导　　师： 李杰

学科专业： H1402

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 同济大学土木工程学院

摘　　要： 地震运动的空间变化对结构反应有重要影响，对于多个支座或延伸基础支承的超长结构，例如较长的房屋、大坝、隧道、桥梁等，考虑地震动的这种空间变化尤其重要。地震动的空间变化可用相干函数来进行描述。然而，由于地震动空间变化规律强烈地依赖于具体工程场地的工程地质条件，由密集地震台阵记录给出的统计地震动相干函数模型往往很难应用于不同的具体工程中。有基于此，本文从物理模拟出发、结合基岩地震动随机场的统计回归，对复杂工程场地的地震动相干函数进行分析。 为了有效的对复杂场地的地震动相干性进行分析，本文首先根据廖振鹏院士等提出的工程波动散射问题的分析方法，编制了确定性工程波动散射问题的计算程序，并采取了一系列措施以提高数值模拟过程中多次透射人工边界的稳定性和有效性。在上述工作基础上，通过引入随机振动虚拟激励方法，发展了一致及非一致激励条件下复杂工程场地地震动空间相干性的分析方法。通过对具体算例的分析，结果表明：在一致激励及仅由行波效应引起的非一致激励条件下，场地表面任意两点的迟滞相干函数总为1；在非一致激励条件下，复杂的场地条件使得场地表面的相干函数随距离和频率的变化而出现不规则变化，并在某些频段出现显著的相干损失。研究表明，局部场地效应对复杂场地的地震动空间相关性有重要影响。对于给定的两点，其迟滞相干函数随频率变化曲线的峰点或谷点与相应两点的谱比曲线的峰点或谷点存在近似对应关系，相干函数相角随频率变化曲线也有类似特点。 通过将随机结构分析的正交展开方法与上述随机激励下的波动分析方法相结合，本文发展了考虑场地介质随机性的场地地震动相干函数分析方法，并就介质随机性对相干函数的影响进行了分析。对具体算例的研究表明，场地介质的随机性对场地地震反应有重要影响，介质的随机性对加速度的影响大于对位移的影响。在一致激励作用下，当考虑介质的随机性时，水平成层场地表面两点的迟滞相干函数小于1，并在某些频段处出现相干性显著降低的不规则变化，这一不规则变化可用随机介质场地与确定性场地表面点的谱密度之比即随机影响因子来衡量。一般而言，在随机影响因子随频率变化曲线的峰值频段处，随机介质场地的地震动空间相干性有较明显的损失。 将考虑结构非线性性质的等效线性化方法与上述随机波动分析方法相结合，本文还发展了非线性场地的地震动相干函数分析方法，并就土的非线性特性对场地地震动相干函数的影响进行了分析。对非线性场地的研究表明，与线性场地的地震反应相比，非线性场地随机地震反应过程一般为窄带过程，场地反应振幅谱具有较低的峰值。在强烈的地震过程中，土的非线性特性改变了场地反应的谱过程，从而改变了场地两点谱比，使得场地的地震动相干性发生改变。当考虑介质的随机性时，土的非线性与介质的随机性产生耦合作用，在一定程度上增大了介质随机性对场地反应的影响，这一影响同样可导致地震动空间相干性的变化。本文最后研究了成层分布非线性随机介质场地在非一致激励下的地震动空间相关性，并研究了介质随机性对相干函数的影响，对该场地表面地震动相干性的不规则变化与场地随机影响因子的关系进行了讨论。

关 键 词： 地震动 物理模拟 工程场地 相干函数 人工边界 随机结构

分 类 号： [TU311.3 P315.9]

领　　域： [建筑科学] [天文地球] [天文地球] [天文地球]