地震作用下土‑结构相互作用的简化时程分析
Simplified Time History Analysis for Soil‑Structure Interaction under Earthquake
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第1期 页码：111-117
- 作者机构：
1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124
2.北京科技大学土木与资源工程学院， 北京 100083
3.同济大学土木工程学院，上海 200922
- 作者简介：
赵密(1980―)，男，教授，博士。主要从事重大工程抗震研究。E-mail: zhaomi@bjut.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(U1839201;51678015);教育部创新团队项目(IRT_17R03);北京市自然科学基金项目(JQ19029)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.201912048
中图分类号： TU443-
纸质出版：2022-02-28
- 稿件说明：
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赵密,王维伟,黄景琦等.地震作用下土‑结构相互作用的简化时程分析[J].防灾减灾工程学报,2022,42(01):111-117.
ZHAO Mi,WANG Weiwei,HUANG Jingqi,et al.Simplified Time History Analysis for Soil‑Structure Interaction under Earthquake[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(01):111-117.
赵密,王维伟,黄景琦等.地震作用下土‑结构相互作用的简化时程分析[J].防灾减灾工程学报,2022,42(01):111-117. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201912048.
ZHAO Mi,WANG Weiwei,HUANG Jingqi,et al.Simplified Time History Analysis for Soil‑Structure Interaction under Earthquake[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(01):111-117. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201912048.
摘要
基于黏弹性边界和将场地地震反应转化为等效荷载的有限元直接法是目前进行土‑结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。该方法具有严格的理论基础且计算精度较高，但在商业有限元软件中施加黏弹性边界和由场地反应确定的等效地震荷载时，需要使用者编制程序书写命令流文件。本文建议一种动力时程简化分析模型，即计算模型侧边界采用滚轴或绑定边界、底边界强制自由场反应。首先基于一维等效线性化场地反应分析软件EERA，明确了分别给定岩石地表记录、基岩记录和场地地表记录条件下，正确实现场地反应分析的做法，表明在相同地震下三种分析能够得到相同的场地反应结果；然后给出动力时程简化分析过程；最后通过一层两跨地铁车站的地震分析，表明该方法具有较高精度，满足工程需求。
Abstract
The direct finite element method is achieved by transforming the site response into the equivalent loading based on the viscous-spring boundary condition. It is one of the most common methods using time history analysis for soil-structure interaction analysis. This method is very accurate but users need to generate command stream files through programming based on commercial finite element software. In this paper， a simplified dynamic time analysis method， i.e. the roller boundary is applied at lateral boundaries and the bottom boundary are forced by the free field response that is obtained from one-dimensional （1D） site response analysis. Firstly， the site response analysis is done under the conditions of given rock surface， bedrock and site surface records respectively based on 1D equivalent linearization site response analysis， which shows that the same site responseresults can be obtained for the three analyses under the same earthquake. Then， simplified time analysis ispresented. Finally， the seismic analysis of a two-span subway station is presented， and the results indicate that the method has high precision and meets engineering requirements.
关键词
Keywords
references
廖振鹏 . 工程波动理论导论 ［M］. 第二版 . 北京 ： 科学出版社 ， 2002 .
Liao Z P . Introduction to engineering wave theory ［M］. Second Edition . Beijing ： Science Press ， 2002 . （in Chinese）
杜修力 . 工程波动理论与方法 ［M］. 北京 ： 科学出版社 ， 2009 .
Du X L . Theory and method of engineering wave ［M］. Beijing ： Science Press ， 2009 . （in Chinese）
Wolf J P ， Song C . Some cornerstones of dynamic soil‑structure interaction ［J］. Engineering Structures ， 2002 ， 24 （ 1 ） ： 13 ‑ 28 .
Wolf J P . Soil‑structure‑interaction analysis in time domain ［M］. New Jersey ： Prentice Hall ， 1988 .
Ghandil M ， Behnamfar F . The near‑field method for dynamic analysis of structures on soft soils including inelastic soil ‑structure interaction ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2015 ， 75 ： 1 ‑ 17 .
Lysmer J ， Wass G . Shear waves in plane infinite structures ［J］. Journal of Engineering Mechanics ， 1972 ， 98 （ 1 ）： 85 ‑ 105 .
Wolf J P . The scaled boundary finite element method ［M］. New York ： John Wiley & Sons Inc ， 2003 .
Zhao M ， Wu L H ， Du X L ， et al . Stable high‑order absorbing boundary condition based on new continued fraction for scalar wave propagation in unbounded multilayer media ［J］. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering ， 2018 ， 334 ： 111 ‑ 137 .
Zhao M ， Li H F ， Du X L ， et al . Time‑domain stability of artificial boundary condition coupled with finite element for dynamic and wave problems in unbounded media ［J］. International Journal of Computatioanal Methods ， 2018 ， 15 （ 3 ）， 1850099 .
Lysmer J ， Kuhlemeyer R L . Finite dynamic model for infinite media ［J］. Journal of the Engineering Mechanics Division ， 1969 ， 95 （ 4 ）： 859 ‑ 878 .
Itasca Consulting Group Inc . FLAC3D （fast lagrangian analysis of continua in 3D）， version 2.00，users manual（volumeⅤ） ［R］. USA ： Itasca Consulting Group Inc ， 1997 .
