土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究共3篇
地震模拟振动台及模型试验研究进展
地震模拟振动台及模型试验研究进展1. 本文概述随着城市化进程的加快和建筑工程技术的不断发展，地震灾害对人类社会的威胁日益凸显。
为了提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害造成的人员伤亡和经济损失，地震模拟振动台及模型试验研究成为了工程抗震领域的重要研究方向。
本文旨在综述地震模拟振动台及模型试验的研究进展，分析现有技术的优缺点，探讨未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。
地震模拟振动台作为一种重要的试验设备，可以模拟地震波对建筑物的影响，为研究者提供一种可控、可重复的实验手段。
模型试验则是将实际建筑结构按比例缩小，通过模拟地震作用下的响应，来研究结构的抗震性能。
这两者的结合为抗震研究提供了强有力的技术支持。
本文首先介绍了地震模拟振动台的工作原理和技术特点，然后对近年来国内外在模型试验方面的研究进行了梳理，包括试验方法、试验对象和试验结果等方面的内容。
接着，本文分析了当前研究中存在的问题和挑战，如模型与原型之间的相似性、试验数据的准确性等。
本文探讨了地震模拟振动台及模型试验的未来发展趋势，包括技术革新、数据分析方法的改进以及与其他抗震技术的结合等方面。
2. 地震模拟振动台技术概述定义：地震模拟振动台是一种用于模拟地震作用的实验设备，通过在实验模型上施加特定的振动，来模拟地震时的地面运动。
原理：振动台通过驱动系统产生可控的振动波形，这些波形可以模拟实际的地震波形或特定的地震动参数。
综合模拟环境：结合温度、湿度等环境因素，进行更全面的地震模拟。
3. 地震模拟振动台的发展历程地震模拟振动台的发展可以追溯到20世纪初。
最初，地震模拟振动台主要用于建筑结构的抗震性能研究。
早期的振动台设备简单，只能模拟一维地震波，且模拟的地震波频率范围有限。
这些早期的尝试为后来的研究奠定了基础。
20世纪50年代，随着电子技术和材料科学的发展，地震模拟振动台进入了快速发展阶段。
这一时期的振动台设备开始能够模拟多维地震波，频率范围也得到扩大。
地震工程学论文地震需求论文
地震工程学论文地震需求论文地震地面运动特性对结构地震需求的影响研究现状摘要：在结构抗震设计和分析中，地震地面运动特性（用幅值、频谱特性和持时表示）的变异性对于结构地震需求的影响最大。
震害经验表明，各类结构的震害均表现为这三个基本要素综合影响的结果。
因此，从地震工程学和结构抗震两个方面，对国内外结构地震需求分析研究现状进行了较为全面的论述，包括分析方法、研究内容、影响因素等，重点论述了地面运动三要素对结构地震需求的影响，提出了存在的问题和今后尚需开展的研究工作。
关键词：桥梁工程；基于性能的地震工程学；地震需求；地面运动强度参数；频谱特性；持时中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2011）01-0075-060 引言在结构抗震设计和分析中，需要预计在工程场地处的特定地震灾害环境下，待建或已建结构可能遭受到的最大地震反应以及相应的破坏规律，并将这种预计结果进行量化。
在这个过程中，有很多不确定因素会对预计结果产生影响，对这些不确定因素需要认真考虑并尽量减小其对结构地震需求预计的影响，从而提高精确性和计算效率。
而且，在基于性能的地震工程学（PerformanceBased Earthquake Engineering，简称PBEE）中，一个重要任务就是处理在这个过程中每一步所出现的不确定因素，而这些不确定因素均可视为随机变量，只有这样才能更加准确地预计结构的概率地震需求和破坏规律，如易损性曲线等。
在各种不确定因素中，地震地面运动特性的变异性对于结构地震需求的影响最大（Lee，Mosalam，2006）。
