文章编号：1672-3031（2012）01-0001-08
收稿日期：2011-03-18
资助项目：国家自然科学基金项目（51079164）；水利部公益行业科研专项（201201053）；中国水利水电科学研究院科研专项
（KJ1133；KJ1242）
作者简介：马怀发（1962-），男，山东枣庄人，教授级高级工程师，博士，主要从事计算力学、水工结构抗震及混凝土细观力学分
析研究。E-mail ：mahf@https://www.doczj.com/doc/8513161953.html,
中国水利水电科学研究院学报
第10卷第1期混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述
马怀发1，陈厚群1，徐树峰2
（1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京
100048；
2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安710065）摘要：本文从5个方面总结了混凝土高坝体系地震响应分析的最新进展及所存在的问题，其内容包括：（1）坝体伸缩横缝开合的接触非线性研究；（2）坝基远域能量逸散效应的模拟；（3）坝体-库水动力相互作用；（4）坝肩抗震稳定分析研究；（5）坝体及地基非线性分析研究。最后提出了当前高坝系统地震动分析所面临的研究课题。
关键词：高混凝土坝；地震响应；材料非线性；坝体-地基系统；动接触；人工边界
中图分类号：TV312文献标识码：A
高坝地震响应分析是抗震安全评价的核心。近年来，我国在西部高地震区修建了一系列300m 级的高坝工程，这些工程面临众多重大关键技术问题的严峻挑战，尤其值得一提的是，距离震级上限为8级的摩西发震断层仅4.5km 的大岗山拱坝，需要抗御世界少有的设计地震加速度高达0.56g 的近断裂大震的地震作用；300m 级高拱坝在强震作用下的实际抗震性态，与已有的低烈度区的中、小型水坝相比，将有许多本质性的差异。这些工程的规模及其所面临的问题难度和复杂性在国内外均无先例。因此地震作用常成为设计中的控制工况。基于已有工程经验的传统抗震设计理念、方法和技术途径，已很难适应迅速发展的工程建设需要。由于目前世界上尚缺乏高坝工程经受强震的实例，因此处于西部强震频发环境中的高坝工程抗震安全受到了社会各界的广泛关注，特别是保证高坝大库在遭受最大可信地震时不发生溃决灾变已成为当前水利水电工程抗震中的战略重点，而高坝-库水-地基体系地震响应分析是对其地震灾变定量判断的重要组成部分。
高拱坝系统是包括坝体、地基、库水及其相互作用的综合体系。其地震响应分析主要研究地震作用下拱坝的变形及应力分布、坝体与地基相互作用和坝体与库水相互作用等问题。有关这方面的研究国内外学者做了大量的工作。以下将对其研究进展及其所存在的问题进行总结分析。
1坝体伸缩横缝开合的接触非线性研究
考虑温度作用影响，拱坝在施工过程中按大致20多米宽度分段浇筑，待坝体混凝土冷却至稳定温度时，再对大致沿径向分布的坝段间的横缝进行灌浆。在静载作用下，或者低拱坝在较弱的地震作用下，坝体横缝一般被其承受的上游库水压紧，基本形成整体结构。但对超高拱坝在强地震的往复作用下，作为整体结构，其上部拱向拉应力可达5~6MPa ，目前很难浇筑如此高抗拉强度的大体积混凝土，由此按照这一计算结果是无法在西部强震区修建300m 级的超高拱坝的。而实际上，坝体中经灌浆的横缝，只能传递压应力而几乎无抗拉强度，因而在往复的地震作用过程中，横缝必然反复张合，拱向拉应力将被释放而导致应力重分布，作为整体结构计算所得的高拉应力实际并不存在。因此，高拱坝在强震作用下已不再是整体结构，其地震响应分析中必须考虑横缝开合的动态边界接
混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述马怀发陈厚群徐树峰
触非线性效应。
在地震过程中，横缝的存在对拱坝地震响应有着重要的影响，并且在强震时坝体横缝张开度关系到止水结构的安全。典型的案例是美国高115m的帕柯依玛拱坝，在1971年和1994年两次遭受强震，第一次震后坝体与左岸重力墩间垂直接缝张开最大达10mm，延伸约14m，经采用后张预应力锚索加固后，在第二次地震后，在相同部位原加固部分的锚索被拔出，坝肩岩体又重新开裂并侧移达
50mm，但坝体仍未受重大损坏。
在高拱坝地震响应分析中，坝体横缝的张合、地基以及坝肩可能出现的滑动面都可归结为接触问题。由于接触界面的区域大小、位置以及接触状态都是未知的，并且随时间变化的，因此，接触问题表现出显著的非线性特征。在动力学方程的求解过程中，对接触边界采用接触约束条件。接触条件的单边性的不等式约束，在接触面必须满足无侵彻条件及切向接触的摩擦条件。接触条件通常以两种形式体现，即两种引入附加条件构造修正基本方程泛函的方法：一种是罚函数法，其优点是利用罚函数求解泛函条件驻值问题，不增加未知量个数，以接触面设置法向和切向弹簧元件体现，但这些弹簧的刚度取值存在主观随意性，罚函数取值过小起不到作用，过大则可能导致求解方程的病态。另一种是拉格朗日乘子法。该方法以拉格朗日乘子表示接触面的法向和切向的接触力，使其满足接触约束条件，引入基本泛函，然后求解修正后的条件泛函。虽然拉格朗日乘子法增加了方程的求解未知量，但可避免罚函数法的缺点，在工程界被广泛采用。
拱坝横缝的非线性问题［1］最早在1980年由Clough注意到并开始研究，随后Fenves［2］提出一种三维缝接触单元，并在拱坝地震分析程序ADAP基础上通过动子结构方法模拟在地震动作用下横缝的开合过程。Liu等［3］提出接触力模型；Zhang等［4］也在时域解法内进行了拱坝横缝的非线性分析；Lua等［5］在Fenves的缝接触单元基础上，提出了考虑横缝键槽作用的横缝力学行为；涂劲等［6］采用接触力模型分析了小湾拱坝横缝地震开合效应。龙渝川等［7］采用Bathe［8］提出的接触边界模型来模拟拱坝横缝，并与ADAP结果进行了比较。胡志强等［9］应用非光滑方程组解法提高了横缝影响的计算精度，并研究了横缝键槽形式对拱坝地震响应的影响。Niwa等［10］对于设缝的7个水平拱圈进行动力模型试验；Tas?kov等［11］对一有缝坝段进行振动台模型试验并进行了相应的有限元分析；陈厚群等［12］对设有三条横缝的拱坝模型进行了动力试验研究；盛志刚等［13］采用脆性材料制作拱坝模型研究了拱坝横缝的非线性动力响应。作者［14-15］考虑拱坝横缝接触非线性问题，基于“并行有限元程序自动生成系统”［16］开发了高拱坝-地基系统地震波动反应分析的并行计算程序，并对小湾拱坝进行了横逢动接触非线性地震分析。
以上研究表明，在强震作用下，横缝的开合引起拱坝坝体应力重分布，使得坝体上部拱向应力明显下降，而中下部梁向拉应力稍有增大。Zhang等［17］提出了一种简单的横缝穿筋非线性本构关系与计算方法，对横缝穿筋减小开度的效果进行了研究；试验和计算结果［18］显示，坝体上部布设钢筋使横缝张开度约降低20%，而坝体上游底部设置的人工底缝作为抗震措施，其效果并不明显。
