近场数值波动分析中地震波输入的一种简化方法.pdfVIP

振　动　与　冲　击 第３４卷第３期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．３ ２０１５　  近场数值波动分析中地震波输入的一种简化方法 黄景琦，杜修力，赵　密，金　浏 （北京工业大学 城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京　１００１２４） 　　摘　要：在显式有限元方法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上，建立了地震波垂直输入时的一种简化 输入方法。将近场有限元模型沿高度方向进行分层，将地震动的入射运动转化为作用于人工边界底面及分层后每层侧面 上的均布力，以实现地震动的输入。与以等效节点力的方式实现的地震动输入相比，施加均布力的方式简化了地震波输 入的前处理工作，且又能保证与等效节点力方式相同的精度。自由场数值算例表明：当该方法中的分层高度与波动有限 元网格离散要求的最大尺寸相等时，该方法与等效节点力方法具有相同的精度；当局部区域按网格离散要求的最大尺寸 进行分层而在其它区域放大分层高度时，局部区域上的近场波动响应仍可保证具有相当高的精度。另外，某隧道结构地 震响应算例的计算结果同样说明了该方法的有效性。 关键词：波动输入；地下结构；黏弹性人工边界；时域显式有限元 中图分类号：ＴＵ４５　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１５．０３．０１３ Ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅ ｉｎｐｕｔｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｎｅａｒｆｉｅｌｄ ｗａｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ＨＵＡＮＧＪｉｎｇｑｉ，ＤＵＸｉｕｌｉ，ＺＨＡＯＭｉ，ＪＩＮＬｉｕ （ＭＯＥ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＵｒｂａｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４，Ｃｈｉｎａ） 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｌｉｃｉｔ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｕｓｅｌａｓｔｉｃ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅ ｉｎｐｕｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｎｅａｒｆｉｅｌｄ ｗａｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓａｐｐｒｏａｃｈ，ｔｈｅ ｎｅａｒｆｉｅｌｄ ｍｏｄｅｌｗａｓｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｉｎｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｔｉｏｎｗａｓ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｉｎｔｏ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ａｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｕｓｅｌａｓｔｉｃ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅ ｉｎｐｕｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｎｏｄｅ ｆｏｒｃｅ ｉｎｐｕｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ａｎｔｅｃｅｄｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎ ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ ａｆｒｅｅ ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｄｅｌ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｓｉｚｅ ｅｑｕａｌｓｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｉｎ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓｔｈａｔ ｏｆｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｎｏｄｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅａｒｆｉｅｌｄ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｓｔｒａｔｉｆ