場地地震反應(yīng)分析導(dǎo)論

前言

我國屬于多地震國家，地震引起的建筑物和工程設(shè)施的倒塌和破壞導(dǎo)致了大量人員傷亡和經(jīng)濟損失。在歷次震害調(diào)查中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)烈度異?，F(xiàn)象，即某個局部地區(qū)的震害比其周圍地區(qū)明顯的重或輕的現(xiàn)象。烈度異常是由于局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件與周圍地區(qū)有顯著的差異引起的。這些工程地質(zhì)條件包括地形、地貌、覆蓋層的生成年代、厚度、土的軟硬、地下水位的埋深等。通常，覆蓋層是由幾層土層組成。一般把覆蓋層的組成、每層土的厚度、軟硬叫做場地的土層條件。不同的場地土層條件是導(dǎo)致烈度異常的主要原因。大震害及國際研究動態(tài)表明，目前對場地在地震作用下的性態(tài)遠沒有認識充分，巖土地震工程的研究水平與工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求相比處于落后狀態(tài)，對許多基本問題尚缺乏合理的分析方法，其中的很多問題是工程上急需解決的。一方面，作為地震波的傳播介質(zhì)，場地土的分布和動力特性對強地震動有著很大的影響，很大程度上決定著工程結(jié)構(gòu)的地震動輸入；另一方面，土體作為工程結(jié)構(gòu)的地基，以及土壩、碼頭、岸堤、擋土墻等土工構(gòu)筑物和天然邊坡的材料，其變形和強度對結(jié)構(gòu)的地震破壞影響非常大，在很多情況下甚至起著決定性作用。因此復(fù)雜場地的土層地震反應(yīng)分析對確定上部結(jié)構(gòu)的地震動輸入模式和進行抗震安全性評價均具有重要意義。本書系統(tǒng)地介紹了國內(nèi)外在場地地震反應(yīng)分析領(lǐng)域中有代表性的一些計算方法。全書主要內(nèi)容包括：第1章緒論部分介紹了場地地震反應(yīng)分析的意義以及目前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并給出了進行場地地震反應(yīng)分析的流程圖。第2章集中介紹了幾類在場地地震反應(yīng)分析中常遇到的問題以及相應(yīng)的處理手段，包括人工邊界條件、土的動力本構(gòu)模型、基巖地震動的選擇以及土的阻尼問題。第3章至第5章屬于場地的確定性研究方法，分別按場地的特點來組織內(nèi)容。其中第3章介紹的是一維場地模型地震反應(yīng)分析中常用到的解析法、半解析法和數(shù)值方法，數(shù)值方法中分別給出了時城內(nèi)和頻域內(nèi)的不同解法。第4章介紹了二維場地模型的地震反應(yīng)分析，分別給出了時域內(nèi)不同地震波輸入方式下土層反應(yīng)的求解以及頻域內(nèi)場地地震、.反應(yīng)分析的計算原理和步驟。第5章介紹了三維場地地震反應(yīng)分析的并行有限元方法，分別介紹了計算原理、串行程序的設(shè)計和并行程序的實現(xiàn)。第6章集中介紹了場地的隨機地震反應(yīng)分析中幾類有代表性的解法。最后在第7章對場地地震反應(yīng)分析中常用的幾種軟件進行了介紹，既包括通用的有限元軟件，也包括專業(yè)的土層分析計算程序。本書的特點：一是針對性強，即僅對場地土層在地震作用下的求解方法進行了介紹；二是注重實用性。對場地進行地震反應(yīng)分析的方法有很多，本書僅選擇了其中比較成熟，便于應(yīng)用到實際的一些方法進行了詳細的介紹。在介紹每種方法時不僅給出了計算原理，還盡可能地給出了相應(yīng)的計算步驟，以利于研究人員在實際中的應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了場地地震反應(yīng)分析領(lǐng)域內(nèi)有代表性的計算方法。　　全書共分7章：緒論，場地地震反應(yīng)分析中幾類典型問題，一維場地模型地震反應(yīng)分析，二維場地模型地震反應(yīng)分析，三維場地模型地震反應(yīng)分析的并行有限元方法，場地隨機地震反應(yīng)分析，場地地震反應(yīng)分析中的常用軟件。  　本書可供從事土木工程防震減災(zāi)研究、區(qū)域性地震區(qū)劃和地震安全性評價工作的工程人員和地震工作者參考。

