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变剪模与粘弹性场地土地震反应分析

段林  
【摘要】: 场地土地震反应分析是城市地震区划、工程场地地震安全性评价和结构抗震设计中应考虑的重要问题之一。土层地震反应分析涉及土层下卧基岩输入地震参数、土层地震反应分析方法和土介质的动力参数等三个问题,且这些问题相互影响、相互联系。场地土层地震反应就受输入地震动、场地土动力特性等因素的影响,这已受到岩土地震工程界的普遍重视。 鉴于自由场地震反应分析问题的复杂性和不确定性,为合理地分析场地土特性对其地震反应的影响,因此本文将入射地震波假定为垂直向上入射的稳态水平偏振剪切波(SH波),并用线性滞变阻尼理论考虑场地土的材料阻尼,利用一维剪切梁理论对三类常见变剪模场地土以及粘弹性半空间场地土进行地震反应分析,分别得出基岩运动输入下上覆场地土体系的解析解。对剪切模量为常数或沿深度按直线变化或沿深度按指数函数变化的这三种单层场地土进行对比分析,可见采用剪切模量沿深度按指数函数变化的场地土模型更能反映土层的非均匀性特征。实际场地土大都具有层状分层的特点,本文忽略局部不规则地形对土层地震反应的影响,将土层简化为水平层状体系,并将单层场地土地震反应推广到成层场地土,可以采用确定性方法或随机振动方法进行土层地震反应计算。另外本文利用此解来分析SH波激励下场地土地震反应,讨论不同场地土的动力特性参数对上覆单层场地土的动力效应的影响。分析结果表明,激振频率、场地土密度、剪切模量、粘滞阻尼比、阻抗比以及覆盖土层厚度等参数对场地土地震反应有明显影响。可见按现行抗震设计规范对土-结构体系进行抗震分析有可能产生较大偏差,需合理考虑土-结构动力相互作用和材料阻尼对场地地震反应特性的影响。场地土地震反应特性与地基参数密切相关,应把地基和结构作为系统的整体来考虑,以更合理地体现场地土层构造和性质以及土-结构相互作用对地震反应的影响,得到与实际情况更符合的分析结果,从而合理选择设计参数进行优化抗震设计,也为工程中的地震场地效应评价、震害分析和结构抗震设计都提供一定的参考依据。


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