Brinkgreve R B J ， Vermeer P A . Finite Element code for soil and rock analysis， user's manual ［M］. Rotterdan ： A. A. Balkema ， 2012 .
Du X L ， Zhao M . A local time‑domain transmitting boundary for simulating cylindrical elastic wave propagation in infinite media ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2010 ， 30 （ 10 ）： 937 ‑ 946 .
杜修力 ， 赵密 ， 王进廷 . 近场波动模拟的人工应力边界条件 ［J］. 力学学报 ， 2006 ， 38 （ 1 ）： 49 ‑ 56 .
Du X L ， Zhao M ， Wang J T . A stress artificial boundary in for near‑field wave problem ［J］. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics ， 2006 ， 38 （ 1 ）： 49 ‑ 56 . （in Chinese）
刘晶波 ， 王振宇 ， 杜修力 ， 等 . 波动问题中的三维时域粘弹性人工边界 ［J］. 工程力学 ， 2005 ， 22 （ 6 ）： 46 ‑ 51 .
Liu J B ， Wang Z Y ， Du X L ， et al . Three‑dimensional visco‑elastic artificial boundaries in time domain for wave motion problems ［J］. Engineering Mechanics ， 2005 ， 22 （ 6 ）： 46 ‑ 51 . （in Chinese）
刘晶波 ， 吕彦东 . 结构‑地基动力相互作用问题分析的一种直接方法 ［J］. 土木工程学报 ， 1998 ， 31 （ 3 ）： 55 ‑ 64 .
Liu J B ， Lyu Y D . A direct method for analysis of dynamic soil‑structure interaction ［J］. China Civil Engineering Journal ， 1998 ， 31 （ 3 ）： 55 ‑ 64 . （in Chinese）
Zhao M ， Gao Z D ， Wang L T ， et al . Obliquely incident earthquake for soil‑structure interaction in layered half space ［J］. Earthquakes and Structures ， 2017 ， 13 （ 6 ）： 573 ‑ 588 .
包锐 ， 周叮 ， 刘伟庆 ， 等 . 粘弹性人工边界及其在盆地地震效应研究中的应用 ［J］. 世界地震工程 ， 2013 ， 29 （ 4 ）： 133 ‑ 140 .
Bao R ， Zhou D ， Liu W Q ， et al . Viscous‑spring artificial boundary and its application to study on seismic effect of basin ［J］. World Information on Earthquake Engineering ， 2013 ， 29 （ 4 ）： 133 ‑ 140 . （in Chinese）
陈灯红 ， 杜成斌 ， 苑举卫 . 基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用 ［J］. 世界地震工程 ， 2010 ， 26 （ 3 ）： 127 ‑ 132 .
Chen D H ， Du C B ， Yuan J W . Viscous‑spring boundary element based on ABAQUS and application to dynamic analysis of a gravity dam ［J］. World Information on Earthquake Engineering ， 2010 ， 26 （ 3 ）： 127 ‑ 132 . （in Chinese）
杜修力 ， 赵密 . 基于黏弹性边界的拱坝地震反应分析方法 ［J］. 水利学报 ， 2006 ， 37 （ 9 ）： 1063 ‑ 1069 .
Du X L ， Zhao M . Analysis method for seismic response of arch dams in time domain based on viscous‑spring artificial boundary condition ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2006 ， 37 （ 9 ）： 1063 ‑ 1069 . （in Chinese）
Li Y ， Zhao M ， Xu C S ， et al . Earthquake input for finite element analysis of soil‑structure interaction on rigid bedrock ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2018 ， 79 ： 250 ‑ 262 .
Bardet J P ， Ichii K ， Lin C H . EERA‑Acomputer program for equivalent‑linear earthquake site response analyses ［R］. California ： Department of Civil En‑gineering， University of Southern California ， 2000 .
杜修力 ， 许紫刚 ， 许成顺 ， 等 . 基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究 ［J］. 岩土工程学报 ， 2018 ， 40 （ 12 ）： 2155 ‑ 2163 .
Du X L ， Xu Z G ， Xu C S ， et al . Research on overall dynamic time history analysis method of soil‑underground structure based on equivalent linearization ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2018 ， 40 （ 12 ）： 2155 ‑ 2163 . （in Chinese）
赵密 ， 王利涛 ， 高志懂 ， 等 . 土‑结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较 ［J］. 震灾防御技术 ， 2017 ， 12 （ 3 ）： 589 ‑ 598 .
Zhao M ， Wang L T ， Gao Z D ， et al . Comparison of several types of seismic input methods in soil‑structure interaction analysis ［J］. Earthquake Disaster Prevention Technology ， 2017 ， 12 （ 3 ）： 589 ‑ 598 . （in Chinese）
Huo H ， Bobet A ， Fernández G ， et al . Load transfer mechanisms between underground structure and surrounding ground： evaluation of the failure of the Daikai Station ［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ， 2005 ， 131 （ 12 ）： 1522 ‑ 1533 .
城市轨道交通结构抗震设计规范 ： GB 50909—2014 ［S］ . 北京 ： 中国计划出版社 ， 2014 ．
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