土与结构动力相互作用分析方法浅析.pdf

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1、80低温建筑技术2010年第8期(总第146期)土与结构动力相互作用分析方法浅析赵云龙(西安建筑科技大学．西安710055)【摘要】对土与结构动力相互作用的研究历史与现状进行了介绍，简要综述了当前土与结构动力相互作用的研究方法，并对该领域今后的研究工作提出了建议。【关键词】土一结构动力相互作用；现状；发展趋势【中图分类号】TU411．8【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)08—0080—03在地震荷载的激励下，由于土的存在，自由场的地上产生约束力，从而影响场地的运动，由此形成了结

2、构表运动会区别于下卧基岩的运动；另一方面，结构的存与地基体系的运动相互作用。在又会影响基础地面的运动。因此地震作用下结构的2土一结构动力相互作用理论研究的历史和现状动力响应的研究就必须考虑土体与结构的相互作用。土一结构动力相互作用问题的研究主要从以下在结构设计中，设计人员习惯用一个横向剪力和一个两方面着手：①对土介质和结构的力学模式的研究；②静力矩来代替这种相互作用。对于建筑在刚性比较大对工程实践中实用计算方法的研究。土介质和结构力的地基上的结构，这种假设还是可以接受的，因为这时学模式的合理建立是土一

3、结构相互作用分析符合实的土体与结构二者之间的相互作用是比较弱的。但是际的关键。结构的力学模式可采用简化的单质点或多对于建在比较柔弱的地基上的大刚度结构，结构和地质点系，也可应用空间结构理论，针对不同的结构型式基将会发生强烈的动力相互作用，这个假设就难以被采用相应的三维模式。土则多采用线性模式，早期采接受了。由于工程设计中假定遭遇地震时建筑物基础用的水平成层均质土体模式，随着研究的深入和分析的运动与其临近的自由场地一致，历次地震中结构呈工具的发展，为了充分合理地反应地基特性对相互作现出一些异常行为，例如

4、1957年7月28日墨西哥地用的影响各种粘弹性和弹塑性动本构模型相继被提震中，远离震中220km的墨西哥城，许多建在软土地出，如Hardin—Dmevieh模型、Ramberg—Osgood模型。基上的高层建筑遭受了严重破坏，而周期较短的老旧此外考虑到土体失效的影响，研究者提出了有效应力建筑物却安然无恙；1970年土耳其盖迪兹地震时，基分析模型。本周期与下卧土层的卓越周期接近的建筑物遭受了土一结构动力相互作用计算方法有解析方法和严重破坏，其他建筑物则震害不大。这些实例说明土数值方法。前者中以弹性半空间

5、理论和弹性波绕射理一结构的动力相互作用作为土动力学与结构动力学论最具代表性。Reissner在简化的边界条件下对弹性的交叉学科，其深入研究对工程实践具有重大意义。地基振动问题的Lamb解进行积分，给出了刚性圆形1土与结构相互作用的基础概念基础板在竖向荷载作用下的振动问题的理论解。该理地震波由震源发出，通过场地土的传播输入到结论被其他研究者发展，获得了圆形和矩形基础在应力构体系，使建筑物发生振动。这时，结构体系产生的惯边界值条件下的平移、摆动和扭转振动的瞬态解析。性力如同新的震源又反作用于场地，引起新的

6、场地振由于地基的弹性常数K和阻尼系数c是频率的函数，动再作用于结构。这种现象成为称为土一结构体系的当土与结构体系比较复杂时，要确定这些函数及其在动力相互作用。从表现形式来看，土一结构动力相互频域中的变化十分困难。Ly~mer和Richart提出了不作用可分为：①惯性力引起的相互作用(InertialInter—随频率变化的质量一弹簧一阻尼器组成的集总参数action)，位于地面上的结构物受到垂直入射地震波作模型。从而将问题转化为求解等效及总参数模型问用时，结构基础运动实际上由自由场地的运动和上部题，经

7、其他学者研究陆续出现了含有5、8、lO个集总参结构惯性力引起的附加地动产生，这种由上部结构惯数的模型。虽然部分工程资料及试验表明弹性半空间性力引起的附加地动再作用于结构称为惯性相互作理论在大多数土一结构动力相互作用效应的计算中用。②运动相互作用(KinematicInteraction)．考虑斜足够精确，但是由于没有考虑地基土的材料阻尼和辐向输入地震波时，基础除受地动引起上部结构惯性力射阻尼影响，该理论不适于沉积复杂的地基情况，也并作用外，由于在场地内传播带有相位差的波动到达基没有完全被现场试验证实；

8、弹性波绕射理论可由波动础地面时，场地的位移受到约束，在基础与地基交界面方程求解，从而避开结构动力方程，简化处理。赵云龙：土与结构动力相互作用分析方法浅析81当场地条件、结构及基础形式复杂时，解析方法的析方法，这种方法考虑结构基础的转动和平移，引人传应用会带来数学上的困难，因此数值方法被引入。其递函数求解基础位移，在回代到结构动力方程，继而求中有限元法可以较真实地模拟地基与结构的力学特出结构的反应。性，适当考虑土的非线性特点，并已有大量易于为工程3原型测试