王國(guó)波，王 垚，孫富學(xué)，鄭年文

（1.溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 溫州 325035；2.武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

引言

地震學(xué)家很早就知道不能將地震測(cè)量?jī)x器安裝在樹(shù)的附近，以避免測(cè)量出現(xiàn)較大誤差，這是由于地震時(shí)樹(shù)的晃動(dòng)會(huì)影響周圍土體，從而影響測(cè)量?jī)x器的工作［1］。因此地震時(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)土體響應(yīng)影響范圍和程度的研究一直廣受關(guān)注［2－3］。對(duì)于單一地表結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土的影響，歐洲學(xué)者在Volvi進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明［4－5］：在距離結(jié)構(gòu)2 倍和10 倍結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)寬度處的地表響應(yīng)分別是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處的20%和5%，由此可見(jiàn)單一地表結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土地震動(dòng)特性的影響不容忽視。對(duì)于多個(gè)地表結(jié)構(gòu)，相鄰結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)顯著影響鄰近結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地土的地震響應(yīng)［6－8］?；趫?chǎng)地-城市相互作用（SCI：Site-City Interaction）的分析表明：地表密集結(jié)構(gòu)群作為“二次震源”一方面反射更多的地震動(dòng)能量到地基土中，改變淺層土體的動(dòng)力響應(yīng)，從而影響相鄰結(jié)構(gòu)（地表結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)）的響應(yīng)，同時(shí)也顯著增加地面運(yùn)動(dòng)的非一致特性［9－12］。綜上可見(jiàn)：無(wú)論是單一地表結(jié)構(gòu)和多個(gè)地表結(jié)構(gòu)，還是地表密集結(jié)構(gòu)群，地表結(jié)構(gòu)（群）對(duì)場(chǎng)地土以及自身地震響應(yīng)的影響均不容忽視。然而，國(guó)內(nèi)外抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中地震動(dòng)參數(shù)均沒(méi)有考慮地表結(jié)構(gòu)（群）的影響，只是將地表結(jié)構(gòu)視作地震時(shí)的受害體，而忽視了其在地震中所扮演的角色。因此需定量化地表結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土的影響范圍和程度。

單一地表結(jié)構(gòu)在地震時(shí)自身的響應(yīng)及其對(duì)鄰近場(chǎng)地土的影響是多個(gè)地表結(jié)構(gòu)、乃至密集地表結(jié)構(gòu)群地震響應(yīng)分析的基礎(chǔ)。而單一地表結(jié)構(gòu)自身地震響應(yīng)受其自身特性（剛度和基礎(chǔ)類型等）、場(chǎng)地土參數(shù)以及地振動(dòng)特性的影響?？紤]到現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)一般都帶有地下室，對(duì)于單層地下室，可考慮為真實(shí)的地下室或整體箱型基礎(chǔ)。為此，本文以較為常見(jiàn)的獨(dú)立基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)兩種不同基礎(chǔ)類型的地表框架結(jié)構(gòu)為代表，利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)探究不同地震動(dòng)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)自身以及結(jié)構(gòu)對(duì)周圍土體地震響應(yīng)的影響，為后續(xù)進(jìn)一步探討實(shí)際多層地下室對(duì)鄰近地表結(jié)構(gòu)以及場(chǎng)地-城市效應(yīng)的研究提供基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該次試驗(yàn)結(jié)構(gòu)采用6層雙向單跨混凝土框架結(jié)構(gòu)，兩個(gè)地表框架結(jié)構(gòu)完全一致，區(qū)別僅在于基礎(chǔ)型式：柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和整體箱型基礎(chǔ)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)為縱向和橫向單跨結(jié)構(gòu)，跨度均為6 m，層高3 m，其中方形獨(dú)立基礎(chǔ)寬3 m，高度0.6 m，柱子截面尺寸為400 mm×400 mm；整體箱型基礎(chǔ)高4 m，底板厚為500 mm，頂板厚為300 mm，外墻厚為400 mm。對(duì)于箱型基礎(chǔ)，埋設(shè)時(shí)使其頂面與地表平齊，而對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ)，也使基礎(chǔ)頂面與地表平齊，以免結(jié)構(gòu)發(fā)生滑移。

