新论文 | 复杂地形下场地-城市效应的振动台试验和数值模拟

DOI：https://doi.org/10.1080/13632469.2022.2074921

场地-城市效应 (Site-City Interaction effect, 简称SCI effect) 主要指城市建筑群与所在场地在地震作用下产生的相互作用，可以不严谨地理解为土体-结构相互作用 (SSI) 的超大版。

场地-城市效应不只包含了土体-结构相互作用，还要考虑建筑之间通过土体的相互作用 (SSSI)， 还有地形效应 (SE) 等因素。

先说说传统的方法如何进行城市尺度的震害分析，概括起来分为两大类：

(1) 数据驱动方法

易损性方法是其中的杰出代表。这类方法基于历史震害数据，显然已经充分考虑了周遭环境的影响。但是，这类方法是基于过往经验的推测，一旦环境和结构发生较大变化，或震害资料不足，这类方法的可靠性将受到挑战。

尽管如此，想要验证城市尺度的模拟方法并非易事。不过还是有学者想出了科研小妙招 (Schwan et al, 2016. https://doi.org/10.1093/gji/ggw049; Aldaikh et al, 2016, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2016.08.012)。他们用聚氨酯泡沫（可以简单的理解为海绵）模拟场地，铝片加配重模拟建筑，采用ADXL-335传感器测量加速度(又轻又便宜，亲测有用)，开展了相关的振动台试验。但是在他们的研究中，试验的还只是平整场地，并未充分考虑地形的影响。

而我们想看看带上地形的振动台试验会变成什么样子。于是，分别考虑不同地形、不同建筑分布、不同建筑周期，设计了7组振动台试验，并在中国地震局工程力学研究所的振动台开展了试验，试验大概长这样：

详细的试验现象、参数与案例分析在这里就不过多赘述了，感兴趣的读者可以阅读原文。

我们这里只放上一组耦合数值模拟方法的验证情况，效果还不错。大量建筑的存在显著影响了地面运动加速度时程，且计算程序可以较好地模拟试验结果。

课题组在“场地-城市效应”方面的相关论文：

[1] Lu XZ, Tian Y, Wang G, Huang DR. A numerical coupling scheme for nonlinear time history analysis of buildings on a regional scale considering site-city interaction effects. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2018, 47(13): 2708-2725. DOI: 10.1002/eqe.3108.

[2] Tian Y, Sun CJ, Lu XZ, Huang YL. Quantitative analysis of site-city interaction effects on regional seismic damage of buildings. Journal of Earthquake Engineering, 2020. DOI: 10.1080/13632469.2020.1828199.

[3] Tian Y, Lu XZ, Huang DR, Wang T. Site-city interaction effects under complex terrains: shaking table tests and numerical simulation. Journal of Earthquake Engineering, 2022. DOI: 10.1080/13632469.2022.2074921.

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