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地下结构地震反应的主要特征及规律摘要：地下结构的地震反应主要取决于场地土的变形这一认识是地下结构各种简化分析方法的理论基础，但现有的认识只是基于少量的实测数据分析、理论判断或定性推理，缺乏基于理论模型和数值分析的严格验证。
另外，现有的土-结构柔度比对结构地震反应的研究主要集中在土-结构柔度比对土-结构相互作用系数的影响，而土-结构柔度对结构内力影响的研究较少，缺乏系统性。
关键词：地下结构；地震反应特征；动力特性；土-结构柔度；现阶段，有关地下结构地震反应特征的一些重要的规律性认识仍然缺乏严格的理论推断或认识欠深入。
基于地下结构地震反应的二维动力有限元数值分析模型，定量分析了场地土、结构以及土-结构体系的动力特性和土-结构柔度比对地下结构地震反应的影响。
一、结构、场地、土-结构体系的动力特性当计算地下结构动力特性时，将其按普通地面建筑结构处理，即结构底部固定。
场地和体系的动力特性计算模型宽度取5倍的结构宽度，底边界固定，侧边界采用滚轴边界，结构、场地及土-结构体系动力特性的计算模型如图 1所示。
图 1地下结构、场地及土-结构体系计算简图3个车站的场地前五阶自振频率与场地-结构体系的前五阶自振频率相比差异均不大，表明结构存在对场地动力特性的影响很小，特别是对于低阶动力特性的影响更小。
二、结构与场地动力特性对地下结构地震反应影响1.计算模型。
为分别研究结构与场地动力特性对地下结构水平地震反应的影响，以地震中遭到严重破坏的某车站进行实例分析，采用图2所示的有限元分析模型，采用考虑自由场反应的振动输入方法，模型底边界固定，两侧边界采用黏弹性边界，结构与土体均采用线弹性模型。
模型宽度取85m，土层深度取39.2m，结构采用梁单元，周围土体采用四节点平面应变实体单元，网格边长为1m，单元尺寸满足计算精度要求，图2土-结构相互作用体系振动输入计算模型当对地下结构进行线性地震反应分析时，由于缺少当地土体的动力参数，采用典型的砂土和黏土的剪切模量比与剪应变幅的试验曲线，土层有效弹性模量参数按《城市轨道交通结构抗震设计规范》的要求采用一维土层等效线性化地震反应分析方法确定。
略谈土—结构相互作用下建筑振动问题土-结构相互作用对不规则建筑振动的影响主要体现在可以减小建筑结构的自振频率、滤掉地震中的激励成份、增大高层建筑的结构阻尼。
土-结构相互作用对于建筑振动影响的好与坏主要是取决于地面运动的频率成分。
当地面运动的频率接近建筑地基频率，土-结构相互作用对于建筑振动的影响将是有害的。
对于建筑物较高地基较软的建筑，在计算结构地震位移时必须要考虑土-结构相互作用，因为二者与频率的平方成比例。
另外，地震一旦发生，建造于土层上的建筑物的上部会受到来自于瞬时土层的地震响应将会很大。
因此，在建筑物不规则振动的分析中应充分考虑土-结构相互作用的影响。
本文分别从被动控制、主动控制和半主动控制三个方面综合分析了在考虑土-结构相互作用下不规则建筑振动的控制问题。
一、被动控制方面的分析在考虑土-结构相互作用下不规则建筑振动被动控制方面，主要是研究土-结构相互作用对于调频质量阻尼器性能的影响。
这里提到的调频质量阻尼器是一种由质块，弹簧与阻尼系统组成的能够通过改变结构共振性达到减震效果的装置。
许多研究表明，当地基比较软的时候調频质量阻尼器对结构的减震效果不够理想。
如果不将剪切波速作为影响因素，通过数值仿真发现，随着土质的柔软程度增加，调频质量阻尼器的减震性能将迅速降低。
也有一些研究将结构动力特性的改变归为土-结构相互作用的原因。
在研究中，将建筑上部结构理想化为一线性单自由度结构系统，并将调频质量阻尼器调谐到该结构系统基础固定频率，通过建立二者的传递函数，模拟了土-结构相互作用对调频质量阻尼器减震行为的影响。
模拟结果表明，土-结构相互作用系统的动力特性将随着地基柔软程度的增加而发生较为剧烈的变化。
这两个研究表明，调频质量阻尼器的正常工作主要取决于其频率的正确设定，必须保证其频率值与土-结构相互作用系统频率值相等，另外阻尼器的正常工作也受结构周期和地基软弱程度的影响。
这些研究都是设定在土与结构之间是线性关系的基础上进行的，然而对一些地震，土与结构之间的非线性关系可能也会改变土-结构相互作用系统的频率。
土体自振频率土体自振频率是指土壤在自然状态下，由于自身结构特性及其所受到的外力作用而产生的振动频率。
土体自振频率是一个重要的工程地质参数，对于工程结构的抗震设计和地震反应分析具有重要意义。
一、土体自振频率的影响因素1.土壤类型：不同类型的土壤具有不同的物理性质和力学性质，从而影响其自振频率。
一般来说，粘性土的自振频率较低，砂性土的自振频率较高。
2.土层厚度：土层厚度对土体自振频率有一定影响。
在一定范围内，土层厚度增加，自振频率降低。
但当土层厚度超过一定值后，自振频率变化不大。
3.土壤含水量：土壤含水量的变化对自振频率有一定影响。
含水量增加，土体自振频率降低；含水量减少，自振频率提高。
4.土壤密度：土壤密度对自振频率有显著影响。
密度越大，自振频率越高。
5.土壤颗粒大小：土壤颗粒大小对自振频率有一定影响。