考慮到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸于承載能力等因素，此次幾何相似比選為1/30，加速度相似比選為2。結(jié)構(gòu)模型采用微粒混凝土制作，對(duì)不同配比下的微粒混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，選用質(zhì)量比為水泥：細(xì)骨料：粗骨料：減水劑：水=1：2.5：2.5：0.014：0.686 時(shí)彈性模量為15 GPa，對(duì)于原型結(jié)構(gòu)C40 混凝土彈性模量為32.5 GPa，則彈性模量相似比為0.462。根據(jù)Bukingham 定理，以長(zhǎng)度、彈性模量和加速度為基本物理量，再根據(jù)相似條件間的關(guān)系可以初步確定其他相似關(guān)系。模型體系各物理量的相似系數(shù)及其相似關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)相似系數(shù)Table 1 Test similarity coefficient

梁柱構(gòu)件的縱筋及箍筋采用鍍鋅鐵絲模擬，樓板中的鋼筋采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)模擬如圖1（a）所示，結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖1（b）和圖1（c）所示。計(jì)算模型配重時(shí)，先由原型結(jié)構(gòu)質(zhì)量按相似常數(shù)計(jì)算得到模型的理論所需質(zhì)量，減去模型自重所產(chǎn)生的質(zhì)量，即得到模型對(duì)應(yīng)樓層所需配重。經(jīng)計(jì)算共需配重47.25 Kg，平均每層樓板配重7.875 Kg，每層采用兩塊長(zhǎng)寬高尺寸為24 cm×13 cm×1.6 cm 的鐵板，質(zhì)量約為7.8 Kg。在樓板四個(gè)角部放橡皮泥，在將配重塊放在樓板上，使得配重塊與樓板之間有一定間隙，減小配重塊對(duì)樓板剛度的影響，然后用透明膠帶把配重鐵塊與樓板粘貼在一起如圖2（a）所示。為避免加速度傳感器黏貼在配重鐵板上影響測(cè)試結(jié)果，將傳感器布置在各樓板板底如圖2（b）所示，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖1 地表框架結(jié)構(gòu)模型示意圖（單位：m）Fig.1 Surface frame structure model diagram（Unit：m）

圖2 配重塊放置及加速度傳感器安裝Fig.2 Placement of counterweight block and installation of acceleration sensor

土體為北京地區(qū)原狀黏土，采用環(huán)刀法測(cè)得土樣的密度為1 850 kg/m3，在填裝時(shí)通過(guò)分層壓實(shí)，使模型土的密度盡可能與原狀土密度接近，因?yàn)榧羟胁ㄋ倥c壓實(shí)程度直接相關(guān)，剪切波速和密度可直接確定土體剪切模量，而剪切模量體現(xiàn)了土體的剛度，也即控制土-結(jié)構(gòu)剛度比。利用彎曲元在填裝好的模型土內(nèi)測(cè)得模型土的剪切波速為56 m/s，假定泊松比為0.4。

該試驗(yàn)在北京工業(yè)大學(xué)9 子臺(tái)地震振動(dòng)臺(tái)臺(tái)陣系統(tǒng)上進(jìn)行，試驗(yàn)采用的模型箱為課題組設(shè)計(jì)的可考慮非一致地震動(dòng)輸入的多節(jié)段振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖洌彩褂? 個(gè)子臺(tái)，基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件，橫向臺(tái)間距為1.19 m，縱向臺(tái)間距為1.5 m，振動(dòng)臺(tái)布置如圖3（a）所示，具體尺寸如圖3（b）所示。由于該試驗(yàn)不考慮行波效應(yīng)，在底部和兩側(cè)施加約束使得模型箱成為一個(gè)整體。模型箱內(nèi)部?jī)舫叽鐬?.8 m×2.8 m×1.1 m，模型箱內(nèi)部設(shè)置厚度0.15 m 的泡沫板，土體尺寸為3.5 m×2.5 m×1 m。模型箱實(shí)物圖如圖3（c）所示，圖3（d）為試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案

