粘弹性边界下层状半空间的波动响应.pdfVIP

102 低 温 建 筑 技 术 2013年第 1期(总第 175期) 粘弹性边界下层状半空间的波动响应 张 坤， 齐晓原 (天津大学建筑工程学院。 天津 300072) 【摘 要】 基于三维粘弹性人工边界，利用大型有限元软件ANSYS计算层状半空间在波动作用下的动力响 应。首先，推导了相应于粘弹性人工边界的地震动输入公式 ，给出了地震动的输入方法；然后，计算层状半空间在 垂直入射波作用下的动力响应，通过与解析解的对比，验证了粘弹性人工边界的正确性与合理性。 【关键词】 粘弹性人工边界；地震动输入；层状半空间 【中图分类号】TU435 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2013)01—0102—01 结构抗震设计时，为确保地震动输入的准确性与合理 的应力与原波场相同，即： 性 ，须考虑地基一结构动力相互作用…，这涉及到无限地基如 ro(x0，Y0，t)=FD(t)一KB(0，Yo，t)一CB11,(0，Y0，t) 何模拟的问题。在利用有限元分析地基一结构动力相互作用 (3) 时，需从无限的地基中截取有限范围的区域，然后在所截区 式中， (t)为点 0(。，Y。，t)施加的等效荷载；or(。， 域边界上引入人工边界来实现对无限地基的模拟。 Y。，t)是由自由场位移产生的应力；KR为弹簧刚度；c 为阻 粘弹性人工边界是由DeekL2基于柱面波理论提出、刘 尼系数。移项可得： 晶波 在此基础上发展而来的，其不仅克服了粘性边界产 FD(t)= rR11,(D，Yo，t)+CB(0，Y0，t)+ (D，Y0，t) 生的低频漂移问题，而且能够模拟人工边界外半无限地基 (4) 的弹性恢复性能，具有 良好的低频和高频稳定性 ]。粘弹 从式(4)可以看出，人工边界的等效节点力由三部分组 性人工边界在ANSYS软件上的实现可以帮助我们更精确的 成，第一项平衡由位移引起的弹簧单元产生的应力 ，第二项 计算和分析工程中的实际问题。通过对层状半空间在波动 平衡由位移引起的阻尼单元产生的应力 ，第三项是 自由场 作用下的计算，验证了结果的正确性 ，成功实现了粘弹性人 运动在人工边界上产生的应力。 工边界和ANSYS软件的结合。 1 粘弹性边界单元 表 1 场地材料参数 粘弹性边界是在边界的节点上设置切 向和法向的弹簧 和阻尼元件，因此需要选择合适 的弹簧刚度和阻尼系数。 在 ANSYS软件 中，弹簧和阻尼单元是通过其等效单元 combinl4来实现的。文献[5]给出了切向和法向弹簧刚度 和阻尼系数的计算公式 ： 弹簧刚度： =aTG／R；KBN= NG／R (1) 阻尼系数：cBT=pc。； CBN=pc。 (2) 式中， 和 分别代表切向和法向弹簧刚度；C 和 3 算例验证 C 分别代表切向和法向阻尼系数 ；G为介质的剪切模量；R 在验证粘弹性人工边界的正确性时，通常选取匀质半 是