考虑土与结构相互作用时结构地震响应分析

时间：2025-04-26

大师的经典之作

第３９卷增刊建筑结构２００９年４月

考虑土与结构相互作用时结构地震响应分析

杨

婷，宋

力，朱炳寅

（中国建筑设计研究院，北京１０００４４）

［摘要】

在进行结构设计中，考虑地震作用时，往往不考虑土与结构的相互作用。本文选择大型通用软件

ＡＢＡＱＵＳ作为基本的分析工具，分析了不考虑和考虑土一结构相互作用（即ＳＳＩ）效应情况下结构的地震响应。

［关键词］

土一结构相互作用（ＳＳＩ）；粘弹性人工边界；反应谱

ＳｅｉｓｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅ

Ｗｈｅｎ

ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＳＳＩ

ＹａｎｇＴｉｎｇ，ＳｏｎｇＬｉ，ＺｈｕＢｉｎｇｙｉｎ

（ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＧｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｉｔａｌｗａｙｓｄｏｅｓ

ｒｅｓｅａｒｃｈ

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ｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｓｏｉｌ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｒｅｓｐｏｎｓｅ

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＳＳＩ）ｅｆｆｅｃｔ

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ｔｗｏ

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ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＳＳＩｅｆｆｅｃｔａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＳＳＩｅｆｆｅｃｔ，ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ－ｓｔｍｅｔｕｒｅ

１

ＡＢＡＱＵＳ．

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＳＳＩ）；ｖｉｓｃｏｕｓ—ｓｐｒｉｎｇａｒｔｉｆｉｃｉａｌｂｏｕｎｄａｒｙ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍ

引言

对于非岩石或软岩石地基土，由于结构物基础面

在１．７—１．８倍，地基持力层岩体呈现不均匀特征，属于非水平成层、非均匀复杂地基。

４

的运动受到地基．结构动力相互作用的影响，与地表自由场运动会有显著的差别，因此应计入地基与结构的相互作用。拟建在非水平成层、非均匀复杂地基上的重要结构，在进行结构设计时，如何评估并确保在静载及动载荷作用下的地基强度、变形及稳定性满足要求，且在地震响应计算时如何考虑其影响，成为其抗震分析中的关键问题。本文采用大型通用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ对拟建在非水平成层、非均匀复杂地基上的结构进行多维地震作用下地震响应模拟分析。

２

地基土模型的建立

主厂房结构所在的场地土土层的大致分布如图ｌ

所示。由所提供的土质条件可知，此处土壤剪切波速大于１１００ｍ／ｓ的岩层界面位于基底以下６０ｍ处，因此，土体模型竖直方向取至基底以下６０ｍ。

图Ｉ

实际土层的大致分布不意图

粘弹性人工边界

在用有限元法进行近场波动分析的时候，将重点

在分析中，按照岩土风化的程度及动剪切模量将土层简化为如下３种：（１）中等风化粉砂质泥岩和中等风化泥质粉砂岩；（２）微风化粉砂质泥岩和微风化泥质粉砂岩；（３）微风化细（粉）砂岩。

对于地基土根据土层的分布以及所提供的具体的勘测点的数据，使用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立场地土模型。按照土体的简化类型，将３种不同的土的特征条件赋给相应各层的场地土，因土层相对均匀度较差，采用三维四面体杂交单元Ｃ３Ｄ４Ｈ进行网格划分。

为了将粘弹性人工边界应用于有限元软件中”１，可以采用一种等效弹簧的实体单元，具体方法是在已建好的三维有限元模型人ＩＴ边界面上沿法向延伸一层厚度相等、边界固定的实体单元。施加上述等效弹簧实体元之后的有限元模型相当于在人工边界节点上施加了相应的弹簧元件。本文中，在有限元计算软件中采用直接在节点上加弹簧一阻尼单元来模拟。

关注的部分人为地切割出来进行离散化，切割面即称为人工边界。刘晶波发展了三维粘弹性人工边界及其数值模拟技术…，并用数值算例证明了其可靠性和实用性，进而表明粘弹性边界精度高于粘性边界。因此本文在分析时，采用此人工边界进行土．结构动力相互作用模拟。

３

场地的土质条件

根据岩土丁程勘察报告，主厂房基础坐落于中等

风化及微风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和细（粉）砂岩上，岩层成￡１０。左右倾角，场地岩体破碎较完整，岩体剪切波速在６５０～１

０３ｌ

ｍ／ｓ之间，剪切波速大于

１１００ｍ／ｓ的岩层界面位于基底以下６０ｍ处。

基底以下一定深度范围内地基持力层部分为中等风化基岩，其余为微风化基岩，两种岩体静力特性指标差别不大，但动力学参数存在较大差异，参数平均差异

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