主要監(jiān)測(cè)土體加速度響應(yīng)，土體加速度測(cè)點(diǎn)包括土體表面沿縱向（B1～B11）、土體表面沿橫向（BX1～BX8）和埋入土體（DY1～DY3和ZY1～ZY3）。

框架結(jié)構(gòu)主要監(jiān)測(cè)其加速度和位移，先在框架結(jié)構(gòu)每層樓板布置測(cè)點(diǎn)（A1～A5），在頂層布置A6和A7，分別監(jiān)測(cè)頂層水平和豎向加速度。對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ)，則在一個(gè)基礎(chǔ)上布置A8和A9，而對(duì)于整體箱型基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)，則在整體基礎(chǔ)頂板上布置A8和A9，分別監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)或底層的水平和豎向加速度響應(yīng)。共設(shè)置四個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用激光位移計(jì)，其中：Y1 和Y2 為頂層水平位移測(cè)點(diǎn)，Y3 和Y4 為基礎(chǔ)豎向位移測(cè)點(diǎn)，但對(duì)于箱型基礎(chǔ)，不便測(cè)量其豎向位移，故圖6（b）中沒(méi)有Y3 和Y4。自由場(chǎng)、獨(dú)立基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)框架的測(cè)點(diǎn)布置分別如圖4－6所示。規(guī)定長(zhǎng)邊（3.5 m）方向?yàn)榭v向（y向），短邊（2.5 m）方向?yàn)闄M向（x向），深度方向?yàn)樨Q向（z向）。

圖4 自由場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.4 Layout diagram of measuring points for free field test

圖6 箱型基礎(chǔ)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.6 Layout diagram of measuring points for box foundation test

1.3 加載制度

該次試驗(yàn)分別輸入正弦波、ElCentro 波（代號(hào)EL）、北嶺波（代號(hào)NR）和北京人工波（代號(hào)BJ）。其中正弦波主要用于考察邊界效應(yīng)，EL 波為經(jīng)典波，NR 波為脈沖波，另外土體取自北京因此也選用了北京人工波。考慮沿縱向（y 向）單向輸入，即沿模型箱長(zhǎng)邊向輸入如圖4（a）所示，加載工況表見(jiàn)表2。其中正弦波主要用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ拖溥吔鐥l件，ElCentro波則為經(jīng)典波，北嶺波為脈沖型波，土體取自北京地區(qū)，因此增選了北京人工波。除正弦波外的輸入波時(shí)程曲線如圖7所示。

表2 試驗(yàn)工況表Table 2 Test case table

圖7 輸入波時(shí)程及其頻譜曲線Fig.7 Time history and spectrum curves of input waves

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 模型結(jié)構(gòu)基頻測(cè)試

通過(guò)敲擊使結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)，采用半功率法分析固有頻率［13］。在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上壓上重鐵塊，以達(dá)到固定結(jié)構(gòu)底部的目的，如圖8 所示。以柱下獨(dú)立基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)模型為例，測(cè)點(diǎn)A1和A6加速度時(shí)程及頻譜曲線如圖9 所示。獨(dú)立基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)模型基頻分別為10.05 Hz 和12.82 Hz。

圖8 結(jié)構(gòu)基頻測(cè)試Fig.8 Structure fundamental frequency test

圖9 獨(dú)立基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)水平加速度時(shí)程及其頻譜曲線Fig.9 Top-level acceleration time history and its spectrum curve of independent foundation frame structure

