场地地震反应分析方法(4)
2.1 估计方法
场地地震反应的估计方法属于间接方法,该方法的优点在于使用比较简单、工程师容易接受掌握;因此,该方法常用于一般工程的场地地震反应计算,有时也用于对一些重要工程进行初步性预探,为后续分析提供参考。场地地震反应估计方法的具体实现步骤如下:研究者或工程师应用统计学理论,对实际地震中测得的强地震动记录的特性进行必要的统计,在统计中,需首先确定统计控制量,一般用描述场地特性的指标作为统计控制量,这些指标可以有:场地土分类等级、场地土基本自振周期值、场地等效剪切波速等。然后,利用统计结果,结合相关数学模型,得到所关心场地地面运动的统计结果。之后,就可以利用反应谱估计场地地震反应,以考虑场地条件对基岩地震波地震特性的影响。
这种场地地震反应估计方法的应用比较简单,工作量比较小;然而,该方法的分析结果比较不具有针对性,适用范围有限:对于水平成层场地适用,该方法能得到比较满意的场地地震反应;对于不均匀分布场地,如具有软弱夹层或更为复杂的场地(如盆地、山地等),该方法忽略了一些重要的场地特点,往往不能得到令人满意的结果。
在分析时,可以首先估计目标场地的自振特性,为选择地震波和地震分析方法提供参考。首先,研究者或工程师要根据具体场地条件并结合结构特点和希望得到的结果,将场地沿竖向进行划分。具体做法是:根据场地的剪切波速,得到各土层沿竖向的最大长度;然后,对场地沿竖向进行剖分,划分时要同时考虑土层沿竖向的最大长度和自然土层位置。场地体系的自振频率可以通过公式进行估算,该频率可通过式(4)计算:
式中:H——土层厚度;不同类型土的剪切波速度平均值。
其中,Hi,Vsi分别为各类型子土层的厚度和对应的剪切波速度。
可见,场地的自振频率受土层厚度和土体剪切波速的影响。土体越厚,场地的自振频率越小,场地剪切波速越大(即场地土越硬),场地的自振频率越大。
2.2 理论方法
上述的估计方法是一种比较简单的对场地地震反应的计算方法,可以应用于简单工程、水平成层场地的地震反应计算中。然而,在进行重要工程的场地地震反应分析时,应采用更为可靠的理论分析方法。场地地震反应的理论分析中,主要包括三大部分,即地震动输入,土体动本构模型和数值分析处理方法。首先,要确定场地参数,建立分析模型。然后,利用波动、有限元法等相关分析理论,对土层地震反应进行理论分析。在地震工程中,只有土的动力计算模型及其参数确定之后才能进行地基、天然土坡的地震反应分析,确定出地震应力及运动。目前,有三种类型可以选用:
1)线性粘—弹性模型;
2)弹—塑性模型;
3)非线性等价粘—弹性模型。
在地震工程中应选用弹—塑性和非线性等价粘—弹性模型,线性粘—弹性模型不适用。
2.3 土层地震反应的不确定分析方法
土层地震反应的不确定性分析方法利用随机过程理论来对场地地震反应进行分析探讨。该方法最早是Housner等人在1947年提出,认为可以将地面运动作为一个平稳随机脉冲过程进行描述模拟,引起研究人员的关注。之后,国内外学者利用随机过程理论对地面运动进行描述,对地震地面运动问题和结构反应问题进行了研究探讨。之后,随机过程理论在地震工程领域得到发展,在人工地震波合成和结构地震安全性评价等问题中都有所应用,并在国内外学者的探索和工程实践中有了长足的发展,逐渐走向成熟。
在场地地震反应的分析中,主要的不确定性问题有地震动输入、分析模型和土层方法等。许多学者对这三方面的不确定问题进行了研究探讨,采用不同的方法从多角度进行分析,得到了许多有益的结论和经验。目前,该领域还在蓬勃发展,随着问题的深入和计算机分析手段的提高,学者们有了更多的分析方法,开始从更广泛的视角对该问题进行。
前述研究人员,对随机土层地震反应分析进行了大量的探索工作。由于随机土层地震反应分析起步较晚,还不成熟,仍还有大量的工作需要摸索,对于合理的土体非线性本构模型和场地地震反应分析方法都应进行更为深入的探讨。
3 结语
文章来源:《世界地震工程》 网址: http://www.sjdzgczz.cn/qikandaodu/2021/0722/495.html
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