地震地面运动特性主要可以用幅值、频谱特性和持时三个基本要素来表示。
震害经验表明，各类结构的震害表现是这三个基本要素综合影响的结果（解丽等，2008）。
1 对于结构地震需求的预计研究在结构抗震研究中，已有大量结果（Muto，1960；Sozen，1980；Moehle，1992）表明，当结构屈服并进入非线性阶段时，结构的破坏更直接地与变形有关而不是与侧向力的水平有关；大量试验研究结果（Krawinkler，Zohrei，1983；Chai et al，1995；ElBahy et al，1999）表明，采用累积破坏参数和能量参数来预计结构的地震需求和能力更为合理，它们能够对可能的破坏水平提供更好的指示作用。
土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论
土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论引言：土与基础结构的相互作用是土力学和地震工程领域中的重要研究课题。
在地震和其他动力荷载作用下，土体的动态特性对基础结构的动态响应和稳定性起着至关重要的作用。
本文将介绍土与基础结构动力相互作用的饱和弹性半空间理论，该理论基于弹性连续体力学和Biot动力响应理论，并考虑了饱和土的非均匀渗流效应。
1. 土弹性力学基础土体是一种多孔介质，具有弹性和连续性。
土体的弹性性质可以通过与岩石和金属类似的弹性力学理论来描述。
弹性体在受力时产生应变，并且当撤离力时能够完全恢复到无应变状态。
土体的弹性性质是通过弹性模量和泊松比来表征。
弹性模量是土体在单位应力作用下发生的应变，泊松比是侧向收缩应变与轴向应变之比。
2. 土与结构动力相互作用的Biot理论Biot理论是描述多孔弹性体动力响应的重要理论。
Biot理论考虑了土体的质量，弹性性质和渗流特性，并基于弹性连续体力学和一组渗流方程，提供了解析土体动力响应的框架。
该理论考虑了土体的质量能量平衡、线弹性力学和物质平衡方程。
3. 饱和弹性半空间模型饱和弹性半空间模型是一种简化的土体模型，它可以有效地描述土与基础结构之间的动力相互作用。
半空间指的是没有边界的无限土体模型。
饱和弹性半空间模型的基本假设是土体是均匀饱和、各向同性、弹性均一的介质，且无边界限制。
4. 动力相互作用分析方法饱和弹性半空间模型可以通过数值方法进行分析，例如有限元法和边界元法。
数值方法可以建立基于弹性理论和Biot动力响应理论的土体和结构的数学模型，通过求解模型的运动方程和边界条件来预测土体和结构的动力响应。
5. 非均匀渗流效应的考虑饱和土体中的渗流对土体的动力响应有着重要的影响。
由于渗流，土体中的孔隙水压强度会发生变化，从而改变土体弹性模量和阻尼特性。
非均匀渗流效应的考虑可以通过将渗流过程纳入动力相互作用分析中的渗流方程来完成。
地铁车站二维抗震分析的中柱简化方式对比
研究，利用弹模折减法进行建模，发现主体构件连接处在地
４）弹模折减，即减小墙体材料弹性模量 Ｅ来保证中柱
震作用下容易发生损坏［１４］。上述研究并未考虑中柱质量 截面 ＥＡ和 ＥＩ不变，墙体的弹性模量和质量密度分别变为
等效。本文在保证中柱质量不变前提下，讨论 ４种中柱折 ３．８３ＧＰａ和 ２７７．７８ｋｇ／ｍ３。
李 伟１ 昝子卉２ 赵 密１
（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．广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 ５１００００）
摘 要：地铁车站横断面抗震分析通常采用考虑土—结构相互作用的二维平面应变模型，中柱简化为沿纵向连续墙体，在保证中
柱质量不变前提下，通过折减墙体的几何尺寸或材料参数使其具有与中柱相同的截面抗弯刚度 ＥＩ或抗压刚度 ＥＡ，四种折减方式
铁进行设计研究，在工程上是可以接受的，但是结果需要修