書籍目錄

第1章 緒 論 　1.1 場地地震反應(yīng)分析意義 　1.2 場地地震反應(yīng)分析研究現(xiàn)狀 　1.3 場地地震反應(yīng)分析流程 　參考文獻 第2章 場地地震反應(yīng)分析中幾類典型問題 　2.1 人工邊界條件 　2.2 土的動力本構(gòu)模型 　2.3 基巖地震動 　2.4 土體的阻尼模型 　2.5 本章小結(jié) 　參考文獻 第3章 一維場地模型地震反應(yīng)分析 　3.1 場地動力特性的測定與估算 　3.2 一維場地模型地震反應(yīng)分析的解析方法 　3.3 變參數(shù)土層地震反應(yīng)分析的半解析方法——直接模態(tài)攝動法 　3.4 水平成層場地地震反應(yīng)的時域分析法 　3.5 水平成層場地地震反應(yīng)的頻域分析法 　3.6 本章小結(jié) 　參考文獻 第4章 二維場地模型地震反應(yīng)分析 　4.1 土層地震反應(yīng)分析的基本方程 　4.2 動力方程的求解 　4.3 土層時域分析中的阻尼矩陣 　4.4 行波輸入時有限元網(wǎng)格的劃分原則 　4.5 場地地震反應(yīng)的頻域分析法 　4.6 本章小結(jié) 　參考文獻 第5章 三維場地模型地震反應(yīng)分析的并行有限元方法 　5.1 理論基礎(chǔ) 　5.2 一致輸入下土層地震反應(yīng)分析的約束子結(jié)構(gòu)法 　5.3 行波輸入下土層地震反應(yīng)分析的約束子結(jié)構(gòu)法 　5.4 串行有限元程序的面向?qū)ο蠓治雠c實現(xiàn) 　5.5 并行有限元程序的面向?qū)ο蠓治雠c實現(xiàn) 　5.6 程序性能測試與評價 　5.7 土層有限元建模的兩個問題研究 　5.8 實際場地的并行有限元分析 　5.9 本章小結(jié) 　參考文獻 第6章 場地隨機地震反應(yīng)分析 　6.1 層狀土層隨機地震反應(yīng)分析 　6.2 基于模態(tài)攝動法的層狀土層隨機地震反應(yīng)近似解法 　6.3 基于虛擬激勵法的場地隨機地震反應(yīng)近似解法 　6.4 非線性土層復(fù)合隨機振動的研究 　6.5 本章小結(jié) 　參考文獻 第7章 場地地震反應(yīng)分析中的常用軟件 　7.1 有限元方法和CAE技術(shù) 　7.2 MSC系列大型通用有限元軟件介紹 　7.3 ANSYS程序及其并行計算功能的二次開發(fā) 　7.4 一維土層地震反應(yīng)線性化計算程序LSSRLI—1.FOR 　7.5 二維土層地震反應(yīng)有限元計算程序SR2D 　7.6 三維土層地震反應(yīng)分析并行有限元程序ParaSR3D 　7.7 本章小結(jié) 　參考文獻 附錄A 三維場地面向?qū)ο笥邢拊绦蛑饕惖慕涌?附錄B 上海鐵路南站站房建筑工程勘察的靜力觸探分層參數(shù)表 附錄C 協(xié)均方差矩陣的相關(guān)結(jié)構(gòu)分解 附錄D 一維等效線性化土層地震反應(yīng)計算程序框圖