目前，应用于高拱坝地震响应的非线性分析方法一般局限于拱坝横缝、地基以及坝肩滑动面的接触非线性问题，而坝体和地基仍采用线性本构关系。
2坝基远域能量逸散效应的模拟
辐射阻尼效应是坝体结构和地基动态相互作用的主要内容。在建立坝体系统的动力分析数学模型时应考虑振动能量向远域地基逸散，研究自由场入射地震动输入机制。作为坝体地基的山体，相对于坝体本身可视作无限域。它可以划分为邻近坝体的近域地基和其外围的远域地基。近域地基计入坝基两岸的地形和各类地质构造条件。坝体结构地震响应包括由地壳输入的自由场入射地震波及由于河谷地基及坝体存在产生的外行散射波。外行波在向山体传播过程中，由于几何扩散和地基内部阻尼耗能而使能量逐渐逸散。但在坝体系统的分析模型中只能包括有限范围的近域地基。因此，必须采用人工边界吸收截断边界上的外传波。对无限地基的数值模拟主要方法有黏性边界［19］、无穷
（b ）工透射边界应力/MPa 21.8519.2416.6314.0211.428.816.203.591.00-1.62
（a ）人工黏弹性边界
应力/MPa
15.6913.9512.2110.468.726.975.233.491.740.00
图1溪洛渡小湾坝体地震荷载作用下最大拉应力分布元方法［20-21］
、边界元方法［22-23］、无穷边界元方法［24］、比例边界有限元［25］、阻尼影响抽取法［26-27］、黏弹性边界［28］和人工透射边界［29］等。尽管有很多模拟地基阻尼效应的方法，但可将它们归结为两大类，一类与频域求解相对应，如无穷元、边界元等；另一类与时域求解相对应，如黏性边界、黏弹性边界、人工透射边界等。它们的共同特点是模拟地震波向无穷远域的传播。研究表明，坝体与地基的相互作用对坝体地震反应有显著影响。另外，杜建国等［30］对非均质无限地基对高拱坝的动力响应影响进行了分析，其研究结果表明，无限地基的非均质特性对高拱坝的动力响应影响很小，但是，近场地基弹性模量的变化的影响却比较大；工程中常用的无质量地基模型一般情况下由于不能考虑无限地基辐射阻尼的影响，其计算结果偏大。
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尽管已有不少考虑辐射阻尼及其相应输入机制的方式，但目前在大坝抗震分析中多采用黏弹性边界和人工透射边界两种方法。近年来，作者［14-15］分别采用了人工透射边界和黏弹性边界两种方法模拟远场地基的辐射阻尼，并已应用于高拱坝-地基系统地震波动反应分析。从理论上说，人工透射边界分析可以达到较高阶精度，而黏弹性边界理论上具有一阶精度，但是人工黏弹性边界方法具有处理方式比较简单，概念清晰，稳定性好的优点。
作者采用两种方法分别对溪洛渡和小湾拱坝工程进行了地震动分析。对于小湾工程，由于其计算模型有限元网格比较均匀，单元最小尺寸在2.0m 左右，相对较大，两种方法计算结果基本一致。但是，由于溪洛渡工程计算模型，如图1所示，考虑到局部结构的影响，其有限元网格变化较大，最小尺寸小于0.5m ，由图1给出了坝体在地震动过程中的最大拉应力包络图看出，采用透射边界的计算程序得到的应力较大（最大值为21.85MPa ），特别是在网格较密、尺寸较小的孔口周围，而且高应力值的分布区域很广，而黏弹性边界方法计算得到的最大拉应力较小（最大值为15.69MPa ），并且高拉应力区较小。对于以上采用人工透射边界和黏弹性边界两种方法在计算结果的差异有待进一步的研究。但作者研究发现，人工透射边界方法对网格要求较为严格，对于变化梯度较大的小尺度网格可能存在数值稳定性问题。
3坝体-库水动力相互作用
高拱坝系统是由坝体、地基、库水及其相互作用组成的综合体系。其地震响应分析主要研究地震作用下拱坝的变形及应力分布、坝体与地基相互作用和坝体与库水相互作用等问题。
库水对坝体的影响问题，起始于20世纪30年代，Westergaard
［31］给出了附加动水压力问题的理论解答。此后，许多学者对刚性坝面动水压力问题进行了研究
［32-34］。70年代以后，开始考虑坝体与库
水的动力相互作用［35-37］。Nath ［38］指出，对于圆柱形拱坝或者可以近似为这种形状的拱坝，库水可压缩性影响很小，忽略库水的可压缩性不会产生很大误差。然而，Fok 等［39］研究认为库水可压缩性对拱坝
动力响应的影响是十分重要的。王进廷
［40］对混凝土坝考虑坝体-库水相互作用的地震响应的研究结果也表明库水可压缩性影响的重要性。钟红等［41］等有关研究表明，考虑水库边界吸收的影响后，库水压力波向无限地基散发，库水可压缩性影响可能大幅度降低，特别对多泥沙河流更为显著，另外高拱坝基频小于可压缩水库水体的基频，且两者都远较基岩基频为小，不可能发生压缩库水的共振现
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象。而Chopra等［42］的最新研究则表明，库水可压缩性及水库边界吸收某种情况下削弱拱坝地震响应，在某些工况下对其响应有放大作用。因此，库水可压缩性对坝体地震响应的影响尚需进一步研究。
将地震作用下库水的动水压力作为附加质量考虑，主要考虑结构-地基相互作用，能够简化体系中流固耦合的问题。目前工程计算一般采用我国水工建筑物抗震设计规范推荐的Westergaard附加质量考虑库水动压力，忽略其可压缩性。
4坝肩抗震稳定分析研究
在现在高拱坝地震稳定性分析中，将拱坝坝肩潜在滑动块体的抗震稳定校核与坝体抗震强度校核作为分开的两个部分分别采用刚体极限平衡法和试载法进行。张伯艳等［43］曾在拱坝坝体与地基系统三维有限元时程分析的基础上，在各时刻将滑块界面上的应力积分，得到作用在块体上的滑动力与抗滑力，按刚体极限平衡法给出坝肩稳定安全系数时程，一定程度上引进了坝体—地基耦合的概念，但仍采用刚体极限平衡方法，随后对小湾拱坝又尝试以坝体应力增长超过混凝土抗拉强度为判断依据进行坝肩稳定分析［44］，但未考虑坝基交接面开裂后的应力重分布，而且坝体局部应力受单元形态及所处位置的影响。
在坝体-地基-库水体系［14］中，将近域地基中两岸坝肩按地质构造确定的各可能滑动岩块的各个滑动面，以及作为抗震薄弱部位的坝基面，都作为具有Mohr-Coulomb特性的接触面处理，可能滑动岩块滑动面和坝基面上的抗滑强度指标根据岩体类别确定，而坝基面的初始抗拉和抗剪强度则按坝体混凝土等级取值。基于文献［14-15］所提出的方法和所开发的程序，可以模拟在强震作用下这些接触面可能出现的局部损伤及其拓展变形过程，实现以变形为核心的拱坝坝肩（或高边坡）抗震稳定性分析。该方法建议以坝体一个或几个代表性部位的位移反应突变点（拐点）作为整体失稳的临界点（如图2）。尽管这种方法是基于（材料）线弹性分析方法对高坝-地基系统抗震稳定性分析的一种改进方法，但作者认为以变形为核心指标的稳定性分析方法可以作为进行高坝体系全面非线性稳定分析的有效方法。
图2折减系数与滑移量关系曲线