２）ＥＩ横向几何折减，即减小墙体横向宽度来保证中柱
正。张亚［６］采用 ＥＡ横向几何折减法进行建模分析，发现 截面横向 ＥＩ不变，墙宽度和质量密度分别变为 ０．３３６５ｍ
利用 ＥＡ横向几何折减法进行简化计算时，侧墙弯矩与实 和 ５７７．８４ｋｇ／ｍ３；
第２０４７２卷１第年 １８５期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＡＶｕｏｌｇ．．４７Ｎｏ２．０１２５１
·５５·
ＤＯＩ：１０．１３７１９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９６８２５．２０２１．１５．０２０
地铁车站二维抗震分析的中柱简化方式对比
际有大约 ５％的误差。庄海洋利用弹模折减法进行建模，
３）纵向几何折减，即 将 中 柱 平 面 应 变 单 元 厚 度 取 为 中
发现场地类别越差，基岩输入的地震动对层间位移角的影 柱纵向宽度 １ｍ，除中柱以外的土和结构平面应变单元厚 响越大［１３］。同时，庄海洋对大开车站的破坏机理也进行了 度取为纵向一跨尺寸 ９ｍ；
振动台模型试验若干问题
2.50E+04 2.00E+04 1.50E+04 1.00E+04 5.00E+03 0.00E+00
0
y = 1400.3x R2 = 0.3033
5
10
15
立方体强度(MPa)
应力应变曲线
应力比
微粒混凝土应力应变曲线
1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000
有机玻璃
有机玻璃适于弹性模型的制作。可用于 研究复杂体形结构动力特性和多遇烈度 地震下的反应； 有机玻璃的特点是弹性模量低 其泊桑比（0.35-0.38）也较接近混凝土 的泊桑比（0.25-0.27） 有机玻璃是透明的，在模型制作及加工 过程中的任何缺陷都可以立即查出来， 从而可及时改正。
有机玻璃的材料特性为 1、弹性模量 E=2600MPa 2、泊桑比 µ= 0.35-0.38 3、容重g=1200 kg/m3 4、极限强度为25.6 MPa
材料 屈服强度 极限强度 弹性模量6~330 375~460 2×105
伸长率 (%) ~26
造复合土（或重塑土）模拟土体结构。
微粒混凝土材料 对微粒混凝土进行了充分深入的研究，在模 型施工前，需要做微粒混凝土级配试验，以 确定具体的级配关系。 模型缩比较大时，构件尺寸较小，精度要求 较高，对施工有特殊要求。 微粒混凝土用较大的砂砾作为粗骨料代替普 通混凝土中的碎石，以较小粒径的砂砾作为 细骨料代替普通混凝土中的砂砾，具有数级 连续级配。 施工方法、振捣方式和养护条件都与普通混 凝土相同。
1000 100
前苏联HRI
6×6
50
日本PWRI
8×8
300
土——结构动力相互作用分析方法
0.引言土—结构动力相互作用的研究最早大约于20世纪30年代从机械基础振动问题的研究开始的,特别是在50年代以来,大型核电站、大型水坝、大型桥涵、海洋结构、地下工程、地铁以及超高层建筑等重大工程相继修建,与以往的建筑结构物相比较。
这类建筑则具有刚度、重量、跨度都很大而地基则往往相对比较柔性的特点。
这时刚性地基假设已经不再合理,必须计入土—结构动力相互作用(Interactio n)的影响。
土—结构动力相互作用得到广泛关注的课题,主要包括波动场地地基土与结构的相互作用和局部动力源(振源)下土与结构的相互作用两类。
研究土—结构动力相互作用的方法可以概括为:理论方法、原型测量和室内试验三类,具体分析方法如下图所示。
图1研究方法一览表1.理论研究方法土—结构动力相互作用的分析方法按求解域可分为频域法、时域法以及时频混合法。
按结构系统可分为整体分析法和子结构法两种。
按求解方法可分为解析方法、数值方法、数值—解析结合法以及集中参数法四种。
集中参数法是将结构物地下部分的土体换算成等价的弹簧—质量—阻尼体系,上部结构离散化为由弹性杆串联的多个质量的弹性结构。
