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一种基于时域本构的场地地震反应方法研究

阮璠  
【摘要】:震害表明,场地条件不同会引起地震地面运动的差异,从而对结构产生不同的影响。如何合理有效地刻画场地的地震动响应,为抗震设计提供科学合理的设计地震动参数成为工程抗震领域重要的课题。研究成果和工程实践表明,等效线性化方法在模拟土体非线性等方面存在局限性。时域积分法是较准确估计土层非线性地震反应的方法之一,而这一估计的准确程度主要取决于土体的动力本构模型。UE动力本构模型具有记忆量小、模型参数物理意义明确、表达式简单以及可描述非对称循环荷载等优点。但其在描述等幅循环荷载作用下的土体滞回圈时存在非对称性,且无法较好地拟合土体动阻尼比随应变产生的变化规律。本文基于已有研究成果,提出了一种针对阻尼比拟合的修正UE土体动力本构模型,并利用响嘡台阵及部分日本台站的资料进行场地地震反应分析来验证修正UE模型。本文取得了如下主要研究成果:1、总结了土体一维动力本构模型的研究现状简要总结了等效线性化方法及时域积分方法的提出过程及原理,并对目前国内外现行的各种土体动力本构模型进行了详细阐述,介绍了各土体本构模型的提出过程、原理及使用范围。2、提出了一种修正UE土体动力本构模型简要介绍了原UE模型的构造原理、推导过程及其在无法有效拟合阻尼比和滞回圈非对称性等方面存在的缺陷,并针对此缺陷提出了一种基于栾茂田半解析半离散化方法的修正UE模型,接着验证了修正UE模型在阻尼比拟合及滞回圈对称性方面的修正效果,并对修正UE模型中的参数变化规律进行了研究。3、基于响嘡台站进行NDSoil-1D程序的检验基于响嘡台阵3号测井,选取三条响嘡台阵基岩强震记录作为输入地震动,分别采用嵌有修正UE模型、原UE模型、“动态骨架曲线”模型的时域积分方法及等效线性化方法进行场地地震反应分析,并将各计算结果与实际地震记录进行对比,分析得到各计算方法的优劣。4、基于日本强震记录进行NDSoil-1D程序检验选取两处日本台站场地及相应的输入地震动时程,采用修正UE模型进行不同输入地震动强度范畴下的场地地震反应分析计算,将计算得到的地表加速度时程、傅里叶谱及反应谱与实测地震记录进行对比分析,再次对修正UE模型的有效性进行验证,并对计算误差产生的原因进行了分析。


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