在现有高拱坝地震分析程序中，把整个系统划分为包括坝体和计入坝基各类主要地质构造的近域地基的内部区；并以人工边界替代的、能体现辐射阻尼影响的远域地基。将两岸坝肩按地质构造确定的可能滑动岩块的各个滑动面，都作为类似坝体横缝的接触面处理。这样处理将地基和坝体作为线弹性材料处理，人为设定了在强地震作用下坝体沿坝基交接面开裂，其方向、范围有待进一步探讨。
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5坝体及地基非线性分析
高坝系统结构计算的非线性问题包括接触非线性、材料非线性和几何非线性问题。对于混凝土高坝系统在失稳破坏之前一般处于小变形状态，目前在高坝系统地震响应分析中已考虑了接触非线性问题，但混凝土高坝抗震设计目前仍采用线弹性理论，并根据拉应力控制标准分析坝体的开裂范围。坝肩作为单独的结构进行稳定分析是由于拱坝结构线性分析的局限性而做出的选择，混凝土高坝材料的非线性地震响应以及裂缝发展进程的分析研究仍处于研究探索阶段。早期的研究中，基于断裂力学的离散裂缝模型应用较为广泛［45-47］。但是由于在地震动力分析时，需要网格重新划分，增加了巨大的计算量；Bazant［48］提出了固定弥散裂缝模型，在重力坝二维非线性分析中得到应用［49］；潘坚文等［50］考虑了地基辐射阻尼、坝体横缝，基于Fenves塑性损伤模型和ABAQUS软件对大岗山拱坝在超强地震荷载的作用下坝体损伤破坏的形式以及其发展过程，但仅考虑拱坝腹部材料的非线性，而其余大部分坝体特别建基面、坝肩处均为线弹性体，因此很难反映实际工况；钟红等［41］采用刚性地基模型，在坝体底部施加固定约束，假设混凝土宏观均质的基础上考虑细观不均匀性的影响，探讨了高拱坝体的裂缝扩展和破坏形态。但实际上不能忽视地基中软弱夹层和不连续面的影响［51］。
在强震作用下，混凝土坝有可能发生损伤开裂，如新丰江大头坝［52］和Koyna重力坝［53］。模型试验也证明了混凝土坝存在动力破坏现象［54-57］。为确保重大高坝工程在遭遇极限地震不发生整体失稳溃决，必须对其进行极限抗震能力校核。除了要考虑坝体横缝的接触非线性外，还必须计入坝体-地基材料的非线性特性，研究其损伤演化失稳过程，对坝体系统进行全面的非线性分析。从而能在极限地震情况下，给出作用、目标和分析方法、抗力及安全准则相配套的抗震功能设计理论和方法。
6结束语
国内外学者有关混凝土高坝地震响应分析研究主要体现在以上5个方面。近年来国外研究成果较少，国内研究进展较大，成果较多。但是对于大坝体系材料非线性的抗震分析研究仍处在学术上的探讨阶段。高拱坝抗震设计目前仍采用线弹性理论，抗震稳定校核采用刚体极限平衡法，而坝体抗震强度校核仍沿用比较粗糙的拱梁试载法。但是，高坝体系在其正常工作状态遭遇强震作用，坝体或地基可能产生的强非线性、不连续变形乃至失稳破坏过程。
为了实现强震环境中高拱坝系统灾变全过程的数值模拟，当前迫切需要解决两类关键科学问题，一为大坝混凝土的动态损伤机理；二是强震作用下高拱坝系统灾变演化过程和失稳破坏机制。在这两类问题研究的基础上，需要建立更能贴近复杂荷载作下大坝混凝土、岩石的动态损伤演化规律的本构模型，提出拱坝系统的整体失稳破坏的控制参数指标，从而建立在强地震作用下高拱坝系统整体失效分析理论和方法。为了避免在最大可能的极端地震作用下发生“溃坝”灾变，必须合理确定坝址可能发生的最大地震，即所谓的“最大可信地震”，进行高坝大库在极限地震作用下的灾变演化过程和失稳破坏机制的研究，以确定各类坝型‘溃坝’极限状态的定量准则。这3个问题相互联系，是当前在大坝抗震安全评估中的主要障碍和亟待解决的前沿课题。
强震作用下高拱坝系统灾变全过程模拟，需要考虑远域地基的辐射阻尼、近场地基地形、地质条件、坝体混凝土损伤开裂非线性、坝体横缝接触非线性以及库水作用等关键影响因素。其非线性分析要求较小的有限元网格剖分，在每一时间步长内就要求解未知量高达几十万甚至上百万的方程组，没有高性能计算手段是无法实现的。随着并行计算硬件水平的不断提高，并行机群系统解决大规模计算问题的潜能不断获得突破，为高坝大库系统地震响应数值分析提供了硬件环境，而并行计算软件的研发已成为当前迫切的研究课题。同时随着大规模工程并行计算产生了一个极具挑战的技术问题，即海量的计算结果的数据处理问题。并行计算结果数据量巨大，如何将数万兆的有限元计算数据进行后处理分析并在普通PC输出终端上显示，并进行分析处理，也成为当前研究的重要内容。
混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述马怀发陈厚群徐树峰
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混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述马怀发陈厚群徐树峰
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Review on the advance of seismic response analysis of high concrete dam systems
under strong earthquake
MA Huai-fa1，CHEN Hou-qun1，XU Shu-feng2
（1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，
China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100048，China；
2.HydroChina Xibei Engineering Corporation，Xi’an710065，China）
Abstract：This paper summarized recent advances and issues in the research on seismic responses of the high arch dam system.The contents include：（1）dynamic contact problems of the contraction joints of dam bodies；（2）simulations of the energy dissipation of the far-field foundation region；（3）interactions of dam foundation and reservoir water；（4）the stability of dam abutments；（5）the nonlinear analyses of dam bodies and foundations.This paper also presented the current research topics on the seismic re?sponse analyses of high dam systems.