集中参数模型概念清晰、应用简便,但该方法较粗糙,在考虑非均匀、非线性或地形变化较大的复杂地基时变得不再适用。
由于解析方法要求简单规则的边界条件及均匀(或简单层状)的介质特性,当上部结构、基础以及地形地质条件较复杂时,所能解决的问题就非常有限,有时候求解时还会涉及到收敛性和稳定性的问题,因而数值法和数值—解析结合法成为研究土—结构动力相互作用问题时广泛应用的手段。
目前,用于土—结构动力相互作用分析的数值法或半解析数值法有有限元法、边界元法、有限差分法、离散元法、无限元法以及杂交混合法等。
(1)有限元法。
有限元法可以较真实地模拟地基与结构的力学性能,处理各种复杂的几何形状和荷载,能够考虑结构周围土体变形及加速度沿土剖面的变化,适当地考虑土的非线性特点,可以计算邻近结构的影响。
地下结构工程抗震的研究现状及其分析方法
地下结构工程抗震的研究现状及其分析方法摘要随着地下工程的大量兴建和地震自然灾害的频发，地下结构工程的震害问题越来越受到人们的重视。
文章根据地下结构工程抗震的研究背景，对国内外在隧道及地下工程抗震减震研究分析方面的成果进行了归纳总结，指出了各自存在的优势及局限性。
最后简单阐述了地下结构抗震反应的特点，结构破坏的主要特征及提高结构抗震的措施，并提出了自身对今后该领域研究发展方向的看法与思考。
关键字：地下结构，抗震，现状研究，分析方法1 研究背景地震是自然界一种常见的自然灾害。
过去，由于地下结构数量和规模的限制，其震害事例较少，加之地下结构受到周围地层的约束，即使发生地震其震害程度也相对较轻。
因此人们普遍认为地下结构有较好的抗震能力，在地震作用下不易遭受破坏，故地下结构的抗震研究长期未得到重视。
然而，随着地下空间的开发和地下结构建设规模的不断扩大，地下结构也相继出现了各种震害。
1923 年日本关东7. 9 级大地震，震区内116 座铁路隧道，有82 座受到破坏；1952 年美国加州克恩郡7.6 级的地震造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重，1978 年日本伊豆尾岛发生7.0 级地震，震后出现了横贯隧道的断裂，隧道衬砌出现了一系列破坏。
特别是1995 年，日本阪神大地震对神户市的地铁线路造成严重破坏，它也是世界范围内大型地下结构遭受最严重破坏的首例。
阪神地震给地铁结构造成的严重破坏及由此带来巨大的生命和财产损失，引起了世界各国对地下结构抗震设计和研究的重视。
我国地处地震带之间，地震活动频繁。
1999 年9 月21 日，我国台湾省台中地区发生了里氏7 . 3 级地震，台中地区57 座山岭隧道有49 座受到不同程度的损坏；200 8 年汶川特大地震中，根据四川省交通厅公路规划勘察设计研究院的调查统计，四川地区共有56 条隧道受到不同程度的损坏，损坏程度如图所示：[1]图1 地震中公路隧道受损评估统计结果根据国内外学者大量的研究结果，地下结构震害类型及原因可归纳为以下四类［2-3］: 第一类是由断层所引起，造成地层的错动和位移，致使地下结构遭到严重破坏。
典型地铁车站结构大型振动台试验相似比分析
典型地铁车站结构大型振动台试验相似比分析周明科;张波;蔡东明;闫冬梅;郭飞;李峻峰【摘要】以典型地铁车站结构的大型振动台试验为基础,对试验相似比设计和试验结果的相似比精确度进行了分析.基于Buckinghamπ定理,采用一致相似率分析方法,建立以覆土质量为主要控制因素的等效密度方程.将需要施加的人工配重与非结构荷载统一考虑,分析地铁地下结构欠人工质量模型的相似比.研究不同的覆土厚度对重力效应的影响程度,计算了试验中的实际相似比,并通过试验测试结果证明其在提高计算精度上的有效性.结果表明,随着结构上覆土层厚度的增加,速度、频率、加速度的重力效应与人工质量模型的重力效应越接近,且加速度重力效应精度的提高幅度最大.通过调整试验条件下实际覆土层厚度,反演实际相似比,可以有效提高相似比设计的精确度.