隧道地震响应中的人工边界和地震动输入方法研究
2022-07-21丁祖德陈誉升
地震工程与工程振动 2022年3期
丁祖德,陈誉升,资 昊
(昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650500)
引言
动力时程分析法能够反映岩土体-结构动力相互作用过程以及材料的非线性行为,已广泛应用于隧道及地下结构的地震响应分析中[1]。在开展地下结构动力时程分析时,需要考虑无限域地层与结构的相互作用,但受限于计算资源,通常只截取有限域进行研究。为使有限域地层具备模拟无限域地层的辐射阻尼[2],需要在人工截断的地层周围施加人工边界。此时,地震动输入方法及动力人工边界的选择,将直接影响地下结构动力响应结果精度和可靠性。
目前,国内外学者针对动力人工边界以及地震动输入方法开展了较丰富的研究工作,发展了如粘性边界[3]、粘弹性边界[4]、等位移边界[5]等多种人工边界模型。刘晶波等[6]推导了与波动输入法相匹配的二维粘弹性边界。杨喻声等[7]验证了等位移边界在弹性基岩假设条件下的有效性,简化了常规波动分析方法。李嘉瑞等[8]对比分析了采用不同人工边界对地下结构动力计算结果的影响,建议侧边界采用绑定边界或竖向约束边界,根据下卧基岩场地条件选择底部边界类型。赵武胜等[9]和马笙杰等[10]分别研究了无限元边界、粘弹性边界与地震动输入方法之间的影响机制,结果表明加速度时程输入将导致底部人工边界失效,且导致位移场与理论值产生严重偏差。
已有研究基本上都是从单一人工边界的地震动输入原理展开阐述,且大都基于自由场模型,从位移角度来验证人工边界及地震动输入的有效性[9-11],而从结构力学响应角度进行验证[8,12],对地震动输入方法与动力人工边界的匹配性问题的探讨较少。……
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