Key words：high concrete dam；seismic responses；material nonlinearity；dam-foundation system；dynamic contact；artificial boundary
（责任编辑：吕斌秀）
收稿日期:2003-10-26; 修回日期:2003-11-22 基金项目:国家电力公司资助项目(KJ 00-03-26-01) 作者简介:朱以文(1945-),男,教授,主要从事计算力学和结构防灾减灾研究 文章编号:1000-1301(2003)06-0174-05 TM D 多点控制体系随机地震响应 分析的虚拟激励法 朱以文,吴春秋 (武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072) 摘要:对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构,其响应不再以某一单一振型为主,须考虑采用多点控制。本文对受T M D 多点控制的结构进行了研究。文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况,本文给出了使用直接法求解的格式。地震随机响应分析采用了虚拟激励法,可以考虑各振型之间的耦合项,计算量小且精度高。本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题,具有广泛的应用价值。 关键词:多点控制;主结构;子结构;随机地震响应中图分类号:P315.96 文献标识码: A Pseudo -excitation method for random earthquake response analysis of control system with MTMD ZH U Yi -wen ,WU Chun -qiu (Civil and structural engineering school ,W uhan university ,Wuhan 430072,China ) A bstract :The response of the structure is no t constituted with one sing le mode shape w hen the frequency distri -bution is dense o r the earthquake excitation 's frequency band is w ide .At this time ,it is necessary to adopt the multi -point control sy stem .The study on the structures w ith M TMD is carried out in this paper .The uniform dynamic equation w ith mode coordinate and slave system 's DOF as variables is established fo r the system w ith multi slave sy stem .The equatio n has asy mmetric mass m atrix ,asymmetric stiffness matrix and nonclassical damping m atrix ,and the direct solving format is given in this paper .The random earthquake response is studied by using pseudo -excitation method ,thus the coupling items between modes can be considered .The calculation is cheap and precision is high .The method in this paper is adaptable to the general case of the sy stem with multi -slave structures and has broad application wo rth .Key words :multi -point control ;master structure ;slave structure ;random earthquake response 1 引言 对于高层建筑、大跨桥梁、高耸塔架等高柔结构采用TMD (Tuned Mass Damper )减小风振及地震响应是有效的,这一点得到了人们的普遍认同。TMD 对建筑结构的功能影响较小,便于安装、维修和更换控制元 第23卷第6期2003年12月地 震 工 程 与 工 程 振 动EA RT HQ UAK E ENG IN EERI NG A ND ENG IN EERIN G V IBRA T ION V ol .23,No .6 Dec .,2003DOI :10.13197/j .eeev .2003.06.028
结构地震反应谱分析实例 在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！ 为叙述方便，举一简单实例： 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系： a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0 !进行模态求解 ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom 第27卷第5期2018年10月 自 然 灾 害 学 报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS Vol.27No.5Oct.2018 收稿日期:2018-01-18; 修回日期:2018-05-07 基金项目:国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2016YFE0105500);中央级公益性研究所基本科研业务费专项(2016A02) Supported by :Key Special Project of National Key R&D Plan,International Scientific and Technological Innovation Cooperation(2016YFE0105500);Sci?entific Research Fund of Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration (2016A02) 作者简介:王鸾(1993-),女,博士研究生,主要从事土动力学和岩土地震工程研究.E?mail:1286290758@https://www.doczj.com/doc/8513161953.html, 通讯作者:汪云龙(1985-),男,副研究员,主要从事岩土地震工程、土工测试及地质勘察等方面的研究.E?mail:Wyl_iem@https://www.doczj.com/doc/8513161953.html, 文章编号:1004-4574(2018)05-0012-08DOI押10.13577/j.jnd.2018.0502 基于软土场地实测记录的三种土层地震反应 分析方法可靠性研究 王 鸾1,袁近远2,汪云龙1,王 克1 (1.中国地震局工程力学研究所,中国地震局地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;2.香港中文大学工程学院,中国香港) 摘 要:软土场地地震反应计算分析方法是公认难题。以日本KiK?net 强震观测台网中所有软土场 地井下记录为样本,对传统等效线性化方法SHAKE2000、时域非线性方法DEEPSOIL 和频率一致等 效线性化方法SOILQUAKE 三者在软土场地地震反应分析计算中的可靠性进行对比检验。检验工况 包括KiK?net 井下台网中地表峰值加速度不小于0.05g 的所有水平软土场地的总计309台次的加速 度记录,涉及24个台站,土层厚度28m ~240m,地表峰值加速度范围0.050g ~0.580g。