【期刊名称】《防灾科技学院学报》【年(卷),期】2014(016)002【总页数】7页(P7-13)【关键词】地铁车站;振动台试验;相似比;重力效应【作者】周明科;张波;蔡东明;闫冬梅;郭飞;李峻峰【作者单位】北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京 100101;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;中铁十九局集团有限公司,北京 100176【正文语种】中文【中图分类】TU435地铁结构振动台模型试验中的相似问题包括：结构的相似、土的相似以及土与结构相互作用的相似。
进行一般工程结构振动台实验时，模型完全相似就难以满足，再加上土以及地铁结构与土相互作用相似问题，做到完全满足相似率的要求就更加困难了［1-2］。
但通常可以根据研究目的的不同，保证主要参数满足相似关系，或采取相关技术措施（如采用配重来增加重力效应）等途径近似满足，而次要参数相似比应尽量与主要因素接近。
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土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究共3篇
土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究1土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究
土—地下结构非线性动力相互作用是地震工程研究的核心内容之一。
当地震发生时，地震波的能量将传递到地下结构中，导致结构产生振动反应。
在复杂的地下环境中，地基土与结构具有相互作用，这种相互作用会影响结构的非线性振动特性。
通过大型振动台试验，可以模拟地震产生的振动，研究土—地下结构的非线性动力相互作用。
土与结构的相互作用被广泛应用于地钢混凝土构筑物、地下贮油罐、地下管线等工程领域。
对于超高层建筑和建筑物基础，土—地下结构相互作用因素更为重要。
因此，研究土—地下结构的非线性动力相互作用，可以为实际工程设计提供重要参考。
土—地下结构的非线性动力相互作用是一个十分复杂的问题，需要考虑众多的因素。
其中，地震动、地基土的非线性行为、地面水平向反力等都会对结构的动力响应产生影响。
在振动台试验中，可以通过一定的参数设置，模拟实际工程的非线性特性，得到更真实可靠的试验结果。
振动台试验是一种使用人造地震波模拟地震作用的实验方法。
在振动台上，可以通过调整加速度、频率等参数，模拟不同强度和方向的地震波。
根据试验结果，可以分析和研究土—地下结构的非线性动力相互作用。
在振动台试验中，需要考虑很多因素，如试验装置的精度、地基土的
物理特性等。
为了保证试验数据的准确性和可靠性，需要很好的保证
试验的精度。
同时，还需要根据实际工程情况，合理选择试验参数，
以达到更符合实际的试验结果。
总之，土—地下结构的非线性动力相互作用是地震工程研究的重要领域。
借助大型振动台试验，可以模拟实际地震作用，研究土—地下结
构的非线性特性。
这种研究方法可以为实际工程设计提供有效支持，
从而提高地震工程的安全性和可靠性。
土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究2
土-地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究
随着人们对于城市空间的不断开发和利用，地下工程逐渐成为城市建
设发展的重要领域。
土-地下结构的相互作用在地下工程中起着至关重
要的作用，但由于土体的非线性性质，相互作用会产生许多复杂的问题，如何有效地解决这些问题成为当前地下工程领域亟待解决的问题
之一。
为此，在非线性动力相互作用研究方面已经有了一些重要进展，其中大型振动台试验研究是其中的一种重要方法。
