。 目前我 国山岭 隧道结构的抗震设计 多采用地震 系数 法，文 中引入反 应位移 法，
在 简要介绍其基本原理 的基础上 ，以单线铁路隧道工程 为背景 阐述 了计 算过程 ，并与地震 系数法 的计
算结果进行 比较 ，供 同行参考 。
关 键 词 ：隧 道 震 害 ；抗 震 设 计 ；反 应 位 移 法
２１ ０ ０年第 ５期 （ 总第 １２期 ） ５
基 于反 应 位 移 法 的隧道 结 构抗 震 计 算 与分 析
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2、建模
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3、定义材料属性
材料设置完成后，属性采用梁单元
4划分网格
控制网格尺寸，使用1m便于计算，划分网格，命名网格组，按网格尺寸1m划分
5、建立约束单元
采用土弹簧模拟土体约束，分别建立X轴和Y轴方向的弹簧，分别对应水平地基反力和竖向地基反力，设定弹簧的方向，长度，受力状态，并进行分组，便于修改管理
6、施加荷载
选择静力分析，采用梁单元荷载，可以施加土压力和水压力，自重需要手动添加，还可以根据计算需要添加荷载组合
7计算与结果输出
新建计算文件，把需要的计算条件拖入，点击运行，开始计算。