对比结果表 明:烈度6度和7度偏下(地表PGA 在0.12g 以下)的较弱地震动下,对三类、四类和巨厚场地,SOILQUAKE、SHAKE2000和DEEPSOIL 三个方法计算结果相差不大,与实际记录较为接近,皆可采 用;烈度7度中上以上(地表PGA 在0.12g 以上)的较强地震动下,无论是三类、四类和巨厚场地,DEEPSOIL 和SHAKE2000计算出的地表PGA 和反应谱较实际记录偏小,且随地震动强度增加差距 急剧增大,甚至小于井下输入,而SOILQUAKE 计算出结果与实际记录基本相当,可体现出软土场地 放大作用,也证明了频率一致等效线性化方法的有效性。 关键词:传统等效线性化方法SHAKE2000;时域非线性方法DEEPSOIL;频率一致等效线性化方法 SOILQUAKE;地震反应分析;软土场地中图分类号:TU4;X93 文献标志码:A Reliability comparison of three kinds of seismic response analysis methods for soil layers in soft soil site WANG Luan 1,YUAN Jinyuan 2,WANG Yunlong 1,WANG Ke 1 (1.Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration;Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration of China Earthquake Administration,Harbin 150080,China;2.Faculty of Engheering,The Chinese University of Hongkong,Hongkong China)Abstract :Seismic response analysis of soft soil site is a difficult problem in seismic response analysis of soil https://www.doczj.com/doc/8513161953.html,ing the 309times records of underground seismic observation of Japanese KiK?net strong motion of network data?base,the three methods for calculating one?dimensional earthquake response analysis of soil layers in soft sites are verified.One of the methods is SOILQUAKE16recently developed and the others are SHAKE2000and DEEP?SOIL5.0used worldwide.The test conditions include seismic acceleration records of all soft soil sites with a surface peak acceleration of not less than 0.05g in the KiK?net network.The peak ground acceleration of these records be? 在多位朋友的大力帮助下，经过半个多月的努力，鄙人终于对结构地震反应谱分析有了一定的了解，现将其求解步骤整理出来，以便各位参阅，同时，尚有一些问题，欢迎各位讨论！ 为叙述方便，举一简单实例： 在侧水压与顶部集中力作用下的柱子的地震反应谱分析，谱值为加速度反应谱，考虑X 与Y向地震效应作用。已知地震影响系数a与周期T的关系： a(T)= 0.4853*(0.4444+2.2222*T) 0<T<=0.04 秒 0.4853*(0.10/T)^(-0.686) 0.04<T<=0.1 秒 0.4853 0.1<T<=1.2 秒 0.4853*(1.2/T)^1.5 1.2<T<=4 秒 以下是命令流程序 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- /filname,SPEC,1 /PREP7 !定义单元类型及材料特性 ET,1,45 MP,EX,1,2.8E10 MP,DENS,1,2.4E3 MP,NUXY,1,0.18 !建立模型 BLOCK,0,1,0,1,0,5 !网格剖分 ESIZE,0.5 VMESH,all /VIEW,,-0.3,-1,1 EPLOT FINISH /SOLU !施加底部约束 ASEL,,LOC,Z,0 DA,ALL,ALL ALLSEL !施加自重荷载 ACEL,0,0,10 !进行模态求解 ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,30 SOLVE FINISH !进行谱分析 /SOLU ANTYPE,SPECTR SPOPT,SPRS,30,YES SVTYP,2 !加速度反应谱 SED,1,1 !X与Y向 FREQ,0.2500,0.2632,0.2778,0.2941,0.3125,0.3333,0.3571,0.3846,0.4167 FREQ,0.4545,0.5000,0.5556,0.6250,0.7143,0.8333,1.1111,2.0000,10.0000 FREQ,25.0000,1000.0000 SV,0.05,0.0797,0.0861,0.0934,0.1018,0.1114,0.1228,0.1362,0.1522,0.1716 SV,0.05,0.1955,0.2255,0.2642,0.3152,0.3851,0.4853,0.4853,0.4853,0.4853 SV,0.05,0.2588,0.2167 SOLVE FINISH !进行模态求解(模态扩展) /SOLU ANTYPE,MODAL EXPASS,ON MXPAND,30,,,YES,0.005 SOLVE FINISH !进行谱分析(合并模态) /SOLU ANTYPE,SPECTR SRSS,0.15,disp SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !结果1 /INP,,mcom lcwrite,11 收稿日期:2004-01-10; 修订日期:2004-03-17 基金项目:重庆市科委资助(7549) 作者简介:王一功(1978-),男,硕士研究生,主要从事结构抗震方面研究. 文章编号:100021301(2004)022******* 针对场地地震反应分析的ANSYS 二次开发 王一功,杨佑发 (重庆大学土木工程学院,重庆400045) 摘要:以往的场地地震反应分析程序往往缺乏很好的前后处理,难以应用于实际工程。本文利用通用 有限元分析程序ANSYS 进行二次开发,引入多次透射边界以适用于场地地震反应分析。 关键词:ANSYS ;场地地震反应;多次透射边界 中图分类号:P315.96 文献标识码:A A secondary development of ANSYS for site earthquake response WAN G Y i 2gong ,YAN G Y ou 2fa (Faculty of Civil Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400045,China ) Abstract :Most programs capable of analysis of site earthquake response don ′t include pre 2and post 2processing ,so that they can ′t be good at engineering practice.A secondary development is applied to reinforce ANSYS with multi 2transmitting boundary in order to be applicable to analysis of site earthquake response. K ey w ords :ANSYS ;site earthquake response ;multi 2transmitting boundary 1 引言 建筑场地情况对房屋的抗震性能有着明显的影响,特别是各种特殊地形往往会加重邻近结构的地震破坏。但由于场地情况千差万别,欲归纳出统一规律指导抗震设计目前还有困难。最好的办法是针对特定的场地、房屋进行专门的分析研究,以提供设计建议。但目前绝大多数进行场地地震反应分析或上下部共同作用分析的程序都缺乏很好的前后处理,难以直接用于工程实际。