章節(jié)摘錄

插圖：進行場地地震反應(yīng)分析的具體目標是：根據(jù)場地地震反應(yīng)特點進行場地地震反應(yīng)分區(qū)；確定不同場地地質(zhì)條件下設(shè)計反應(yīng)譜；提供不同場地地質(zhì)條件下地震動時程曲線，主要為加速度時程曲線。如何通過場地地震反應(yīng)分析，達到上述具體目標，這里有方法手段問題，也有實現(xiàn)的思路問題。通過前面對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的介紹，可以發(fā)現(xiàn)，在土層的地震反應(yīng)分析領(lǐng)域，其研究手段無外乎以下三種：理論分析、試驗研究和數(shù)值計算。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及考慮到土層自身的復(fù)雜性，數(shù)值計算越來越引起人們的重視。首先，對于實際場地這種幾何形狀和物理特性都很復(fù)雜的研究對象來說，用純理論的方法很難獲得解析解；其次，對于復(fù)雜場地進行足尺室內(nèi)試驗的可能性不存在，采用縮尺模型后，由于邊界條件很難模擬且某些相似條件無法滿足，則多少會影響到試驗結(jié)果的適用范圍。而現(xiàn)場試驗則往往是針對具體工程進行的，作為對理論或數(shù)值計算的驗證意義重大，但難以靠現(xiàn)場試驗總結(jié)出適用于絕大多數(shù)場地的定性的規(guī)律，同時試驗費用也相當高?；谏鲜隹紤]，目前在進行該領(lǐng)域的研究中，數(shù)值計算成為了主流方法，其中又以有限單元法為使用的最多的方法。利用數(shù)值方法進行場地地震反應(yīng)分析的具體思路是：（1）把場地地震工程地質(zhì)單元作為一個“結(jié)構(gòu)體”，由場地地質(zhì)特征和場地動力學(xué)特性來表示“結(jié)構(gòu)體”特征，把來自震源、在大尺度范圍傳播的地震波作為輸入，研究“結(jié)構(gòu)體”的地震動效應(yīng)，以地震反應(yīng)譜或地震動時程作為場地地震反應(yīng)輸出。（2）場地地震反應(yīng)涉及到震源、波傳播介質(zhì)和場地地質(zhì)環(huán)境三個方面。為了分析簡便，可以分為兩步，第一步先確定場地巖石地震動，作為現(xiàn)場輸入；第二步根據(jù)“結(jié)構(gòu)體”地震反應(yīng)特征來確定場地地震動輸出。（3）以場地地質(zhì)及其動力性質(zhì)和震害經(jīng)驗為基礎(chǔ)的場地地震工程地質(zhì)單元是場地最小地震反應(yīng)分析的單位，因此，在進行場地地震反應(yīng)分析以前，應(yīng)先進行場地地震工程地質(zhì)單元劃分。（4）以場地地震工程地質(zhì)單元的地震反應(yīng)分析的結(jié)果（輸出）為基礎(chǔ)，結(jié)合場地基本地質(zhì)環(huán)境和工程的使用，對地質(zhì)單元地震反應(yīng)進行歸類與合并，以確定出場地地震反應(yīng)的最終結(jié)果，實現(xiàn)場地地震反應(yīng)分析具體目標，并作為場地地震反應(yīng)分區(qū)——地震小區(qū)劃的基礎(chǔ)。對于上述思路，可用場地地震反應(yīng)分析流程圖（圖1.2）來表示。從圖1.2可以看出，場地地震反應(yīng)研究，主要由下列三部分組成：（1）確定場地基巖地震動，它是場地地震反應(yīng)分析的輸入。這里涉及到輸入地震波的選擇、輸入基巖面的等問題。、（2）場地地震單元及其動力性質(zhì)研究，它是場地地震反應(yīng)分析的具體對象——結(jié)構(gòu)體，是建立地震反應(yīng)分析模型的基礎(chǔ)。此處涉及到土體的人工邊界、土的動力本構(gòu)關(guān)系、阻尼模型等問題。（3）場地地震反應(yīng)計算。把輸入送到結(jié)構(gòu)體，輸出反映場地特征、滿足一定目的的地震動，完成整個場地地震反應(yīng)分析研究，也就是具體的場地地震反應(yīng)計算的各種方法。對于第（1）、（2）部分涉及的內(nèi)容本書將在第2章僅引入一些成熟的理論和方法。第（3）部分則是本書介紹的重點。

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《場地地震反應(yīng)分析導(dǎo)論》是由中國鐵道出版社出版的。

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