结构_地基动力相互作用问题分析一种直接方法_刘晶波.pdf

第 31 卷第 3 期土木工程学报 1998 年 6 月
结构一地基动力相互作用问题
分析的一种直接方法‘
刘晶波吕彦东
(清华大学)
[提要】本文给出结构一地基动力相互作用分析的一种直接有限元方法, 可以依托大型
结构分析软件完成结构一地基动力相互作用研究工作。该方法不但可以较好地模拟半无限地
基的辐射阻尼, 也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能。文中同时给出了一种结构一地基动
。
力相互作用中地震波动输入方法, 可以准确模拟任意角度人射的地震行波的输人数值算
例表明本文给出的方法具有较高的精度。
[关键词] 结构一地基动力相互作用辐射阻尼地震波动输人通用软件
一、月U 青
一。
结构地基动力相互作用对建筑物的地震反应有时起着重要的影响近二十年来, 对这
一问题的研究得到迅速发展, 计算模型和计算方法逐步改进, 地震观测和现场大比例尺模型
, 。
试验等方面的实际资料不断得到积累仁’ 2 〕然而, 在如何合理地反映地基无限性影响和实现
。
地震动输人等问题上, 仍需继续努力, 以找到一种合理且实用的方法
、一
随着高层建筑核电站和大型水坝等重要结构的不断修建, 地震作用下结构地基动力
。
相互作用问题已成为地震工程领域中一个重要的研究课题这一课题包括结构动力反应和地
。
震波动两个研究方面目前在这两个研究方面均取得了较大的进展, 然而尚未很好结合。大
型通用软件对地震动输人没有给予充分考虑, 不能合理地反映地震波动的相位特征, 无法模
拟半无限地基的辐射阻尼; 而复杂介质中地震波动分析软件对建筑结构的描述往往较粗糙,
。
以至无法用于复杂的重大工程结构分析
本文将提供一套方法, 将结构动力分析和复杂介质中波动分析的研究成果相结合, 利用
一
最新的结构动力分析通用软件实现地震动作用下结构地基动力相互作用分析, 既能考虑波
。
动人射幅值变化和相位变化对结构反应的影响, 又能考虑散射波的辐射效应利用通用软件
自身的功能, 将人工边界合并到大型结构动力分析软件中, 同时给出了一种新的地震波输人
方法, 可准确模拟波动人射过程而又不影响人工边界处理散射波的精度, 在不改变通用软件
。
的前提下, 编制***式软件实现这一工作
二、粘一弹性人工边界
一
用有限元法分析结构地基动力相互作用时, 需从半无限的地球介质中切取出有限计算
米国家教委开放研究实验室基金和国家自然科学基金(5 9 5 7 8 0 3 2) 联合资助项目
。
区在切取的边界上需建立人工边界模拟连续介质的辐射阻尼, 保证散射波从有限计算区内
。
部穿过人工边界而不发生反射建立人工边界的方法, 可广义地分为两大类: 精确边界和局
。。
部边界「3 〕局部边界的显著特征是其良好的实用性, 计算机存储量小, 计算时间短文献
。, 、、
「4 」曾对多种人工边界进行了对比分析在常用的人工边界中粘性边界旁轴边界透射
。
边界属时域局部人工边界其中旁轴边界和透射边界精度较高, 但在实际工程中, 这两种边
。
界常限于二阶精度以内粘性边界虽然只有一阶精度, 但概念清楚, 易于程序实现, 应用也
较广泛, 它的缺点是仅