本文利用普遍使用的通用有限元程序AN 2SYS 进行APDL 层次上的二次开发,使之适用于场地地震反应分析,并进而应用于上下部共同作用分析。2 人工边界的引入 场地地震反应分析与单一上部结构的地震反应分析最大的不同之处在于场地地震反应分析必须考虑场地的无限性。对场地进行有限元分析,必然要截取出有限区域进行分析,但该区域的底面及两侧本来还存在着地基,这些地基向外延伸很远,可认为是无限远。在实际情况下,地震波由边界内传到边界时会向外传播而不返回,因此需要引入人工边界,以模拟这种现象。如果不引入人工边界则需要将边界距离取得尽量远,但这将受计算机容量的限制,这种方法一般只在验证人工边界准确度时作为对比对象采用。人工边界处理的好坏对计算结果的精度有着极大的影响。 第24卷第2期 2004年4月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUA KE EN GIN EERIN G AND EN GIN EERIN G V IBRA TION Vol.24,No.2Apr.,2004 题目- 求序列中的众数 来源BatmanFly(ZHAO Xin) 描述 输入一个长度为N的整数序列(不多于128个整数)，每个整数的范围在[-10^52,10^52]，计算这个序列的众数。 众数是指出现次数最多的那个数。 如果有多个数出现的次数都达到最多，则取在原序列最先出现的数为众数；如果所有的数都相等，则返回"no"。 关于输入 第一行为序列长度N。 然后是N个数据，每一个数的范围都是在[-10^52,10^52]。注意，这N个数之间可能有若干个空行隔开。 注意，输入数据可能有一些冗余表达信息，具体来说： 1）正数和0前面可能有前导0和'+'符号，例如 +000123=123 +0000=0 -0000=0 2）每个数字中不含有空格和其他非数字字符，例如不会出现"100 0"或者"- 100"。 3）每个数字前面至多有一个符号，即不会出现+(-1)、-(+4)和-(-1)等情况。 关于输出 输出只有1 行： 该序列的众数或者”no”。 如果有多个数出现的次数都达到最多，则取最先出现的数为众数，并且输出形式应该最简形式。 例如，如果原序列众数为+000123，则输出123；如果原序列众数为+0000或者-0000或者0000,输出0。 负数正常输出，例如：如果原序列众数为-000000001111，就输出-1111。 例子输入 6 -00001 10000 00011111111111111111111111111111111111 -01 +000000011111111111111111111111111111111111 -00000000000001 例子输出 -1 提示 -1出现3次 告诉你们多少次了数组开大点！！！！！By 脸哥 题目- 寻找山顶 描述 在一个m×n的山地上，已知每个地块的平均高程，请求出所有山顶所在的地块（所谓山顶，就是其地块平均高程不比其上下左右相邻的四个地块每个地块的平均高程小的地方)。 关于输入 第一行是两个整数，表示山地的长m（5≤m≤20）和宽n（5≤n≤20）。 其后m行为一个m×n的整数矩阵，表示每个地块的平均高程。每行的整数间用一个空格分隔。 关于输出 输出所有山顶所在地块的位置。每行一个。按先m值从小到大，再n值从小到大的顺序输出。 例子输入 简支梁的地震响应分析 /PREP7 !进入前处理模块 /TITLE, EX 8.4(3) by Zeng P, Lei L P, Fang G ET,1,BEAM3 !设定1号单元 L=240 $A=273.9726 $H=14 $I=1000/3 !设定几何参数 R,1,273.9726,(1000/3),14 !设定1号实常数(梁单元) MP,EX,1,3E7 $MP,PRXY,1,0.3 $MP,DENS,1,73E-5 !设定弹性模量, 泊松比, 密度 K,1,0,0 $K,2,L,0 !生成两个关键点 L,1,2 !由关键点生成线 ESIZE,,8 !设定单元网格划分的分段数 LMESH,1 !对1号线划分单元网格 NSEL,S,LOC,X,0 !选择位置x=0的节点 D,ALL,UY !对所选择的节点施加位移约束UY=0 NSEL,S,LOC,X,L !选择位置x=L的节点 D,ALL,UX,,,,,UY !对所选择的节点施加位移约束UX=UY=0 NSEL,ALL !选择所有节点 FINISH !结束前处理模块 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,MODAL !设定模态分析方式 MODOPT,REDUC,,,,3 !设置缩减算法，提取3阶模态 MXPAND,1,,,YES ! 设定模态扩展的阶数为1，并计算单元及支反力结果 M,ALL,UY !对所有节点定义主自由度UY OUTPR,BASIC,1 !设置输出结果的方式 SOLVE !进行求解 *GET,F1,MODE,1,FREQ !提取第一阶模态频率，赋给F1 FINISH !结束 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,SPECTR !设定谱分析方式 SPOPT,SPRS !设定单点激励谱分析 SED,,1, !设定单点激励的方向为Y轴 SVTYP,3 !指定单点响应谱类型为地震位移谱 FREQ,.1,10 !设定频率数据表格的频率点 SV,,.44,.44 !设定频率数据表格的对应于频率点的激励值SOLVE !进行求解 *GET,F1_COEF,MODE,1,MCOEF !提取模态1的谱分析结果的模态系数FINISH !结束求解 /POST1 !进入一般性后处理模块 SET,1,1,F1_COEF !调出第1阶模态的结果，并乘以模态系数PRNSOL,DOF !打印节点结果 PRESOL,ELEM !打印单元结果 PRRSOL,F !打印支反力结果 浅谈工程地震勘探及场地地震反应分析 工程地震勘探是被广泛应用于种类繁多的高标准工程建设项目中，勘探工程基础地质条件并解决地质问题的一种方法。其方法简单而且既快速又准确。在工程地震勘探中，场地地震安全性的综合评价，对结构抗震有至关重要的作用，是具体建设场址区精确合理、经济可靠的抗震设防依据。 标签：工程地震勘探场地地震反应分析 破坏性地震是一种严重危及人类生命和财产安全的突发性自然灾害。随着科学技术发展水平的进步，抗震设计规范也在不断的发展和完善。世界各国政府十分重视对地震灾害的防御，力求能够将最新科学研究成果及时有效地应用于抗震设计，最大限度地抵御强烈地震的袭击，减轻地震灾害。 早期的地震学家主要把地震当作一种自然现象来进行研究，但亦涉及强烈地震时建筑物的破坏。工程地震学是地震学中为工程建设服务的一个分支，主要研究强烈地震运动及其效应。该学科主要从工程角度研究与减轻地震灾害有关的地震问题，并对工程场地的地震动参数进行定量的预测，以便对工程场地进行场地安全性评价，并为建筑结构提供合理的设计地震动参数，以便采取抗震设防措施，最大限度地减轻地震灾害。工程地震学介于地震学和土木工程学两大学科之间，它与两大学科相互联系又有区别。工程地震学与地震学研究侧重不同，工程地震学主要预报地震在工程场地上的可能引起的地结构的破坏作用。侧重于建立满足工程分析需要的潜在震源模型，用于定量估计工程抗震设计所需要的地震动参数。 就现状来看，工程地震学所研究的主题大致包括地震宏观考察、强震观测、近场地面运动、地震区域划分和地震危险性分析以及地震小区划。 工程地震勘探是工程地震最基本的一项内容。随着我国建设事业的发展，新兴的工业城市、港口城市、经济开发区等不断发展，老城市的现代化改造也在迅速进行，种类繁多的新型的高标准工程建设项目日益增多。这不仅对各种工程基础的地质条件提出了更高的要求，并且也要求用较少的人力和投资，快速可靠地完成工程勘察任务。工程地震勘探应运而生且广泛应用。 工程地震勘探，又被称之为浅层地震勘探。其与深部地震勘探在野外工作方法、室内资料处理及解释方法有相似之处，但是，目的不同。深部地震勘探主要为了了解地壳、岩石圈的结构，探测石油、天然气。而工程地震勘探则主要是勘探地面以下100M范围内，有时甚至是地下几米内的地质构造、岩土结构、力学性质。因为主要为城市规划建设、工业建设、公共设施建设等提供必要的工程地质依据，所以工程地震勘探往往激发能量较小，勘查范围较窄，勘查网度较密，勘探精度较高。 工程地震勘探具有既快速、又准确的优点。工程地震勘探的应用领域非常广 地震响应分析 1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。 2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。 