第36卷第12期 北京科技大学学报 Vol.36 No.12 2014年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2014 结构一土一结构体系动力特性的模型实验 潘旦光⑧，高莉莉，靳国豪，李小翠 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:pdg@usth.cdu.cn 摘要为研究邻近结构对土一结构体系动力特性的影响，基于弹性相似律，制作了框架结构在刚性基础(R)、单一结构土一 结构相互作用(SS)和结构-土结构相互作用(SS$)的缩尺模型.采用脉冲激励方法识别出三个模型的频率、模态和阻尼比， 并与原型有限元计算结果相比较.实验和数值计算结果表明：相应于SI体系的模态，SSS体系的模态成对出现，两阶模态的 频率接近而相位相反，且S体系相应模态的频率位于这两阶频率之间：由于相邻结构的影响，SS$I体系基础的竖向位移和倾 覆转角进一步加强. 关键词建筑结构：土：相互作用：动力特性：模型实验；弹性：相似模型研究 分类号TU317.1:TU311.3 Model test of the dynamic characteristics of a structure-soil-structure system PAN Dan-guang,GAO Li-i,JIN Guo-hao,LI Xiao-cui School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:pdg@ustb.edu.en ABSTRACT Based on the elasticity similitude law,three scaled models,including a frame structure with rigid foundation (RF), soil-structure interaction (SSI)with only one structure and structure-soil-structure interaction (SSSI),were constructed to investigate the effects of neighborhood structures on the dynamic characteristics of the soil-structure system.Then,the impulse excitation method was used to identify the frequencies,mode shapes,and damping ratios of the three models.All of the identified parameters were com- pared with those of prototypes by the finite element method.Test and numerical results show that there are two natural modes of SSSI, whose frequencies are close but phases are opposite corresponding to each mode of SSI.Moreover,the natural frequency of SSI will be in the interval of the corresponding two frequencies of SSSI.The vertical and rocking displacements increase in the SSSI system due to the effects of neighborhood structures.The scale factors of frequencies between prototypes and models agree with the similitude law KEY WORDS building structures:soil:interaction:dynamic characteristics:model test;elasticity:similitude modeling study 建筑结构必然是修建在一定的场地之上的，当 问题 上部结构刚度大而地基土层的刚度小时，结构与土 Luco和Contesse首先研究了SH波入射下两 体之间就会存在明显的相互作用·习.随着核电站、 个结构动力相互作用对结构动力反应的影响. 海洋平台和超高层建筑的兴建，推动了土一结构相 Wolr圆对反应堆建筑、反应堆辅助室和燃料处理室 互作用理论的发展.在城市中，随着建设用地日趋 组合结构进行地震反应分析.计算结果表明，在地 紧张，建筑形式向高层建筑发展，且密度愈来愈大 震激励下，由于耦合效应的存在，反应堆的位移、加 因此，高层建筑通过地基对相邻建筑的影响是必然 速度和基底剪力都有明显的增大.Karabalis和Mo- 存在的，即存在结构一土一结构动力相互作用的 hammadi回采用边界元法研究了层状黏弹性土层上 收稿日期：2013-10-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078032) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.12.020:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 12 期 2014 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 12 Dec． 2014 结构--土--结构体系动力特性的模型实验 潘旦光，高莉莉，靳国豪，李小翠 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: pdg@ ustb． edu． cn 摘 要 为研究邻近结构对土--结构体系动力特性的影响，基于弹性相似律，制作了框架结构在刚性基础( ＲF) 、单一结构土-- 结构相互作用( SSI) 和结构--土--结构相互作用( SSSI) 的缩尺模型． 采用脉冲激励方法识别出三个模型的频率、模态和阻尼比， 并与原型有限元计算结果相比较． 实验和数值计算结果表明: 相应于 SSI 体系的模态，SSSI 体系的模态成对出现，两阶模态的 频率接近而相位相反，且 SSI 体系相应模态的频率位于这两阶频率之间; 由于相邻结构的影响，SSSI 体系基础的竖向位移和倾 覆转角进一步加强． 关键词 建筑结构; 土; 相互作用; 动力特性; 模型实验; 弹性; 相似模型研究 分类号 TU 317 + . 1; TU 311. 3 Model test of the dynamic characteristics of a structure--soil--structure system PAN Dan-guang ，GAO Li-li，JIN Guo-hao，LI Xiao-cui School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: pdg@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Based on the elasticity similitude law，three scaled models，including a frame structure with rigid foundation ( ＲF) ， soil--structure interaction ( SSI) with only one structure and structure--soil--structure interaction ( SSSI) ，were constructed to investigate the effects of neighborhood structures on the dynamic characteristics of the soil--structure system． Then，the impulse excitation method was used to identify the frequencies，mode shapes，and damping ratios of the three models． All of the identified parameters were com￾pared with those of prototypes by the finite element method． Test and numerical results show that there are two natural modes of SSSI， whose frequencies are close but phases are opposite corresponding to each mode of SSI． Moreover，the natural frequency of SSI will be in the interval of the corresponding two frequencies of SSSI． The vertical and rocking displacements increase in the SSSI system due to the effects of neighborhood structures． The scale factors of frequencies between prototypes and models agree with the similitude law． KEY WOＲDS building structures; soil; interaction; dynamic characteristics; model test; elasticity; similitude modeling study 收稿日期: 2013--10--22 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51078032) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 12． 020; http: / /journals． ustb． edu． cn 建筑结构必然是修建在一定的场地之上的，当 上部结构刚度大而地基土层的刚度小时，结构与土 体之间就会存在明显的相互作用［1--3］． 随着核电站、 海洋平台和超高层建筑的兴建，推动了土--结构相 互作用理论的发展． 在城市中，随着建设用地日趋 紧张，建筑形式向高层建筑发展，且密度愈来愈大． 因此，高层建筑通过地基对相邻建筑的影响是必然 存 在 的，即 存 在 结 构--土--结构动力相互作用的 问题［4--6］． Luco 和 Contesse［7］首先研究了 SH 波入射下两 个结构动力相互作用对结构动力反应的影响． Wolf［8］对反应堆建筑、反应堆辅助室和燃料处理室 组合结构进行地震反应分析． 计算结果表明，在地 震激励下，由于耦合效应的存在，反应堆的位移、加 速度和基底剪力都有明显的增大． Karabalis 和 Mo￾hammadi［9］采用边界元法研究了层状黏弹性土层上