颗粒越大，自振频率越高。
二、土体自振频率的测量方法1.横向共振法：通过在土体中施加横向激励力，测量土体振动频率的方法。
2.纵向共振法：通过在土体中施加纵向激励力，测量土体振动频率的方法。
3.脉冲响应法：通过测量土体在脉冲激励下的响应，计算其自振频率。
4.频谱分析法：通过对土体振动信号进行频谱分析，提取自振频率。
三、土体自振频率的应用1.工程抗震设计：了解土体自振频率，有助于合理选择地震波输入参数，提高工程结构的抗震性能。
2.地震反应分析：分析土体自振频率，有助于预测地震对工程结构的影响程度。
3.地基处理：通过改变土体自振频率，提高地基承载能力和稳定性。
4.土体动力特性研究：研究土体自振频率的变化规律，有助于深入了解土壤动力特性。
总之，土体自振频率是一个关键的工程地质参数，对于工程结构的抗震设计和地震反应分析具有重要意义。
通过对土体自振频率的研究，可以更好地指导工程实践，提高工程结构的抗震性能。
在今后的研究中，还需进一步探讨土体自振频率与其他土壤物理性质之间的关系，为工程设计提供更为精确的依据。
结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响韩冰; 陈少林; 梁建文【期刊名称】《《地震工程学报》》【年(卷),期】2019(041)006【总页数】7页(P1574-1580)【关键词】结构-土-结构动力相互作用; 结构健康监测; 系统频率; SH波; SV波【作者】韩冰; 陈少林; 梁建文【作者单位】南京航空航天大学土木工程系江苏南京 210016; 天津大学建筑工程学院土木工程系天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TU311.30 引言由于振动的基础和结构可看作是额外的波源,因此相邻结构间通过土体存在着相互作用,即结构-土-结构动力相互作用。
近几十年来,人们采用解析法[1-2]、数值法[3-4]、试验法[5-6]或地震动观测法[7-8]等手段对结构-土-结构动力相互作用进行了广泛研究。
文献[9]对该领域的研究现状进行了详细介绍。
对于结构健康监测而言,由于结构的振动频率对结构损伤敏感,通过监测结构振动频率的变化来判断结构损伤程度是目前最基本的监测手段。
但有研究表明[10],结构的基本振动频率容易受环境因素的影响,进而对监测结果造成干扰。
本文作者的研究[11-12]表明,相邻结构的存在可能使结构的振动频率发生偏移。
本文将在此基础上,进一步系统地研究结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响,旨在回答如下两个问题：(1)结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响是否显著?(2)随结构间距离的增大,结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响如何变化?图1 模型图Fig.1 The model1 方法如图1所示,层状半空间由弹性基岩上覆土层组成,基岩由如下参数确定：两个拉梅常数为λR和G R,压缩波速为αR,剪切波速为βR,泊松比为v R,质量密度为ρR,滞后阻尼比ξR；土层厚度为D,其参数与基岩相同但下标为“L”。
两个结构完全相同,刚性基础埋置于土层中,基础半径为a,两基础间的距离为b,基础单位长度质量是M 0,被每个基础替换掉的土的单位长度质量为M s。
第33卷第2期2013年4月地震工程与工程振动JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATIONVol．33No．2Apr．2012收稿日期：2012－07－22；修订日期：2012－12－21基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（2011BAJ08B02）；湖南省科技重点项目“农村民居抗震实用技术及相关政策研究”（064SK4057）作者简介：尚守平（1953－），男，教授，主要从事土与结构动力相互作用研究.E-mail ：sps@hnu．edu．cn 文章编号：1000－1301（2013）02－0117－09doi ：10．11810/1000－1301．20130216土－结构动力相互作用结构自振周期的研究尚守平，鲁华伟，邹新平，李双，陈婉若（湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082）摘要：土与结构动力相互作用（简称SSI ）存在于大多数的建筑物，在普通结构设计中，并没有考虑SSI ，这和缺少一种简单有效的计算方法有关。
通过调整结构的自振周期，可以很好地考虑SSI ，实际情况是，一般的计算方法都偏于保守，计算结果与实测结果的误差离散性比较大。
土是非线性很强的材料，结构振动过大，土容易进入非线性状态，使得计算变得复杂。
找出由于土的非线性导致结构自振周期的增大的规律，对于实际工程很有意义。
本文通过对刚性基础与土槽中柔性地基上的钢框架模型进行激振，分别测得上部结构在不同刚度以及不同激振加速度时的结构自振周期。
