第一章:分析设置与分析设置管理器
本章将介绍「分析设置」界面的使用,包括如何选择“规范”、“分项系数”以及“验算方法”等,这是使用所有GEO5 软件模块的前提。
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引言
GEO5软件在全球120多个国家都得到了广泛地使用。无论在哪个国家,工程设计的目标都是:得出的方案是安全的、合理的、经济的。
岩土结构的基本要素(例如:挡墙的形状,坡面地形,锚杆的布局等)在世界各地都是相同的,不同的是结构安全程度的验算方法和分析原理。层出不穷的新理论以及在理论分析中采用的分项系数,使用户在设计时需要输入大量的参数,让分析设计过程变得十分复杂和繁琐。从GEO5_v15 版开始,我们添加了「分析设置」功能,使以上参数设置过程得到了大大简化。
在「分析设置」中,用户可以自定义“规范”、“验算方法”和“安全系数”等一系列内容。当然,前提是用户已经了解「分析设置」中各个选项的意义(或用户有能力为某一具体的工程问题自定义一套分析方法)。在接下来的操作中,用户几乎不必返回「分析设置」界面进行再次设置和修改。下面通过一个简单的重力式挡墙算例,进一步说明如何使用「分析设置」功能。
任务
验算如图1.1 所示重力式挡墙的倾覆滑移稳定性,需要用到以下规范:
— 中国 - 国家标准(GB)
— 德国 EN-1997(Eurocode7)
— 美国 LRFD 2012(荷载和抗力系数法)
图1.1 重力式挡土墙算例
计算
在以下界面中输入基本参数:「墙身截面尺寸」、「岩土材料」和「指定材料」。其他界面在本例中不使用。
图1.2 「墙身截面尺寸」界面
选择「岩土材料」界面→「添加」,根据已知的岩土参数(表 1.1)定义岩土材料,并在「指定材料」界面中将岩土材料赋予土层。
表 1.1 计算所需的岩土参数
岩土材料 | 砾质粉土 |
天然容重γ(kN/cm3) | 19.0 |
内摩擦角φef(°) | 30.0 |
粘聚力Cef(kPa) | 0 |
结构和土体间摩擦角δ (°) | 15.0 |
饱和容重γsat(kN/cm3) | 19.0 |
注:一般情况下,工程场地包含多种土层,因此计算时需定义多种不同的【岩土材料】。选择「指定材料」界面后,软件自动将用户定义的第一种岩土材料赋给所有土层,用户可根据实际地质状况进一步修改。本算例中只有一种岩土材料,因此无需改动。
基本参数设置完毕后,选择计算依据的规范。
选择「分析设置」界面→「选择分析设置」,如图 1.3,选择“中国 - 国家标准(GB)”:
图1.3「选择分析设置」界
注:该列表中的规范仅为「分析设置管理器」中勾选了“可见”复选框的规范。如果用户需要选用的 规范不在分析设置列表中,请打开「分析设置管理器」进行设置(更多信息请见帮助文件—F1)。
完成「分析设置」后,选择「倾覆滑移验算」界面,验算该算例。如图 1.4,结构的抗倾覆稳定性安全系数为 SF=2.32,抗滑移稳定性安全系数为 SF=2.08。
图 1.4 依据“中国-国家标准(GB)”的验算结果
注:点击右侧「详细结果」,用户可在该窗口中读得结构相应的安全系数。GEO5 软件中总共有 5 种验算方法:中国规范、安全系数法(ASD)、极限状态法(LSD)、欧洲规范 EN 1997、美国规范 LRFD(荷载和抗力系数法)。安全系数法采用“安全系数”(如边坡系列软件)或“安全系数+结构利用率”(如挡土墙系列软件)来表征结构的稳定程度。
返回「分析设置」界面→「选择分析设置」,选择“德国 EN-1997”规范。接下来,选择「倾覆滑移验算」界面,得到结构抗倾覆和抗滑移的利用率分别为 77.8%和 69.7%。
同样地,将规范改为“美国 - LRFD(荷载和抗力系数法)”,进行倾覆滑移验算,得到抗倾覆和抗滑移的结构利用率分别为 73.1%和 95.6%
“中国 - 国家标准(GB)”采用“安全系数法 + 极限状态法”的方式对结构进行验算,岩土部分采用安全系数法,结构部分依据混凝土结构设计规范采用极限状态法。用户也可自定义采用“极限状态法(LSD)”进行验算。用户选择“中国 - 国家标准(GB)”后,选择「分析设置」界面→「编辑当前设置」,将“验算方法”一栏改为“极限状态法(LSD)”,然后设置各个分项系数。
图1.5 「编辑当前设置」界面
当分项系数设置完毕后,点击「确定」,此时规范的名称变为“为当前任务输入的分析设置”。选择「倾覆滑移验算」界面,得出结构的抗倾覆利用率为 53.1%,抗滑移利用率为 66.5%(如图 1.6)。
图1.6 极限状态法(LSD)下的计算结果
对于以上自定义的分析方法,如果用户希望在以后的工作中继续使用,可以选择「分析设置」界
面→「添加到管理器」,输入“名称”,点击「添加」。此时,用户便成功存储了该自定义分析设置。
图 1.7 「添加到管理器」界面
接下来,在「选择分析设置」中,用户便可直接调用该自定义的分析设置。
图1.8 「分析设置列表」中自定义的分析设置
结论
表 1.2 依据不同规范进行倾覆滑移验算所得结构利用率
规范 | 抗倾覆安全系数/利用率 | 抗滑移安全系数/利用率 |
中国-国家标准(GB) | 2.32/69.0% | 2.08/62.6% |
德国 EN-1997 | -/77.8% | -/69.7% |
美国 LRFD 2012(荷载和抗力系数) | -73.1% | -/95.6% |
重力式挡墙-自定义 | -/53.1% | -/66.5% |
注:对于挡土结构的验算,依据不同规范得出的计算结果具有可比性。但对基础进行验算时,由 于不同规范计算得出的上部作用荷载(该荷载是进一步验算所需的基本参数)不同,此时,即使初始 条件相同,不同规范的验算结果也不具可比性。
由表 1.2 可知,挡墙的设计方案满足相应国家规范的要求。