地下结构动力分析软件GFE-SSA-技术手册V1.0

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随着国民经济持续快速发展以及西部大开发和一带一路战略实施，我国土木基础设施工程建设特别是地下结构和长大隧道建设规模已位居世界首位，并将保持长期大规模高速发展。近年来，世界范围内发生了多次地下结构震害事例，包括1995年日本神户地震，1999年中国台湾集集地震，1999年土耳其科贾埃里地震以及2008年中国汶川地震等。日本神户大地震中，地铁区间隧道及地铁车站遭受了严重破坏，甚至出现大开地铁车站完全塌毁的震害事例，地下结构抗震问题受到关注。我国已颁布实施了地下结构抗震设计规范，如《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909-2014）和《地下结构抗震设计标准》（GB/T51336-2018）。地下结构抗震分析与设计需要考虑土与结构动力相互作用，涉及时程分析方法、反应加速度法和反应位移法等。现有软件尚未集成上述方法，前后处理操作繁琐，三维土-结构系统模型计算效率低。工欲善其事，必先利其器。

广州颖力科技有限公司自主研发了地下结构动力分析软件GFE-SSA。该软件由有限元求解器模块和前处理模块组成，并可与结构专业设计软件无缝对接进行结构前后处理。GFE软件的优势与功能特色如下：

（1）“准”—集成了先进的土-结构动力相互作用分析模型与方法，保证计算结果准确。软件的各类单元、本构模型、相互作用、求解算法等对标国际主流通用有限元软件；软件集成了动力人工边界条件、场地地震反应分析、地震动输入等土-结构相互作用分析方法；软件集成了我国地下结构抗震设计规范要求的各类分析方法，包括二维和三维以及线性和非线性时程分析方法、反应加速度法、反应位移法等。

（2）“快”—采用了多GPU并行计算的显式动力求解和编程架构，保证计算过程快速。软件采用CPU+GPU异构并行计算的显式动力分析技术，其计算速度是多CPU并行计算速度的10倍以上。

（3）“简”—简化了土与结构一体化建模，可进行构件设计并生成计算书，操作简便。可将结构专业设计软件建立的结构模型导入GFE软件，之后在GFE软件内简单完成土-结构系统建模；基于GFE计算得到的结构结果可以完成效应组合、截面验算、配筋、生成计算书等；GFE软件也支持导入其他有限元软件的计算模型。

本手册首先简介地下结构抗震分析方法；然后以某地铁车站为例，介绍各类分析方法的GFE软件操作并给出计算结果，与主流商业有限元软件结果对比说明GFE软件的优势。