以獨(dú)立基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)為例，采用ABAQUS 軟件建立模型結(jié)構(gòu)和原型結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì)算得到的基頻分別為12.95 Hz 和1.66 Hz，二者的比值為7.80，與表1 中設(shè)計(jì)的頻率相似比7.74 基本吻合，表明數(shù)值模型是合理的。另外，模型結(jié)構(gòu)基頻的實(shí)測(cè)值10.05 Hz 低于計(jì)算值12.95 Hz，表明實(shí)際制作的結(jié)構(gòu)模型剛度偏低，其原因在于采用微?；炷林谱髂Ｐ徒Y(jié)構(gòu)時(shí)，柱子截面尺寸太小（400/30=13.3 mm），導(dǎo)致微?；炷林械拇止橇想y以填入，因此工人師傅在制作模型結(jié)構(gòu)時(shí)剔除了澆筑柱子的微?；炷林休^大粗骨料，導(dǎo)致柱子混凝土強(qiáng)度偏低。這也體現(xiàn)了微?；炷猎谥谱鹘Y(jié)構(gòu)模型時(shí)的局限性：會(huì)導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)澆筑困難，以及尺寸較小導(dǎo)致澆筑后的材料各向異性。盡管有不足，但相對(duì)于有機(jī)玻璃這類均質(zhì)和脆性材料而言，微?；炷猎诜从辰Y(jié)構(gòu)塑性變形等方面有其優(yōu)勢(shì)。

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象

0.2 g 正弦波輸入時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)最為顯著，以該工況為例，可觀察到獨(dú)立基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)發(fā)生了基礎(chǔ)提離的搖擺現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多次震動(dòng)以及基礎(chǔ)對(duì)模型土的提離沖擊后，基礎(chǔ)附近局部土體發(fā)生較大變形和開(kāi)裂，震后基礎(chǔ)四周土體有明顯的松散，基礎(chǔ)附近土體變形情況如圖10（a）所示。而整體基礎(chǔ)由于有一定埋深，其提離晃動(dòng)效應(yīng)相對(duì)較弱，其四周土體變形相對(duì)較小圖10（b）所示。

圖10 震后基礎(chǔ)附近土體變形情況Fig.10 Deformation of soil near foundation after earthquake

2.3 邊界效應(yīng)分析

分析正弦激勵(lì)下自由場(chǎng)工況時(shí)地表加速度幅值可初步確定模型箱的邊界效應(yīng)。自由場(chǎng)縱向和橫向地表各測(cè)點(diǎn)加速度幅值變化分別如圖11所示。

圖11 自由場(chǎng)地表加速度幅值變化曲線Fig.11 Acceleration amplitude variation curves at soil surface in free field test

由圖11可得：

（1）對(duì)于縱向，不論是幅值0.1 g 還是幅值0.2 g 正弦波輸入下，加速度幅值都呈兩邊大中間小的變化趨勢(shì)，但總體來(lái)說(shuō)幅值的變化較小，最大與最小加速度幅值之比約為1.28，表明縱向邊界效應(yīng)的影響較小。

（2）對(duì)于橫向，加速度幅值同樣呈兩邊大中間小的變化趨勢(shì)，最大與最小加速度幅值之比在1.13 左右，可見(jiàn)橫向邊界效應(yīng)的影響也較小。

可見(jiàn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖涞倪吔缧?yīng)影響相對(duì)較小，該次試驗(yàn)在模型箱正中間放置一個(gè)長(zhǎng)寬均為0.2 m 的框架結(jié)構(gòu)模型，遠(yuǎn)離受邊界影響的區(qū)域。

2.4 土體響應(yīng)分析

下面對(duì)比分析自由場(chǎng)（無(wú)任何結(jié)構(gòu)）、獨(dú)立基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)三種情況下土體表面沿縱向、橫向及深度方向的加速度響應(yīng)，以分析地表結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)類型對(duì)周圍場(chǎng)地土地震響應(yīng)的影響程度和范圍。

