人工边界动力反应分析研究

２１ ０ Ｏ年 ６月
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２ 世 纪 建筑 材 料 １
ห้องสมุดไป่ตู้２１ ＣＥＮＴＵＲＹ ＢＵＩ ＤＩ Ｌ ＮＧ ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ
第 ２卷第 ３ 期
Ｖ０． Ｎｏ ３ １２ ．
人 工边 界 动 力反 应 分 析 研 究 ※
桂 仲 柏 吴 晓 飞 桂仲 花 ｚ 董 明 明
输入 下介质 的 动力 反应 ． 分析 了人 工边 界 的计算效 果
制在 ５ ％以内 。对 于行 波输 入情 况 ， 由于行 波 传播 速
度对 于计算 土 层长 深 比 Ｌｄ取值 影 响不 大 ． ／ 因此一 致
输 入 所得 到 的结 果 可直 接 用 于行 波 输入 。在 土层 的 非线性 地震 反应 过程 中 ， 介质 的阻 尼系数 通 常要 大 土
１１ 远 置 边 界 ．
算 区域 ， 地震 持 时 已经 结束 的边 界距 离应满 足下 式 。
Ｄ≥０５ Ｔ ．Ｖ 。 （ ） １。
自由边界 即远置 边界 ， 它假定 在边 界上 位移 和力
都 为零 ， 时边 界对传 来 的波既不 透射 也不 吸收 而是 此 完 全反射 。为 了使 波反 射 回来 对 结构 的动 力反 应 影 响很 小 ， 工 边界 需 要取 得较 远 ， 参 与有 限元 计算 人 使 的土 体范 围较 大 ， 限元 离散 单 元 数较 多 ， 算 工作 有 计
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线 弹性 介质 中的平 面波 表 达建 立 ， 未考 虑 波在 介质 中 的衰减 ． 而在 边界 表 达 中未包 含介 质 的刚性 恢 复作 进 用 ， 力荷 载条 件下 结 构将 发 生整体 飘 移 。 外
在 Ｓ Ｉ 系动力 相互 作用 的分析 中 ， 工边 界 是 Ｓ体 人
量较 大 。实际上 土层 中存 在 阻尼 ， 动在传 递 过程 中 波 不断 耗损 能量 ， 工 边界反 射影 响远 不及无 阻尼 弹性 人 体 中那么 严重 。根 据楼 梦麟 教 授等 的研 究 表 明［， ” 当 土 层 的 阻尼 ＝ ． ， Ｌｄ≥１ ００ 若 ／ ５ ６时 ， 者 当 ＝ ．， 或 ０１ 若 Ｌｄ １ ／ ￣ ２时 ， 者 当 ＝ ． ， Ｌｄ ８时 ， 用 远置边 ＞ 或 ０１ 若 ／ ￣ ５ ＞ 采
界 的直 接 有 限元法 计 算 结果 与 精 确解 的误 差 可 以控
用 来 合理 模拟 从人 工 边界 到无 限远 处 的那 部 分 介质
的影 响 。人 工边 界模 拟方 法众 多 ， 是各 种类 型 的人 但 工边 界 在相 同或不 同介 质 条件 下 的模 拟 效 果各 不 相
同。 目前 ， 于不 同人 工边界 模拟 效果 的 比较 研究 所 对 见不 多 ， 于不 同地 区、 同 土质情 况 下 选择 合 适 的 对 不
收稿 日期 ：００ ０ — ３ ２ １— ５ １ ※基金项 目： 国家 自然科 学基金 重大 研究计 ￣ （０ １０ ７ ９８５１）
式 中， 是土 介质 的剪 切波 速 ，１ ７是地震 波记 录持 时 。
１ ． 黏弹 性边界 ２
粘弹性 边界 由于其稳 定 、易 于编程实 现 的特点 ．
（ ．１ ０ ９ 江 苏省 １ ００ ２
２ ２ ０ ２ 江苏省 ． ３０ ２
南京 市 南 京工 业 大学
土木 学 院 ：
淮 安市 江苏 淮 阴钢铁集 团公 司 ）
［ 要 ］进 行 桩一 相 互作 用 （Ｓ） 动 力分 析 时 ，人 工边 界 的模 拟 与 选 取是 关键 因素 ，直 接 影 响 Ｓ Ｉ 系 的 动 力分 析 精 度 。 基 于 摘 土 ＳＩ Ｓ体
于土介 质处 于线 弹性 阶段 的阻 尼 系数 ， 因此 ， 由线 弹
及 稳定 性 的相关影 响 因素 。
性计 算 所得 的土层 计 算 范 围取 值规 律 可 直接 用 于土
层 的非线 性地震 反应 分析 。 波 动理 论认 为 ： 反射 的波 还未 到达感 兴趣 的计 经
１ 人 工边 界
工边 界 的稳 定 性 与适 用 性 。
［ 键词 ］ 工边 界 ；Ｓ 体 系 ； 限元 ； 弹 性 ； 力分 析 ； 限元 法 关 人 ＳＩ 无 黏 动 有 ［ 图分 类 号 ］Ｕ ３ 中 Ｔ ４５ ［ 献标 志码 ］ 文 Ａ ［ 文章 编 号 ］０ ３ １２ （０ ０ 一 ３ ０ ５ ～ ４ １ ０ — ３４ ２ １ ）０ — ０ ８ ０
人工 边界 ， 作 进一 步 的分 析与 比较 ， 而能 够 得 出 应 从 适 合该 地 区 Ｓ Ｉ 系动 力分 析 的人 工边 界 。 Ｓ体 本 文探 讨 了几 种人 工 边 界 ， 远置 边 界 、 限元 如 无 边 界 、 弹性 边 界 ， 冲击 荷 载 和 正 弦激 励 等 外荷 载 粘 在
ＡＡ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件， 人工边界模拟方法可以呆用远置边界、 限元边 界、 无 粘弹性边界， 目前对于不 同人工边 界的比较研究所见不多。 采用
数值 方 法 集 中 比较 了这 几 种人 工 边 界 在 Ｓ Ｉ 系分 析 中 的动 力 反 应 ， 细 分 析 了 一维 柱 体 在 各 种 人 工边 界 及 输 入 的冲 击 荷 载 及 正 Ｓ体 详
弦周 期 荷 载作 用 下 的 动 力分 析 结 果 。研 究结 果 表 明 ， 限 元边 界 、 弹 性人 工 边 界 是 较 为 稳定 的人 工 边 界 ； 工 边 界 的 动力 模 拟 效 无 粘 人 果 与 输入 震 源 的动 力特 性及 分 析 介 质 的 弹性 常数 存 在 密切 的关 系 ， 即较 高 的 输 入 震 源 频 率 需 要 较 高 的介 质 弹 性波 速 ， 能 保 证 人 才
受 到学 术 和工 程界 的重 视 。成 为近 期 国 内外 局部 人 工边 界 的研 究重 点 之一 。粘 弹性 边 界 的研 究 最早 始 于 Ｌ ｓ ｒ和 Ｋ ｈｅ ｙｒ １６ ） ｙｍｅ ｕ ｌｍｅｅ （９ ９ 的粘 性 边 界 ， 用 运
第 ２卷 第 ３期
桂 仲 柏 ， ： 工 边 界 动 力 反 应 分 析 研 究 等 人