这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下： 1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。 结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。 2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。 结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。 3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。 结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。 4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。 结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。 5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。 即1）求出结构的自振一阶频率w 2）令tr＝1/w 3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变 4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.81 5) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i） 这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。 第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。谢谢！ 地震反应怎么考虑重力 SOLU ANTYPE, TRANS TRNOPT,FULL TIMINT,OFF !*先关闭时间积分效应 TIME,1E-8 !*设一个极短的积分时间 acel,,9.8 NSUBST,2 !有时候子步数要增大 KBC,1 LSWR,1 !*把这个写入第一步 TIMINT,ON !*然后再时间积分效应开关，以后就正常写载荷步了 这种方法应该是对的,ANSYS帮助文件中也有提到, 可是,有一个问题:由于是阶跃荷载,就会产生动力效应,整个结构的变形大于实际的情况吧?这样与实际结构在重力下受到的变形就不一样了! 地震反应分析：动力方法Structural Response Analysis: Dynamic Methods 教师：李爽副教授 lleshuang@https://www.doczj.com/doc/8513161953.html, 2015年4月10日 1 本章导读 ?多维动力分析输入的一般处理方法 ?多次动力分析结果的一般处理方法 ?增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis Method，IDA) ?云图分析方法(Cloud Analysis Method)?结构地震模拟振动台试验基本步骤 2 多维动力分析输入的一般处理方法?当结构采用三维空间模型等需要双向 （两个水平方向）或三向（两个水平一 个竖向）地震动输入时，其加速度峰值 可按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65 （竖向）的比例调整 ?具体如何操作？ 3 4 多维动力分析输入的一般处理方法 （2）初步选择若干条地震动，将所选择地震动进行反应谱分析，并与设计反应谱绘制在一起 （3）计算结构振型参与质量达到XX %（如50%~90%）对应各周期点处的地震动谱值（或0.2T 1~1.5T 1）。检查各周期处的包络值与设计反应谱值相差是否不超过20%。如不满足，则回到第二步重新选择地震动 （4）将各地震动在主要周期点处各方向上的值，按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65（竖向）加权求和，按该求和值从小到大的顺序输入地震动（仅针对振动台试验，数值 计算不用分先后顺序，因为后者没有损伤）（1）根据研究对象所在场地类型和设防烈度确定地震设计反应谱（加速度反应谱） 多次动力分析结果的一般处理方法 ?《规范》规定 特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值。当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值 5 北京大学计算概论(医学部)-罗英伟模拟考试答案 二1#include <stdio.h> int main() { int n,i,a=0,b=0,c=0; scanf("%d",&n); for (i=1; i<=n; i++) { int a1,b1,c1; scanf("%d%d%d",&a1,&b1,&c1); a+=a1; b+=b1; c+=c1; } printf("%d %d %d %d\n",a,b,c,a+b+c); return 0; } 2.#include <stdio.h> int main() { int n,i,a=0,b=0,c=0,d=0; scanf("%d",&n); for (i=1; i<=n; i++) { int t; scanf("%d",&t); if (t<=18) a++; else if (t<=35) b++; else if (t<=60) c++; else d++; } int s=a+b+c+d; printf("1-18: %.2lf%%\n",(double)a/s*100); printf("19-35: %.2lf%%\n",(double)b/s*100); printf("36-60: %.2lf%%\n",(double)c/s*100); printf("60以上: %.2lf%%\n",(double)d/s*100); return 0; } 3.#include <stdio.h> int main() { int s,i; scanf("%d",&s); int money[6]={100,50,20,10,5,1}; 时程分析时地震波的选取及地震波的反应谱化 摘要：目前我国规范要求结构计算中地震作用的计算方法一般为振型分解反应 谱法。时程分析法作为补充计算方法，在不规则、重要或较高建筑中采用。进行 时程分析时，首先面临正确选择输入的地震加速度时程曲线的问题。时程曲线的 选择是否满足规范的要求，则需要首先将时程曲线进行单自由度反应计算，得到 其反应谱曲线，并按规范要求和规范反应谱进行对比和取舍。本文通过介绍常用 的数值计算方法及计算步骤，实现将地震加速度时程曲线计算转化成反应谱曲线，从而为特定工程在时程分析时地震波的选取提供帮助。 关键词：时程分析，地震波，反应谱，动力计算 1 地震反应分析方法的发展过程 结构的地震反应取决于地震动和结构特性。因此，地震反应分析的水平也是随着人们对 这两个方面认识的深入而提高的。结构地震反应分析的发展可以分为静力法、反应谱法、动 力分析法这三个阶段。在动力分析法阶段中又可分为弹性和非弹性（或非线性）两个阶段。[1] 目前，在我国和其他许多国家的抗震设计规范中，广泛采用反应谱法确定地震作用，其 中以加速度反应谱应用得最多。反应谱是指：单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个 最大反应量（如加速度、速度、位移等）与体系自振周期的关系曲线。反应谱理论是指：结 构物可以简化为多自由度体系，多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体 系反应的组合，每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。其优点是物理概念清晰， 计算方法较为简单，参数易于确定。 反应谱理论包括如下三个基本假定：1、结构物的地震反应是弹性的，可以采用叠加原理 来进行振型组合；2、现有反应谱假定结构的所有支座处地震动完全相同；3、结构物最不利 的地震反应为其最大地震反应，而与其他动力反应参数，如最大值附近的次数、概率、持时 等无关。[1] 时程分析法是对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。由 于此法是对运动方程直接求解，又称直接动力分析法。