梯形山體的地形效應模型研究.pdf

1、大量的國內(nèi)外震害經(jīng)驗和研究資料表明，地形效應對地震動特性有重要影響，局部地形如地表凸起和小山包頂部的震害更加嚴重。地形效應是場地效應研究的一個重要方面，合理的地形效應模型可以為修正設計反應譜提供一個重要的科學依據(jù)。
　　研究地形效應的方法主要有三種:(1)通過分析地形效應強震記錄的經(jīng)驗觀測法;(2)通過建立簡化的地形模型來研究地形效應的解析法;(3)數(shù)值模擬法。經(jīng)驗觀測法需要大量包含地形效應的強震記錄，而對大部分地區(qū)，沒有那么多有

2、用的強震記錄以供研究。解析法一般都是給出頻域內(nèi)的解析解，不能直接用于工程設計。
　　在多數(shù)抗震設計規(guī)范中，用阻尼比為5％的設計反應譜來確定結(jié)構(gòu)地震設計荷載，該反應譜是一條平滑過的在譜周期上連續(xù)的分段函數(shù)。規(guī)范的設計反應譜是根據(jù)多條地震反應譜由統(tǒng)計的方法取平均或取包絡并通過人為調(diào)整最終得到的，盡管導出設計反應譜的這些地震記錄可能來源于某些陡峭的地形，但最終的設計反應譜是平坦場地的設計譜，是不包括任何地形效應的。通常，在山坡或山頂設計

3、結(jié)構(gòu)時，是忽略地形效應的影響的，但對建于陡峭地形上的建筑物，這種設計方法是不合理的。
　　在本論文中，采用數(shù)值模擬方法，針對梯形山體地形，給定一系列基巖記錄輸入，得到有地形效應影響的加速度時程，然后根據(jù)這些加速度時程對于相應一維自由場的反應譜放大比，建立一個經(jīng)驗模型。這個反應譜放大比的經(jīng)驗模型可以用來修正巖石場地的設計反應譜，用修正后的設計反應譜可以為在包含地形效應的場地上進行抗震設計提供依據(jù)。
　　在論文中，建立了一個中小

4、型的梯形山體地形。對于多數(shù)山體來說，地形效應具有方向性，橫斷面方向比山體走向方向的放大效應更顯著。因此，可以建立二維平面應變模型來模擬，這樣可以提高計算效率，大大減少建立模型的工作量。二維模型采用梯形截面，截面形狀三個參數(shù)就可以確定，并假設整個計算過程在彈性范圍內(nèi)。
　　已知對于一個彈性模型，反應譜放大比還受輸入地震記錄的頻率成分影響，例如，對于同一個模型，輸入不同頻率成分的兩條基巖記錄，得到的反應譜放大比可能會相差很大。為了考慮

5、這種因素的影響，以便回歸的模型能夠適用于不同的地震情況，選擇了大量的實測基巖記錄，這些地震記錄有不同的震級、震源距和構(gòu)造類型。而且，代表地震記錄頻率成分的兩個主要參數(shù)（地震震級和震源距）也加入到回歸方程中。
　　本文利用有限元計算程序ABAQUS進行一條強震記錄下的模型計算，然后引入傳遞函數(shù)方法提高計算效率。主要研究步驟如下:
　　(1)首先建立了65個有限元模型及其對應的一維自由場模型，每個模型沿山坡設置11個監(jiān)測點，計算

6、65個模型在473條實測基巖記錄水平分量下的動力響應。這樣最終得到了每個譜周期下（共36個譜周期）的338195組（473條地震記錄×65個模型×11個監(jiān)測點）反應譜放大比數(shù)據(jù)。
　　(2)采用隨機效應模型，篩選出回歸模型參數(shù)，并且每個參數(shù)經(jīng)過統(tǒng)計檢驗都是顯著的。采用隨機效應方法，把殘差分為兩部分:模型間殘差和模型內(nèi)殘差，這樣模型參數(shù)和地震參數(shù)之間的權(quán)衡效應可以最小化。
　　(3)采用逐個平滑模型參數(shù)的方法來平滑各個參數(shù)關(guān)于