2.4.1 結(jié)構(gòu)對(duì)地表縱向加速度響應(yīng)影響

圖12為不同幅值、不同地震波作用下有地表結(jié)構(gòu)時(shí)地表加速度響應(yīng)幅值與對(duì)應(yīng)工況自由場(chǎng)加速度幅值比值沿縱向的變化曲線，比值為1.0的虛線表示與對(duì)應(yīng)自由場(chǎng)響應(yīng)一致。

由圖12可見(jiàn)：

圖12 地表加速度峰值沿縱向變化曲線Fig.12 Changing curves of peak ground acceleration along longitudinal direction

（1）對(duì)于EL 波，在地震動(dòng)幅值較?。?.2 g）時(shí)，在0～0.9 m，及3B（B為結(jié)構(gòu)跨度）的范圍內(nèi)放大了地表響應(yīng)，最大幅度達(dá)1.4倍，即放大了40%，而在0.6 m（2B）范圍內(nèi)，箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響更大，在0.6 m（2B）之外，二者的影響趨于一致，體現(xiàn)了地表結(jié)構(gòu)作為“二次震源”將地震動(dòng)再次反射回土體內(nèi)。對(duì)于地震動(dòng)幅值較大（0.4 g）時(shí)，獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型降低了地表響應(yīng)，而在0.9 m（3B）范圍內(nèi)箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仍放大了地表響應(yīng)，放大幅度仍高達(dá)1.2，其原因在于地震動(dòng)較大時(shí)，土體非線性耗散了部分能量，而箱型基礎(chǔ)由于有一定埋深，土體對(duì)其束縛相對(duì)較強(qiáng)，且同時(shí)存在4個(gè)側(cè)面和1個(gè)底面將更多地震波反射回土體，因而其影響更大。

（2）北嶺波是一種脈沖型波，在其激勵(lì)下地表結(jié)構(gòu)對(duì)地表響應(yīng)的影響相對(duì)較小，但在0.2 g和0.4 g時(shí)的放大系數(shù)依然分別達(dá)到了1.18 和1.25，其影響范圍分別為地震動(dòng)幅值較小的0.3 m（1B）和地震動(dòng)幅值較大的0.9 m（3B）。

（3）北京人工波具有與北嶺波類似的特性，只不過(guò)其影響范圍在不同幅值下均達(dá)到了0.9 m（3B）左右。

上述分析表明：地表結(jié)構(gòu)的存在總體上是放大了地表加速度響應(yīng)，放大最大幅度達(dá)到了40%，影響范圍到達(dá)了3倍的結(jié)構(gòu)跨度，且具有一定埋深的箱型基礎(chǔ)的影響大于淺埋獨(dú)立基礎(chǔ)。由此可見(jiàn)：地表結(jié)構(gòu)的存在對(duì)場(chǎng)地土的影響不容忽視。

2.4.2 結(jié)構(gòu)對(duì)地表橫向加速度響應(yīng)影響

圖13為不同幅值、不同地震波作用下有地表結(jié)構(gòu)時(shí)地表加速度響應(yīng)幅值與對(duì)應(yīng)工況自由場(chǎng)加速度幅值比值沿橫向的變化曲線。由圖12可見(jiàn)：除個(gè)別工況外，地表結(jié)構(gòu)的存在依然是放大地表加速度響應(yīng)，最大放大幅度也達(dá)到了40%，其影響范圍約0.75 m（2.5B），且箱型基礎(chǔ)的影響更大。

圖13 地表加速度峰值沿橫向變化曲線Fig.13 Changing curves of peak ground acceleration along horizontal direction

2.4.3 結(jié)構(gòu)對(duì)土體深度方向加速度響應(yīng)影響

以測(cè)點(diǎn)圖（圖5－6）中間箱子的加速度測(cè)點(diǎn)為例，定義不同深度處測(cè)點(diǎn)加速度幅值與臺(tái)面測(cè)點(diǎn)加速度幅值之比為加速度幅值比，圖14為各工況加速度幅值比沿深度的變化曲線。由圖14可見(jiàn)：