可直接计算地震期间结构的位移、速 度和加速度时程反应，从而描述结构在强地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化，以及结 构构件逐步开裂、屈服、破坏甚至倒塌全过程。 根据我国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)第5.1.2-3条要求，特 别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多 遇地震下的补充计算。此外《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) (以下简称《高规》)第4.3.4条也有相关要求。 2 时程分析时地震波的选取要求 在进行时程分析时，首先面临地震波选取的问题。所选的地震波需要符合场地条件、设 防类别、震中距远近等因素。《抗规》对于地震波的选取主要有以下几点要求： 1、当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法 的较大值；当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反 应谱法的较大值（其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3）。 2、弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计 算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计 算结果的80%。 3、多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数 曲线在统计意义上相符。根据规范条文说明，所谓“统计意义上相符”指的是，多组时程波的 平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比，在对应于结构主 要振型的周期点上相差不大于20%。但计算结果也不能太大，每条地震波输入计算不大于135%，平均不大于120%。 4、时程曲线要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规 地裂缝场地地震反应分析研究现状 发表时间：2017-09-30T16:53:10.683Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第10期作者：岳炜焱[导读] 地裂缝在世界上许多国家都普遍存在，已成为一种主要的区域性地质灾害。 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安 710055 摘要：有关地裂缝分布规律、活动特性、成因机理和防治措施等相关问题的研究现已硕果累累，但地裂缝场地的地震动力效应及地表地震动参数的研究至今仍是地裂缝研究中很少涉及的一个难题。本文对地裂缝场地地震反应的研究现状进行总结。引言： 地裂缝在世界上许多国家都普遍存在，已成为一种主要的区域性地质灾害，地裂缝经过的地区不但会出现地面和墙体开裂，严重时可能造成水电管线错断、道路变形，甚至造成建筑物倾斜开裂以至倒塌，给地面建筑及地下结构设施带来严重破坏。不仅如此，地裂缝还有可能导致一系列严重的生态环境问题。 1地裂缝的成因 上世纪七、八十年代，学术界普遍认为地裂缝的活动主要受构造作用控制。因此，避让作为一种强制性的规定写入了规范，并且一直沿用至今。近一二十年来，学术界通过对地裂缝的深入研究，已经逐渐形成了共识：构造活动是地裂缝产生的内因，决定了地裂缝在地表的展布特征，而过量的抽取深层承压水是导致现今地裂缝剧烈活动的直接原因。因此采取限制开采地下水的措施，可以遏制地下水位连续下降的势头。西安地区地裂缝活动监测结果表明该地区自实行限制开采深层承压地下水的政策后，地裂缝活动强度呈逐年减缓的趋势。但是，目前的工程建设依然按照地裂缝活动高峰期确定的标准进行避让，这无疑给经济高速发展的西安市日益紧缺的土地资源造成了不必要的浪费。而且，自进入21世纪以来，我国大陆地区地震发生的频率有越来越高的倾向，更是加大了地裂缝的出现范围。2地裂缝场地地震反应分析的研究 由于地裂缝的存在，地裂缝场地的完整性遭到了破坏，作为一种特殊而广泛发育的城市地质灾害，现代地裂缝不具备发震特点，是一种非发震构造面。对于非发震构造面的研究多集中于场地的地震效应问题，国内外曾有过不少争论。最早的研究认为位于非发震断层上的场地，其震害要高于附近不在断层上的场地震害，非发震断层对地震动强度和频谱特性有显著影响，这一思想在早期的抗震设计规范里也有类似的反映。通海地震（1970）发生后，一些单位立即进行了详细的现场调查研究，通过对比位于非发震断层和附近不位于发震断层上的村庄的震害程度，分析断裂对烈度的影响，结果表明，位于非发震断层上的村庄的震害并不一定严重。后来许多学者参与到这一问题的研究。 石玉成等（1994）采用二维动态有限元分析的方法，建立了非发震断层的场地地震反应分析模型，分析认为非发震断层所表现出来的实际地震效应具有很大的随机性，其随机程度受控于断层自身要素的组合型式及各种外部条件[1]。周正华等（2003）通过澜沧-耿马地震、大关-永善地震、海城地震及通海地震的震害调查结果，分析了断层对震害的影响，认为非发震断层对震害有明显的影响[2]。 刘向峰等（2005）用二维有限元法分析了非发震断层场地的动力响应，结果表明，断层对场地的地震动力响应有明显的影响，距断层越近的场地地震放大系数越大；对于垂直断层，场地的振幅放大效应对称分布，而倾斜断层对其上盘地震动的影响要大于下盘场地地震动的影响[3]。 G. Lombardo（2006）采用地脉动的H/V单点谱比法，对垂直于意大利埃特纳火山东南侧的一条地裂缝的三个剖面进行了测试，分析了地裂缝对场地地震波的局部放大效应[4]。结果表明，地震波加速度幅值在地裂缝破裂面处达到最大，并从地裂缝破裂面处向两侧递减，但影响区主要集中在破裂面两侧几十米的范围内，超过这个范围后影响急剧减小。 陈国兴（2007）在分析地质构造对地震烈度的影响时认为，非发震断层并不一定会加重震害，否则在每次地震中，除了在发震断层方向呈条带状或长条形分布的震害外，还应该有许多沿非发震断层方向呈条带状的高震害或高烈度异常区，但是，这种现象实际很少见到[5]。 孙崇绍（1983）针对西安地裂缝的特点，进行了地裂缝场地地震效应的有限元分析[6]，分析认为地裂缝带只是个很小的地质单元体，在强震发生时对地面运动不会造成显著的影响，因此在进行防震规划时，不必在常规的设防带之外再加宽防震地带。李永善等（1992）则认为：西安地裂缝与地震裂缝有着本质不同，仅仅将地裂缝看成表层介质的“缺陷”是不恰当的；地裂缝与地震有着本质联系，地裂缝带上的建筑物可能会遭受较强的震害[7]。 刘玉海等（1998）也认为不能仅仅将地裂缝看成表层介质的缺陷，因为西安地裂缝本身就是一种与基底断裂相贯通的活动断层[8]。3结论 近年来，在地裂缝场地动力响应方面的研究取得了不少成果。场地的地震响应分析是城市地震区划、工程场地地震安全性评价和结构抗震设计的重要内容。目前对于地裂缝场地的地震响应分析成果较少且不系统，主要表现在：场地的地震响应分析受其下卧基岩的输入地震动参数影响很大，过去对地裂缝场地的动力分析着重于研究不同地震动强度下的加速度放大效应，对其影响因素研究不够深入。参考文献 [1]石玉成，陈丙午.非发震断层的地震效应问题[J].西安：西北地震学报. 1994，16（1）：12-19. [2]周正华，张艳梅，孙平善，等.断层对震害影响的研究[J].自然灾害学报. 2003，12（4）：20-24. [3]刘向峰，王来责.非发震断层场地地震动力响应特性研究[J].辽宁工程技术大学学报.2005，24（1）：48-50. [4]Lombardo G，Rigano R. Amplification of ground motion in fault and fracture zones：Observations from the Tremestieri fault，Mt. Etna（Italy）[J]. Journal of volcanology and geothermal research，2006，153（3）：167-176. [5]陈国兴.岩土地震工程学[M].北京：科学出版社，2007. [6]孙崇绍.西安市地裂缝地震效应的理论分析（英文）[J].西北地震学报，1983，5（2）：73-80.基于软土场地实测记录的三种土层地震反应分析方法可靠性研
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