并根据实验结果，拟合结构自振周期与激振加速度、上部结构与地基相对刚度比的关系。
通过拟合后的公式对两个文献中的试验模型的自振周期进行计算，结果显示，本文拟合的公式能很好的考虑土的非线性，有效地减少简化模型计算与实测的差别。
关键词：土与结构动力相互作用；激振试验；钢框架；结构自振周期；刚度中图分类号：TU317；TU315．983；P315.93文献标志码：AThe natural periods of steel frame considering soil andstructure dynamic interactionSHANG Shouping ，LU Huawei ，ZOU Xinping ，LI Shuang ，CHEN Wanruo（College of Civil Engineering ，Hunan University ，Changsha 410082，China ）Abstract ：Soil and structure dynamic interaction （SSI ）exists in most buildings ，while we rarely consider it in nor-mal design because of lacking an efficient method of calculation．We used to adjust the natural period of structure when considering SSI in actual design．This frequently leads to conservative results．Soil is a highly nonlinear materi-al ，so the calculation of the structure considering the nonlinearity of soil is too complex to get accurate results．Finding out a way to simplify the calculation is significant to real engineering．In this article ，a steel frame model is excited on the rigid foundation and the soil-trough indoor respectively under different working conditions ，and the natural period under different accelerations in each condition can be gotten．We derive a formula for the period changing with the acceleration and relative stiffness ratio between superstructure and ground soil and use the formula to calculate the natural period of the model in two references．The results indicate that the difference between ex-periment natural period and estimated natural period can be effectively eliminated for applying the fitted formula．Key words ：soil and structure dynamic interaction ；exciting experiment ；steel frame ；natural period of structure ；stiff-ness引言对于土与结构的相互作用，国内外做了很多的模型以及建筑物的激振试验，但多是高频的离心转子设备的激振，低频激振试验比较少。
土-结构动力相互作用的振动台试验研究综述1李振宝 李晓亮 唐贞云 纪金豹（北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室, 北京 100124）摘要 本文从土-结构动力相互作用振动台试验过程中所涉及的结构模型动力相似设计、模型土体的模拟及土体边界条件的模拟三个方面，回顾了近几年来土-结构动力相互作用振动台试验研究的发展历程与现状，重点描述了试验过程中为了更好地反映震动条件下土与结构动力相互作用的机理，学者们所采取的办法和措施。
并在此基础上，介绍了一种新的研究土-结构动力相互作用的振动台试验技术。
最后，总结了传统的土箱-振动台试验存在的不足，并与这种新的试验技术进行了对比，提出了对于这种新的试验方法仍需要进一步研究和解决的问题。
关键词：土-结构动力相互作用 振动台试验 实时子结构试验 综述引言上个世纪90年代，在土-结构动力相互作用的理论分析和计算方法方面的研究已经有了不少成果。