圖5 獨(dú)立基礎(chǔ)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.5 Layout diagram of measuring points for independent foundation test

圖14 土體加速度峰值沿深度的變化曲線Fig.14 Changing curves of peak ground acceleration along soil depth

（1）不同地震波時(shí)沿深度的變化雖略有差異，但總體上土體響應(yīng)仍是被放大了，這一軟土地層放大地震動(dòng)是一致的。

（2）相比較而言，箱型基礎(chǔ)由于有一定的埋深，距離測(cè)點(diǎn)的距離更近，箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土響應(yīng)沿深度方向的影響更大，在地震動(dòng)幅值相對(duì)較?。?.2 g）時(shí)兩種基礎(chǔ)的影響差異相對(duì)較?。?%），但在地震動(dòng)幅值較大（0.4 g）時(shí)，不同基礎(chǔ)對(duì)土體加速度幅值響應(yīng)的影響差異可達(dá)20%。

2.5 結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

一定埋深整體基礎(chǔ)的存在改變了土體對(duì)結(jié)構(gòu)的約束狀態(tài)，從而影響結(jié)構(gòu)自身的地震響應(yīng)規(guī)律，為此本節(jié)對(duì)比分析不同基礎(chǔ)類型時(shí)地表框架結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，包括加速度和變形。

2.5.1 結(jié)構(gòu)水平加速度分析

不同地震波類型和幅值時(shí)兩種基礎(chǔ)類型結(jié)構(gòu)加速度幅值沿其高度變化曲線如圖15所示，由圖15可見(jiàn)：

圖15 不同工況下結(jié)構(gòu)水平加速度幅值沿高度變化曲線Fig.15 Curves of horizontal acceleration amplitude along structure height under different working conditions

（1）由于土體對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)的約束相對(duì)較弱，導(dǎo)致獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)總體上大于箱型基礎(chǔ)的。

（2）但對(duì)于結(jié)構(gòu)頂層加速度響應(yīng)，除幅值較小的正弦波（0.1 g）和幅值較大BJ波（0.4 g）外，箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型頂層的水平加速度要大于獨(dú)立基礎(chǔ)的，原因在于此時(shí)土體對(duì)箱型基礎(chǔ)的嵌固端約束較大，導(dǎo)致箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的鞭梢效應(yīng)相對(duì)更顯著。體現(xiàn)了土體對(duì)基礎(chǔ)以及結(jié)構(gòu)的約束效應(yīng)隨基礎(chǔ)的不同而改變。

（3）正弦波由于連續(xù)、同幅值的激勵(lì)作用于結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致此時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大，試驗(yàn)中也明顯觀察到0.2 g正弦波作用時(shí)獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)與地基土發(fā)生了顯著的分離（基礎(chǔ)提離效應(yīng)），這也是未進(jìn)行0.4 g正弦波試驗(yàn)工況的原因。

以0.2 g EL 波為例，結(jié)構(gòu)頂層和基礎(chǔ)頂面處測(cè)點(diǎn)水平加速度時(shí)程及頻譜曲線如圖16－17 所示。由圖可見(jiàn)：基礎(chǔ)類型對(duì)結(jié)構(gòu)水平加速度響應(yīng)的影響主要在于幅值，而對(duì)于頻譜特性的影響相對(duì)較小，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)頂層的低頻成分稍有差異，主要原因是不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的基頻稍有差異（獨(dú)立基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的基頻分別為10.05 Hz和12.82 Hz）。

圖16 結(jié)構(gòu)頂層水平加速度及其頻譜曲線對(duì)比Fig.16 Comparison of horizontal acceleration time history and their spectrum curves at structure top layer

圖17 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)水平加速度及其頻譜曲線對(duì)比Fig.17 Comparison of horizontal acceleration time history and their spectrum curves at structure foundation

