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1、考虑岩土介质随机特性的工程场地地震动相干函数研究23卷3期2007年9月世界地震工程WORLDEARTHQUAKEENGINEE~NGVo1.23,No.3Sep.,2007文章编号:1007-6069(2007)03-0001-06考虑岩土介质随机特性的工程场地地震动相干函数研究陈原李杰(1.广州大学建筑工程系,广东广州510006;2.同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:将随机结构正交展开理论和随机振动分析的虚拟激励原理运用于场地波动有限元分析,形成了一种可以考虑岩土介质随机特性对工程场地地震动相干函数影响的分析
2、方法.实例分析表明,非严格均匀分布的随机介质场地对场地表面的迟滞相干函数值有重要影响,这种影响可由场地的随机影响因子来衡量,在进行工程场地地震动随机场研究时应当考虑场地介质随机特性的影响.关键词:地震动场;相干函数;正交展开;虚拟激励;随机介质中图分类号:P315文献标识码:AEffectofrandommediaoncoherencyfunctionofseismicgroundmotionCHENYuanLIJie(1.DepartmentofBuildingEngineering,GuangzhouUniversity
3、,Guangzhou510006,China;2.DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Withtheintroductionofthepseudo-excitationmethodandtheorthonagalexpansionmethodintothewavefiniteelememtanalysis,astochasticwaveanalysismethodofcomplexsiteispresen
4、tedinthispaperandtheeffectofrandomsitemediaonthecoherencyfunctionofthegroundmotionsisstudied.Numericalexamplesareshownthatstochasticmediaofthesitetendstoreducethelaggedcoherencyfunction,whichcanbemeasuredbystochasticfactoroflocalsite.Thisphenomenaisindicatedthatran
5、domnessofthesitemediashouldbeconsideredincoheren—cyfunctionresearch.Keywords:ea~hquakegroundmotion;coherencyfunction;orthogonalexpansion;pseudo—excitationmethod;sto—chasticmedia1引言场地的随机性对地震作用下场地反应有重要影响,介质的随机性增强了其对波的散射作用,改变了地震波在介质中的传播方式和波动能量在介质中衰减过程….文献[2]在关于弹性半空间中随
6、机介质波动传播理论的研究基础上,提出了相干函数的理论模型;文献[3]通过将土层简化为单自由度体系分析了位于基岩上场地土的随机特性对空间相关性的影响;文献[4]对一实际场地进行了现场观测和数值分析表明:地震动高频段相干性损失可以有效地由场地速度的随机变化模型进行解释.上述研究都是在简单的理论抽象模型基础上进行的,文献[5]将随机结构中的正交展开理论,虚拟激励原理与工程波动理论相结合,提出了考虑场地土随机特性的工程场地地震动相干函数的分析方法,为地震动随机场的研究开辟了新的道路,但这一研究是以工程波动理论中波源问题理论为基础进行
7、的,当需要考虑由计算区外部无限域入射地震波条件下场收稿日期:2007一o4-23;修订日期:20o7一o7-21基金项目:国家自然科学基金研究群体计划(50321803)作者简介:陈原(1968一),男,讲师,博士,主要从事结构工程抗震研究2世界地震工程23卷地地震反应的所谓散射问题时,还需对其进行进一步完善(关于波动分析中的波源问题和散射问题,见文献[6]).本文即在文献[5]的基础上,结合工程波动理论中散射问题的处理方法,发展了一种在开放体系中考虑场地土随机特性对工程场地地震动相干函数影响的分析方法.2计算方法考虑二维波
8、动分析问题(图1),设人射波为SV波,对工程场地进行波动有限元分析时,从无限域中截取一个有限计算区域,在计算区域的边界处需要采用特殊的技术模拟外行波场,这种经人为引人的边界一般称之为人工边界.对人工边界范围内的区域进行有限元离散后,可以写出运动控制方程的波动有限元矩阵形式:Mu(￡)+cf