可以说此时关于土-结构动力相互作用的理论研究是一个“百花齐放，百家争鸣”的时期。
但是，由于所研究问题的复杂性和不确定性，各个国家的学者研究出来的计算方法和计算模型，以及对模型参数的选取等各不相同，有的甚至差异很大，而且各种方法和模型都有或多或少的假定，所以研究成果很难发挥其在实际工程中的指导应用价值。
因此，为了验证土-结构动力相互作用理论研究的成果，证明理论研究成果的可靠性，国内外进行了一系列土-结构动力相互作用的试验研究。
土-结构动力相互作用的试验研究主要包括：室外现场试验和大比例模型试验、室内离心机试验和振动台试验。
现场试验需要消耗大量的人力、物力、财力，试验成本高，试验周期长；室外大比例模型试验只能用简单的激振方式进行试验。
而离心机试验通过增加模型的场加速度，可以模拟出与原型相等或相近的应力水平，很好地再现了原型的物理特性，对于液化场地的模拟有其独特的优越性。
但是，离心机设备价格昂贵，只能进行较小比例模型的一维试验，而且，试验中存在由于坐标系之间的转换而产生的科里奥利效应，使得试验结果存在1 基金项目 国家自然科学基金重大研究计划（90715010）；北京工业大学研究生科技基金资助课题（ykj-2010-4715）［收稿日期］ 2010-05-29［作者简介］ 李振宝，男，生于1962年。
收稿日期:2002-06-18;修订日期:2002-10-15 基金项目:土木工程防灾减灾国家重点实验室基金、中国地震局地震工程与工程振动开放实验室基金和江苏省自然科学基金联合资助 作者简介:陈国兴(1963-),男,浙江新昌人,教授,博士生导师,主要从事岩土地震工程与岩土工程研究.文章编号:1007-6069(2002)04-0047-08土与结构动力相互作用体系振动台模型试验研究陈国兴,王志华,宰金珉(南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009)摘要:设计并完成了土与结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验,通过将同种加载条件下的刚性地基和柔性地基上结构地震反应进行对比,分析了SSI 效应对一幢十层框架结构地震反应的影响。
由试验结果可知:在SSI 效应作用下,基底输入地震动的强度和频谱特性发生了显著的变化;由于SSI效应的作用,刚性地基和柔性地基上的结构地震反应存在较大差别,且在一定条件下,SSI 效应对结构地震反应能起到减震作用。
关键词:土与结构动力相互作用;振动台试验;地震动特性;地震反应中图分类号:P315.97 文献标识码:AShaking table model test of soil -structure dynamic interaction systemCHEN Guo -xing ,WANG Zhi -hua ,ZAI Jin -min(Institute of Geotechnical Engineering ,Nanj ing University of Technology ,Nanjing 210009,C hina )A bstract :The shaking table model tests of soil -structure dy namic interaction sy stem are desig ned and carried out .Comparing the earthquake responses of structure which is built on rigid and soft soil ,the effects of SSI on the earthquake response of a ten -layer frame structure .The results of the tests show that the intensity and spec -tral characteristics of input g round motions have being changed remarkably under the action of SSI effect ;the earthquake response of structure on the soft soil is different from that of structure on the rigid base because of SSI effect .And ,on cerntain conditions ,SSI effect may redue the response of structure .Key words :soil -structure dy namic interaction ;shaking table test ;characteristic of ground mo tio n ;earthquake response1 引言 土与结构相互作用问题是地震工程领域的前沿课题,不少学者和土木工程师长期致力于该领域的研究,并取得了一系列有意义的成果[1-6],使得土与结构相互作用理论逐步完善。
