地震波斜入射时成层半空间场地反应分析方法及其应用

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1、中文图书分类号：TU47密级：公开UDC：624学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：地震波斜入射时成层半空间场地反应分析方法及其应用论文作者：尹侯权学科：土木工程指导教师：赵密教授论文提交日期:2015年7月UDC：624学校代码：10005中文图书分类号：TU47学号：S201204127密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：地震波斜入射时成层半空间场地反应分析方法及其应用英文题目：AMETHODFORLAYEREDHALF-SPACESITERESPONSEUNDEROBLIQUELY

2、INCIDENTEARTHQUAKEANDITSAPPLICATION论文作者：尹侯权学科专业：土木工程研究方向：地下结构抗震申请学位：工学硕士指导教师：赵密教授所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

3、示了谢意。签名：尹侯权日期：2015年6月8日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：尹侯权日期：2015年6月8日导师签名：赵密日期：2015年6月8日摘要摘要地铁地下结构地震反应分析可以采用有限元结合黏弹性人工边界的时域数值方法，分析前需要确定自由场地地震反应并将其转化为作用于人工边界处的等效地震荷载。地铁地下结构所处沉积场地可以简

4、化为水平成层半空间，当场地距离浅源地震震中适度远时地震输入可以简化为倾斜入射的平面体波。传递矩阵法和刚度矩阵法是计算地震波斜入射时成层半空间场地反应的经典方法，但该类方法基于频域解析解，不适合非线性问题。有限元法等时域数值方法能够计算非线性问题，但无法模拟半无限二维空间中的平面波传播问题。本文提出一种计算平面地震波倾斜入射时成层半空间场地反应的一维空间有限元人工边界方法，进一步将该方法应用于地铁地下结构地震反应分析，研究地震波入射角度和土层特性变化对结构地震反应的影响。具体研究工作包括：1、提出计算平面地震波倾斜入射时成层半空间场地反应的一

5、维空间有限元人工边界方法。在该方法中，截去均匀半空间基岩，建立吸收边界条件与输入边界条件组合的精确人工边界条件来模拟被截去半空间的波动辐射和输入特性；然后，利用Snell定律将水平方向无限的二维空间问题转化为沿深度方向的一维空间问题；最后，利用一种能够考虑非对角阻尼矩阵的显式动力有限元法求解所得的一维问题。编制了该方法的MATLAB程序。典型场地的地震反应分析表明，提出方法的计算结果与传递矩阵法结合傅里叶变换的计算结果完全吻合，其精度高于现有时域数值方法的计算结果，证明了提出方法的有效性。2、实现场地地震反应的人工边界输入。首先，根据Sne

6、ll定律将一维空间场地地震反应扩展到二维空间；然后，利用基于黏弹性人工边界的等效荷载输入方法，计算作用于人工边界处的地震荷载；最后，编制了在ABAQUS有限元软件中施加黏弹性人工边界和地震荷载的FORTRAN程序。通过对比ABAQUS二维场地计算结果和一维空间有限元人工边界方法的计算结果，验证了在ABAQUS软件中实现场地地震反应输入的正确性。3、以某地铁车站为例，运用ABAQUS软件，进行了考虑平面地震波斜入射和场地水平成层半空间特性的地铁地下结构地震反应分析，研究了地震波斜入射角度以及土层特性变化对地铁车站地震反应的影响。关键词：场地地

7、震反应分析；成层半空间；斜入射；有限元法；人工边界条件；I北京工业大学工学硕士学位论文Snell定律IIAbstractAbstractSeismicresponseanalysisofundergroundsubwaystructuresusuallyusesthetime-domainmethodcombiningfiniteelementmethodwithviscous-springartificialboundary.Thesiteseismicresponseneedtobecalculatedbeforeanaly

8、sis,anditisthentransformedintoequivalentearthquakeloadingatartificialboundary.Sedimentary