2.5.2 結(jié)構(gòu)豎向加速度分析

試驗(yàn)中僅監(jiān)測(cè)了結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)和頂層的豎向加速度。仍以0.2 g EL 波為例，結(jié)構(gòu)頂層和基礎(chǔ)頂面處測(cè)點(diǎn)豎向加速度時(shí)程及頻譜曲線如圖18－19所示。

圖18 結(jié)構(gòu)頂層豎向加速度及其頻譜曲線對(duì)比Fig.18 Comparison of vertical acceleration time history and their spectrum curves at structure top layer

圖19 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)水平加速度及其頻譜曲線對(duì)比Fig.19 Comparison of vertical acceleration time history and their spectrum curves at structure foundation

由圖可見(jiàn)不同的基礎(chǔ)對(duì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處的豎向加速度響應(yīng)影響十分顯著，既包括幅值也包括頻率成分。主要原因在于土體對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的約束較弱，其在地震時(shí)的左右搖擺晃動(dòng)顯著，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和土體表面之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，甚至分離和再基礎(chǔ)（基礎(chǔ)提離現(xiàn)象），從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)幅值較大，且相互作用引起的高頻成分豐富。

2.5.3 結(jié)構(gòu)水平位移

由于監(jiān)測(cè)困難，該次試驗(yàn)僅監(jiān)測(cè)了獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的頂層水平位移、基礎(chǔ)豎向位移以及整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的頂層水平位移。為對(duì)比分析，這里僅能給出結(jié)構(gòu)頂層水平位移的對(duì)比分析。不同工況下結(jié)構(gòu)頂層水平位移時(shí)程曲線如圖20所示。由圖可見(jiàn)：整體而言，箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂層的水平位移要大于獨(dú)立基礎(chǔ)的，其原因主要是箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受土體約束較大，這與前面的加速度分析相一致。

圖20 不同工況下結(jié)構(gòu)頂層水平位移時(shí)程曲線對(duì)比Fig.20 Comparison of time history curves of horizontal displacement at structure top layer under different working conditions

3 結(jié)論

本文通過(guò)試驗(yàn)的方法研究了不同基礎(chǔ)類型的框架結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土及其自身響應(yīng)的差異，對(duì)比分析表明：

（1）結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土響應(yīng)影響方面：地表結(jié)構(gòu)的存在總體上是放大了地表加速度響應(yīng)，放大幅度最大達(dá)到了40%，影響范圍到達(dá)了3倍的結(jié)構(gòu)跨度，且具有一定埋深的箱型基礎(chǔ)的影響大于淺埋獨(dú)立基礎(chǔ)。

（2）結(jié)構(gòu)自身響應(yīng)方面：

①由于土體對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)的約束相對(duì)較弱，導(dǎo)致獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)總體上大于箱型基礎(chǔ)的。

②但對(duì)于結(jié)構(gòu)頂層響應(yīng)，土體對(duì)箱型基礎(chǔ)的嵌固端約束較大，導(dǎo)致箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的鞭梢效應(yīng)相對(duì)更顯著，因此箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂層的響應(yīng)要大于獨(dú)立基礎(chǔ)的。

③由于獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的搖擺效應(yīng)，導(dǎo)致基礎(chǔ)類型對(duì)結(jié)構(gòu)水平加速度響應(yīng)的影響主要在于幅值，對(duì)頻譜特性的影響相對(duì)較小；但對(duì)于基礎(chǔ)豎向加速度幅值和頻譜成分的影響十分顯著。

（3）地震波類型對(duì)不同基礎(chǔ)類型的結(jié)構(gòu)響應(yīng)也有十分顯著的影響，其中脈沖型NR波的作用值得關(guān)注。

本文僅基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析了不同基礎(chǔ)類型的地表結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地土及其自身地震響應(yīng)的差異，尚需基于數(shù)值方法進(jìn)行一定的參數(shù)分析，以期得到更一般的結(jié)論。