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三维长周期地震动有限元数值模拟方法

作　者: 罗光财
导　师: 丁海平
学　校: 苏州科技学院
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 地震动显式有限元、位错源近断层数值模拟格林函数
分类号: P315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 27次
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内容摘要

工程结构抗震分析最常用的地震输入是基于概率性地震危险性分析得到的。随着强地震记录的不断完善和震源破裂过程研究的发展,一种考虑震源破裂机制与传播效应的强地震动建模理论与数值计算方法已成为当前一个新的研究方向,并取得较大进展。该方法能够反映震源、传播途径和局部场地条件的影响。在考虑有限断层震源破裂过程进行强地震动数值模拟时,普遍采用的方法是将有限断层置于计算模型内部,利用位错理论将断层错动等价为双力偶,一般来说由于发震断层较深,这种做法的计算模型很庞大。文献[24 ]提出了一种采用显式有限元计算长周期地震动的计算方法(本文简称外源法),三维计算模型的竖直方向只需考虑覆盖土层的厚度及以下一定厚度的岩石,则可以利用移动位错源在全空间辐射的地震波作为入射波施加到计算区域中,此时计算区域相对要小得多,计算量也相对减少。为验证该方法的正确性和计算精度,本文主要进行了如下工作:1推导了文献[24]中采用的移动位错源生成入射波的计算公式,并补充推导了能够考虑断层走向与地表成任意角度的计算公式。2采用该方法模拟了计算区域内部节点的位移数值解,并与相应的全空间解析解进行对比,结果表明,在自由表面反射波到达前,数值解与解析解相同。3比较了有限元数值解和通用软件COMPSYN(采用OLSON等人提出的有限元离散波数法)的计算结果,结果基本一致。4采用该方法进行了一个5.4级地震的地震动数值模拟。最后,对全文的研究工作进行了总结,并讨论了今后进一步的研究工作。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究意义  9-10
  1.2 国内外的研究动态及发展趋势  10-12
  1.3 本文选题背景  12-13
  1.4 本文的篇章结构  13-15
第二章三维地震动有限元数值模拟方法介绍  15-33
  2.1 均匀弹性位错理论  15-20
    2.1.1 均匀弹性全空间位错点源的解析解  15-17
    2.1.2 均匀弹性全空间剪切位错点源的解析解  17-20
  2.2 基于位错理论的有限断层数值模拟方法  20-32
    2.2.1 基于内源的数值模拟方法  20-22
    2.2.2 基于外源的数值模拟方法  22-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章三维地震动有限元数值模拟方法计算精度验证  33-55
  3.1 引言  33
  3.2 位错点源引起的地震动数值模拟及计算精度验证  33-45
    3.2.1 弹性半空间位错点源有限元计算模型  33-36
    3.2.2 弹性半空间位错点源有限元数值模拟方法计算精度验证  36-45
  3.3 有限断层源引起的地震动数值模拟及计算精度验证  45-54
    3.3.1 弹性半空间有限断层计算模型及参数  45-47
    3.3.2 弹性半空间有限断层源有限元数值模拟方法计算精度验证  47-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章基于外源的有限元模拟与 COMPSYN 计算结果对比  55-64
  4.1 引言  55
  4.2 COMPSYN 有限断层数值模拟的基本原理  55-56
  4.3 COMPSYN 有限断层数值模拟的计算模型  56-58
    4.3.1 COMPSYN 中位错点源模型  56-57
    4.3.2 COMPSYN 中有限断层模型  57-58
  4.4 点源COMPSYN 解与有限元解比较  58
  4.5 有限断层COMPSYN 解与有限元解比较  58-59
  4.6 弹性半空间有限断层算例  59-63
  4.7 本章小结  63-64
第五章有限断层地震动场分析与讨论  64-74
  5.1 均匀弹性全空间位错点源地震动场分析与讨论  64-68
  5.2 均匀弹性全空间有限断层地震动分析与讨论  68-72
  5.3 本章小结  72-74
第六章结语  74-76
  6.1 总结  74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
作者简介  80
攻读硕士学位期间主要参与的课题  80
攻读硕士期间发表的论文  80

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