【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑结构地震反应模拟，更具体的说是涉及一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法。
技术介绍
1、地震作为一种破坏性强、预测难度大、影响范围广的自然灾害，在全球范围内造成了严重的人员伤亡和经济损失，如何确保建筑结构的地震安全是结构设计中的关键问题。此外，多次震害观测结果显示，土-结构相互作用会加重建筑结构在地震作用下的损伤程度。在1985年墨西哥7.8级地震中，受软土场地影响，距震中400多公里的墨西哥城约有35％的建筑遭到破坏，300多处建筑完全倒塌。相关研究表明，考虑土-结构相互作用后的结构自振频率改变、基础间散射波相互影响以及支座间位移差等现象会造成结构地震反应发生显著变化，土-结构相互作用对于结构地震反应的影响不容忽视。
2、现有结构地震反应分析中，往往基于经验公式考虑局部场地条件的影响、基于幅值和相位的变化简化考虑地震动行波效应；结构地震反应分析的数值模型往往仅包含结构部分，或利用弹簧和阻尼来简化土体作用。尽管部分方法基于有限元法建立了土-基础-结构整体模型，但这类模型大多将土体视为均匀介质，并截取有限范围的土体来模拟半无限空间区域，需要在土体模型截断处引入人工边界来消除地震波在边界上反射而造成的误差。上述问题使得现有结构地震反应分析方法中难以充分考虑土-结构相互作用影响，结果存在较大的不确定性。
3、间接边界元(indirect boundary element，ibe)法是解决土-结构相互作用问题常用的分析方法，具有严格满足半无限空间辐射条件、求解精度高、问题
4、因此，提出一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，有效提高结构地震反应分析的准确性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，包括以下步骤：
4、建立考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型；
5、基于直接刚度法求解土层自由场响应；
6、基于均布线荷载格林函数和边界连续条件求解基础刚度矩阵；
7、根据土层自由场响应和基础刚度矩阵，求解不考虑基础和大跨度钢结构的基础自由场响应；
8、根据基础和大跨度钢结构的运动方程求解基础散射场响应；
9、将基础自由场响应与基础散射场响应相加，得出地震作用下基础响应；
10、根据大跨度钢结构响应与基础响应间的关系，求解大跨度钢结构柱顶响应，根据大跨度钢结构的运动方程，求解大跨度钢结构跨中响应。
11、上述的方法，可选的，建立考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型包括：
12、入射sh波：从基岩与土层交界面处入射，与x轴呈θ角入射，圆频率为ω；
13、土体模型：水平成层的半空间土体模型包括基岩和上覆土层，基岩剪切波速为βr、质量密度为ρr、阻尼比为ξr，土层厚度为d、剪切波速为βl、质量密度为ρl、阻尼比为ξl；
14、基础模型：两个相同的半圆形刚性基础半径为a、单位长度质量为m0，替换掉的土体单位长度质量为ms；
15、大跨度钢结构模型：包括梁和柱，钢结构自振频率为ωb、阻尼比为ξb、剪切波速为βb；梁简化为欧拉-伯努利梁，跨度为l、单位长度质量为mb；柱高度为h、单根柱的刚度为kb。
16、上述的方法，可选的，考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型的土体与基础、基础与大跨度钢结构柱底均为刚性连接，不产生相对位移。
17、上述的方法，可选的，基于直接刚度法求解土层自由场响应的具体内容为：
18、根据土层自然分层和计算精度需求将土层划分为n个子层，集整自由场总体刚度矩阵[s]；
19、计算sh波入射时各子层交界面的荷载矩阵[q]＝{0,0,…,0,qr}t，qr＝[sr]vsh；
20、根据直接刚度法[q]＝[s][v]求出各子层交界面处的位移[v]＝{v1,v2,…,vn,vn+1}t，则土层中第l层任意点(x,z)的平面外位移和应力为：
21、v(x,z)＝[ashexp(iktlz)+bshexp(-iktlz)]exp(-ikx)exp(iωt) (1)
22、τyz(x,z)＝-iktlgl*[ashexp(iktlz)-bshexp(-iktlz)]exp(-ikx)exp(iωt) (2)
23、其中，vsh为sh波从基岩入射时，基岩面的位移幅值；相应符号加*上标为考虑材料阻尼后的复材料常数；z∈(0,dl)，dl为第l层子层的厚度；ash和bsh由vl，z＝0和vl+1，z＝dl两个位移值求出。
24、上述的方法，可选的，基于均布线荷载格林函数和边界连续条件求解基础刚度矩阵的具体内容为：
25、在sh波激励作用下，基础仅产生平面外位移δ＝{δγ1,δγ2}t，根据场地分层将基础边界γ1、γ2分别离散为2n个单元，当转角很小时，在边界γ1、γ2上的位移u(x,z)分别为：
26、u(x,z)＝[10]{δγ1,δγ2}t＝[ω(x,z)]δ…(x,z)∈γ1 (3)
27、u(x,z)＝[01]{δγ1,δγ2}t＝[ω(x,z)]δ…(x,z)∈γ2 (4)
28、在基础边界γ每个单元上施加列虚拟荷载qj(j＝1,2,…,4n)，设虚拟荷载向量p＝{q1,q2,…,q4n}t，则边界上任意一点的位移和应力为：
29、u(x,z)＝[gu(x,z)]p…(x,z)∈γ (5)
30、t(x,z)＝[gt(x,z)]p…(x,z)∈γ (6)
31、根据位移连续条件可得，基础边界任一点(x,z)位移满足：
32、[gu(x,z)]p＝[ω(x,z)]δ…(x,z)∈γ (7)
33、对于线性体系假设p＝[λ]δ，[λ]表示当基础产生单位位移时边界上施加的虚拟荷载向量，则式(7)为：
34、[gu(x,z)][λ]＝[ω(x,z)]…(x,z)∈γ (8)
35、由此求出矩阵[λ]，将矩阵[λ]代入式(6)得到：
36、t(x,z)＝[gt(x,z)][λ]δ…(x,z)∈γ (9)
37、根据力与应力的关系，作用在基础上的合外力为：
38、f＝∫γ[ω(x,z)]tt(x,本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，建立考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型包括：
3.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型的土体与基础、基础与大跨度钢结构柱底均为刚性连接，不产生相对位移。
4.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，基于直接刚度法求解土层自由场响应的具体内容为：
5.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，基于均布线荷载格林函数和边界连续条件求解基础刚度矩阵的具体内容为：
6.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，根据土层自由场响应和基础刚度矩阵，求解不考虑基础和大跨
7.根据权利要求6所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，根据基础和大跨度钢结构的运动方程求解基础散射场响应的具体内容为：
9.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，将基础自由场响应与基础散射场响应相加，得出地震作用下基础响应的具体内容为：
10.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应IBE模拟方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，其特征在于，建立考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型包括：
3.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，其特征在于，考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应计算模型的土体与基础、基础与大跨度钢结构柱底均为刚性连接，不产生相对位移。
4.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，其特征在于，基于直接刚度法求解土层自由场响应的具体内容为：
5.根据权利要求1所述的一种考虑土-结构相互作用的大跨度钢结构地震反应ibe模拟方法，其特征在于，基于均布线荷载格林函数和边界连续条件求解基础刚度...
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