近断层框架结构群地震响应分析

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1、犬遣硿大莩士莩位佗文近断层框架结构群地震响应分析学科专业结构工程作者姓名指导教师—教授答辩日期笠博士学位论文近断层框架结构群地震响应分析作者姓名钟伟学科、专业结构工程学号指导教师刘铁林（教授完成日期年月大理工大噯大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交旳学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学

2、位论文题目：近断层框架结构群地震响应分析碎日期：年丄月日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：近断层框架结构群地震晌应分析作者签名：钟仔日期：年丨月上日导师签名：务木式日期：〉年月夕日答辩委员会主席：日期：年〖月玄日大连理工大学博士学位论文摘要北岭地震（、阪神地震（、集集

3、地震（和汶川地震（表明，近断层地震对其周围的城市会造成严重的震害。近断层城市结构群的地震响应是造成近断层城市严重震害的重要原因之一，因此，研究近断层城市结构群的地震响应有其现实意义。实际的近断层城市结构群地震响应是由于地震震源产生的地震波在地球介质和建筑结构群中传播的结果，而波动数值方法可以再现这种地震过程中的近断层建筑结构群响应，进而能够透彻地解释城市建筑震害现象，因此，进一步深入开展能够将结构群、地球介质和发震断层同时考虑到同一个计算模型中的近断层结构群地震响应的波动数值方法研究是一项有意义的工作。本论文主要从以下几方面开展研究工作：简单回顾了震源的点源模型和有限断层

4、模型以及粘弹性地球介质模型。重点回顾了地震波传播模拟的解析方法和数值方法以及近断层建筑结构群地震响应的研究现状。最后给出了本文研究目的和主要研究内容。详细介绍了用于实现断层破裂过程的有限断层震源模型和用于实现地球介质对地震波衰减的广义体（模型。给出了平面应变问题的矩张量源，整理了涉及有限断层震源参数的经验公式。首次推导并给出了两机制微分型模型的粘弹性参数与积分型松驰时间的关系。通过退化的方式给出了平面应变问题的两机制微分型、机制记忆变量型和机制历史变量型模型。本章整理和给出的内容将用于本文以下的研究。基于两机制微分型、机制记忆变量型和机制历史变量型粘弹性模型，分别提出了三

5、种用于模拟地球介质中粘弹性波传播的被研究块体方法。针对本章提出的每一种方法，都采用以下三个算例验证其正确性和有效性。首先，模拟了无限域粘弹性介质中的波动传播，并与解析解对比。其次，模拟了断层破裂引起的近场地面运动，并与离散波数法计算结果对比。最后，模拟了单力引起的不规则起伏自由表面上的地表响应，并与有限元计算结果对比。对比结果验证了本章提出的三种粘弹性波传播的被研究块体方法在计算粘弹性波传播、模拟断层破裂引起的近断层地面运动和处理不规则地表起伏的波动问题方面的正确性和有效性。对比结果同时表明，本章提出的方法具有良好的数值计算精度。应用第章提出的基于两机制微分型模型和有限断

6、层震源模型的粘弹性地震波传播的被研究块体方法研究了映秀北川断层破裂引起的北川近断层地面运动，数值模拟中考虑了汶川地震的断层破裂过程、地球介质的粘弹性衰减、地球介质的非均匀性以及实际的地表起伏。研究结果表明，上盘的地震动明显强于下盘的地震动，近断层框架结构群地震响应分析上下盘效应明显；上盘和下盘不同空间点处的值随空间变化出现明显的“波动”现象；北川下方地球介质的粘弹性和北川周边地表起伏对北川县城地面运动有很大影响；模拟的北川县城地面运动空间分布规律和频率特性都与北川县城实际震害具有一致性。本文方法提供了一种可以有效模拟近断层地震地面运动的实用工具。提出了一种同时考虑框架结构

7、群、粘弹性地球介质和发震断层的一体化模型。基于一体化模型，提出一种实现断层破裂产生的地震波在粘弹性地球介质和框架结构群中传播的集成模拟方法。与第章采用的两机制微分型模型不同，本集成模拟方法中，地球介质中粘弹性波传播的方法采用的是机制记忆变量型粘弹性模型。为了实现框架结构中弯曲波的传播，建立了框架结构中的被研究块体的控制方程并给出了框架结构中弯曲波传播方法的时域递推过程；为了实现地球介质中的体波与框架结构中的弯曲波的双向传播，建立了一种新的连接土体与结构的被研究块体的控制方程并给出土体与结构连接处波动双向传播的时域递推过程。通过