MIDAS GTS NX上下协同分析的耦合建模

迈达斯岩土系列产品简介： midas GTS NX midas GTS NX（New eXperience of Geo-Technical analysis System）是一款针对岩土领域研发的通用有限元分析软件，支持静力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、固结分析、施工阶段分析、边坡稳定分析等多种分析类型，适用于地铁、隧道、边坡、基坑、桩基、水工、矿山等各种实际工程的准确建模与分析，并提供了多种专业化建模助手和数据库。

迈达斯岩土系列产品简介：

midas GTS NX

midas GTS NX（New eXperience of Geo-Technical analysis System）是一款针对岩土领域研发的通用有限元分析软件，支持静力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、固结分析、施工阶段分析、边坡稳定分析等多种分析类型，适用于地铁、隧道、边坡、基坑、桩基、水工、矿山等各种实际工程的准确建模与分析，并提供了多种专业化建模助手和数据库。

midas SoilWorks

midas SoilWorks提供二维岩土工程整体解决方案，覆盖隧道、边坡、软弱地基、基础、渗流以及动力分析等各种领域，并符合实际工程习惯及满足设计验算的需求。其基于CAD的操作环境，提供的网格自动生成功能，边界条件自动赋予、模型验检、参数化分析、模型间数据联动、结合规范的设计验算、便利的结果整理和计算书的输出功能，将极大提高岩土工程师的工作效率。

midas XD

midas XD 基坑一体化设计软件是针对土木基坑领域中的一款综合性设计软件，提供建模、分析、设计、施工图、工程量统计等一体化整体解决方案。可适用于岩土、建筑、桥梁基坑的设计，能够通过便捷的前处理建模功能，自动完成分析、设计、出图、工程量统计等一系列基坑设计作业。midas XD满足国内基坑规范中要求的传统计算方法的同时，还包含了剖面连续介质平面有限元法、内支撑平面杆系有限元法等FEM计算，提供了更多、更丰富的计算解决方案。

MIDAS GTS 做上下协同分析时，上部结构为带筏板地下室的剪力墙建筑物，如何考虑其网格的耦合性？

图1 带地下室的建筑物

对于复杂的建筑物，可以考虑从MIDAS GEN中进行上部结构的建模，然后到MIDAS GTS中进行协同建模，对于结构形式不复杂的建筑物，可以直接在MIDAS GTS中处理。对于这种筏板桩基础、带地下室的剪力墙建筑物，需要同时考虑1D-2D-3D单元的耦合性，下面依次从下到上叙述如何考虑其耦合性以及网格质量的兼顾。

1.筏板与桩的耦合

首先筏板的建立可以用板单元或者实体单元来建立，采用实体单元来建立的时候，需要在筏板实体的上表面印刻剪力墙的特征线，采用软件的曲线印刻来实现。若用板单元进行建立，还需要考虑到因为桩顶的位置，尽量使得某些靠剪力墙特征线非常近的桩顶点与特征线重合，这样就不会出现小尖角的三角网格，此类网格不利于网格质量与模型收敛。

图2 筏板上表面的剪力墙特征线

图3 桩顶点与剪力墙在底板的特征线示意图

图4 桩与筏板不利网格示意图

对于桩的建立，可以考虑两种形式：

l 一种是只考虑桩顶点耦合，此时只需要给桩顶点做一个顶点印刻即可，后续正常划分1D筏板桩以后，给桩添加桩界面以模拟桩土的相互摩擦；

l 一种是考虑整体桩与地层的耦合，一般桩的长度是考虑深入到某一个地层作为持力层，可以用软件的面切割线功能处理桩长度，并给桩的几何与地层实体做好自动印刻。

图5 曲面地层与桩的切割

2 地下剪力墙的耦合

对于地下室的剪力墙，也有两种办法使得网格耦合。对于简单的地下室，可以直接把每一个房间代表的实体画出来，然后划分完网格以后，直接析取实体表面的网格作为剪力墙；对于本次模型中剪力墙很多的结构，需要在地下室底板与顶板几何面上做好曲线印刻，并且在划分网格之前对上下对应的特征线需要做好一样的尺寸控制，以便后续进行网格扩展的时候保证网格的耦合。

图6 上下对应剪力墙特征线位置做相同的尺寸控制

在划分完地下室实体网格后，首先析取出0F地板位置的剪力墙特征线网格作为备用，然后采用扩展网格的命令将这个1D析取网格组扩展为地下室剪力墙网格，但是由于某些疏忽或者误差可能会导致上下的剪力墙网格与实体或者底板部分不耦合，通过点击快捷操作栏上的“显示隐藏自由边”，标红色的区域就是不耦合的区域。此时可以删除部分网格单元，用多段线把删除区域的边框再次绘制一次，保证在后续划分网格的时候每一个节点位置都能控制好尺寸，再次划分这里的2D网格使得网格耦合。另外对与地下室柱，只需要在上下对应表面做好顶点印刻，划分网格后扩展节点或者直接对代表地下室柱的几何直接进行网格划分即可，这样地下室的外墙-剪力墙-柱便耦合了。