结构-地基动力相互作用体系振动台试验及计算模拟分析成果

目前常用的相互作用体系地震反应分析方法是总应力法，它对土的动力非线性性能常常采用等效线性化方法。该方法是将土的非线性滞回性能用等效剪切模量G和等效黏性阻尼比D表示，进行线性反应分析，借助于多次叠代计算，使G和D与等效应变γe相匹配，由此获得近似的非线性反应。由于它是在整个地震动作用过程中假定土的剪切模量和阻尼比不变，亦即假定体系的动力特性不变，因而，当地震动的基本周期与场地的基本周期接近时会产生“虚(拟)共振效应”，使计算得到的地层反应产生较大误差。但“虚共振效应”受哪些因素的影响，影响的程度如何，仍有待探讨[150]。

为了避免“虚(拟)共振效应”的发生，本文在后面的分析中没有采用常规的等效线性化方法，而是采用逐步叠代非线性方法，即在已知土的动剪切模量和阻尼比随动剪应变变化曲线(G～γ和D～γ曲线)基础上，在每一个荷载步之后求出这一荷载步相应的动剪应变γ，然后在曲线上查找出下一步计算时采用的动剪切模量G和阻尼比D的值，直至加荷结束。采用这种方法使土的动剪切模量和阻尼比在整个地震动过程中是随荷载随时变化的，可有效地避免“虚(拟)共振效应”。

本书利用ANSYS程序的参数化设计语言，将逐步叠代非线性方法并入ANSYS程序中。为了验证该方法的正确性，针对前面已采用等效线性化方法进行计算的“分层土-箱基-结构的振动台试验”，采用该方法重新进行了计算，并把两种算法的结果进行了比较，表6-1给出了两种计算方法的各点位移峰值比较，图6-1给出了两种计算方法的各点位移时程比较。其中，A1点位于结构底层，A7点位于结构顶层，S8点位于距容器中心0.9 m的土体表面，S6位于距容器中心0.9 m的土体中，见图2-10。从表6-1和图6-1可以看出，两种算法所得结果比较接近，可见，逐步叠代非线性方法可以合理地模拟土的材料非线性。

表6-1　两种计算方法的位移峰值比较

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图6-1　两种计算方法的位移时程比较(BS10试验模型，EL1工况)

逐步叠代非线性方法的优点主要有以下三点：①可以随时跟踪土的动剪切模量和阻尼比的变化，避免产生“虚(拟)共振效应”。②可以避免等效线性化方法中的反复叠代过程，因而可以节约计算时间。③易于程序实现，本书已利用ANSYS程序的参数化设计语言，将逐步叠代非线性方法并入ANSYS程序。

本书在后面考虑液化的有效应力动力分析中将用到逐步叠代非线性分析方法。