土-地下结构相互作用复杂，既与土体的非线性有关，又与地下结构的
结构特点有关。
首先，由于土体的非线性，地下结构所受到的地震荷
载是非线性的，需要考虑土体的摩擦力、弹塑性变形等因素，同时也
需要考虑土体和结构之间的相互作用，如土-结构之间的摩擦力和弹性力，以及土体和水的相互作用等。
其次，在地震荷载作用下，地下结
构的结构特点也会对土-结构相互作用产生影响。
例如，地下结构的刚
度对土体应力分布的影响，以及结构的几何形状对地震振动的影响等。
大型振动台试验可以模拟真实的地震荷载，将地表震动传递到地下结
构上，再观测和研究其相互作用。
其优点在于可以控制试验参数，调
整结构和土体之间的相互作用，以及考虑地下结构的各种特性。
此外，由于试验数据可以重复进行分析，因此可以更准确地研究土-结构之间
的相互作用过程和机理。
大型振动台试验研究的具体步骤包括设计试验方案、制作试验模型、
安装试验设备、进行振动台试验以及对试验结果的分析和处理。
在试
验过程中，需要考虑许多因素，如模型的缩放因子、模型材料的选择、模型的几何形状、地震波的选取、土-结构相互作用的方式等。
在研究土-地下结构非线性动力相互作用方面，还需要使用一些数值模
拟方法，如有限元法、边界元法等。
这些方法可以更准确地反映土-结
构的相互作用过程和机理，但由于其需要大量的计算资源和时间，因
此无法完全替代实验方法。
总之，土-地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究是当
前地下工程领域亟待解决的问题之一。
该领域的研究对于保护地下结
构的安全和稳定发展至关重要。
在未来的研究中，需要继续深入探究
土-结构相互作用的机理和特性，发展更加准确和可靠的试验和数值仿
真方法，以实现更高效、更稳定且更安全的地下工程建设。
土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究3土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究
地震是地震灾害的主要引起因素之一，针对地震灾害危害的减轻与防范，土—地下结构的工程防护已经成为当前人们关注的热点问题之一。
在建设高桥、隧道、高速公路、地铁等大型土建工程时，为了有效降
低结构的抗震灾害能力，目前普遍采用的是一种类似于人体的方式采
用“盾”或“皮肤”来加强土建工程的抗震能力，以达到更加安全稳
定的效果，并减少自然灾害给人们的带来的不良后果。
土—地下结构非线性动力相互作用是研究土建工程不稳定的关键，它
在土建工程的可靠性、安全性和经济性等方面起着重要的作用。
非线
性动力相互作用是土—地下结构抗震性能研究的难点之一，需要综合
考虑结构原型、地震动力学特性及土壤变形特性等多种因素，以建立
更加完善的土—地下结构非线性动力相互作用理论。
大型振动台试验是一种重要的土—地下结构研究方法，大型振动台的
应用可以模拟地震荷载和土壤的变形过程，为研究土—地下结构非线
性动力相互作用提供数据支撑和实验依据。
国内外许多研究机构都在
大型振动台上对土—地下结构非线性动力相互作用进行了深入的研究，对于提高土—地下结构抗震能力有着重要的意义。
在大型振动台试验中，需要结合土建结构的实际情况来进行试验设计，以提高试验的可靠性和有效性。
试验中需要注意土—地下结构的刚柔
特性、地震动力学特性、结构变形特性等多个因素，分析土—地下结
构在地震活动下的非线性动力相互作用。
基于试验数据的分析和成果，可以为实际工程提供更加可靠和有效的抗震设计和研究，以提高抗震
能力和经济效益。
总之，土—地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台试验研究是
当前许多研究工作者和企业团体所关注的重点问题。
在未来的研究工
作中，需要对试验方案、相关理论标准、数据处理等方面进行深入研究，以推动土—地下结构的抗震设计和研究工作不断向前发展。