结构-地基动力相互作用体系的试验与模拟分析

为了研究动力相互作用的效果，做了S10试验模型——刚性地基上结构的动力计算分析，并与考虑相互作用体系的计算分析结果做了对比研究，通过BS10试验模型计算结果与S10试验模型计算结果中框架结构的加速度、位移、层间剪力、倾覆力矩等反应的对比，说明结构-地基动力相互作用对结构动力反应的影响。为了使两组动力分析具有可比较性，在做刚性地基上的结构分析时，以相互作用体系得到的自由场地震动(S8点)作为输入地震动。

图4-27　土层分布及测点布置

图4-28　1995年日本阪神地震中记录的加速度时程曲线(左图为东西向，右图为南北向)

图4-29　1995年阪神地震中记录的土中加速度峰值分布(左图为东西向，右图为南北向)

1.加速度反应

图4-30～图4-32为BS10试验模型和S10试验模型的框架结构计算加速度反应峰值对比。从图中可见，相互作用体系上部结构的加速度反应明显小于刚性地基时的情况，且随着输入激励的增大，该规律不变。该规律与试验分析得出的规律一致。

图4-30　加速度反应峰值对比

图4-31　加速度反应峰值对比

图4-32　加速度反应峰值对比

2.位移反应

图4-33～图4-35为BS10试验和S10试验模型的框架结构计算最大位移反应对比。在考虑结构-地基相互作用时，由于结构位移由基础平动、转动及结构本身变形组成，一般而言均大于刚性地基上结构的反应。从图中可以看到，在同一大小的激励下，上海人工波的位移反应最大，El Centro波次之，Kobe波最小，这与试验时观测到的现象是一致的。

图4-33　最大位移反应对比

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图4-34　最大位移反应对比

表4-4和表4-5给出了BS10试验和S10试验模型的框架结构计算层间位移反应峰值对比。可见，考虑结构-地基相互作用时，结构的层间位移峰值大于刚性地基上的相应值。

3.层间剪力和倾覆力矩

图4-36～图4-38为BS10试验模型和S10试验模型的框架结构计算最大层间剪力反应对比。图4-39～图4-41为倾覆力矩对比。从图可见，相互作用体系上部结构的层间剪力、倾覆力矩明显小于刚性地基上的情况，且随着输入激励的增大，该规律不变。

图4-35　最大位移反应对比

图4-36　最大层间剪力对比

图4-37　最大层间剪力对比

图4-38　最大层间剪力对比

图4-39　最大倾覆力矩对比

图4-40　最大倾覆力矩对比

图4-41　最大倾覆力矩对比

综上所述，由于结构-地基动力相互作用效应，在相同的自由场地震动输入下，相互作用体系的结构基础处加速度有效输入与其邻近自由地表相比有所减小；而且，当为刚性地基时，振动能量全部被结构吸收，而对于相互作用体系，仅一部分能量被结构吸收，另一部分则为土体和基础耗散。一般说来，在地震动作用下考虑相互作用的结构加速度、层间剪力、倾覆力矩通常比刚性地基上的情况小，而位移则比刚性地基上的情况大。