【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地震工程领域，具体涉及一种基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法。
技术介绍
1、在城市复杂工程环境中，大型工程结构的存在令地表的地震波呈现出复杂的干涉模式，结构的振动又将作为新的次级震源，进一步“污染”地表的地面运动分布，即所谓“场地—城市相互作用(site-city interaction,sci)”。
2、现有的场地—城市相互作用模型主要通过采用均质块模型模拟城市建筑物，将建筑物简化为等效的各向同性弹性体，以模拟土—结构相互作用。均质块模型参数设置简单，应用方便，其力学行为也相对简单。相比于早期sci效应研究中采用的单自由度模型具有更高的精确度，可以模拟出结构的高阶振型与场地的相互作用，但需要足够精细的网格划分以准确捕捉建筑物的高阶振型，模型计算成本较高。
3、此外，场地土的应力—应变行为多假定为简单的粘弹性模型，并未考虑场地的弹塑性变形。地震作用下，土体的弹塑性变形将显著改变场地的地震反应，进而影响到土—结构间的地震相互作用，而当前的场地—城市相互作用研究中大部分并未考虑到场地的弹塑性变形行为对城市地震动场的影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有场地土的应力—应变行为多采用粘弹性模型，未考虑场地的弹塑性变形的问题，为了更准确的评估城市建筑群对城市地震动场的影响，研究城市复杂环境中地震动场的分布特征，而提出了新型的地—城市相互作用精细化数值建模与计算方法，研究城市复杂环境中的地震动场时空分布特征与演化规律。
2、本专利技术基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法按照以下步骤实现：
3、步骤一、在opensees系统(地震工程仿真开放系统the open system forearthquake engineering simulation)中，定义场地土体模型节点与单元信息，定义场地土体材料参数与模型边界条件，建立得到场地土体数值模型；
4、其中场地土体数值模型及边界条件设置步骤如下：
5、a、在场地土体模型两侧自由场边界处各设置一个自由场土柱模拟自由场边界，并将土柱两侧位于同一高度的节点自由度绑定，以确保土柱在地震作用下可还原自由场地反应；
6、b、场地土体模型与两侧自由场土柱通过并联的粘滞阻尼器与弹簧连接，固定场地土模型底部节点的竖直方向自由度，在水平方向设置并联的粘滞阻尼器与弹簧，粘滞阻尼器与弹簧通过零长单元模拟，粘滞阻尼器的阻尼系数采用下式计算：
7、c＝ρvsa(1)
8、弹簧刚度系数采用下式计算：
9、
10、式中，ρ为基岩密度，vs为基岩剪切波速，α为人工边界参数，g为场地土剪切模量，r为场地土模型中心距人工边界节点距离，a为单个节点控制面积；
11、步骤二、加入上部结构群节点和上部结构的材料信息，设置上部结构与场地土体之间的接触面，得到上部结构-场地土体模型；
12、上部结构的模拟方法如下：
13、上部结构采用弯剪耦合多自由度体系模拟，上部结构与场地土之间通过等效自由度连接，以确保场地土与上部结构共同移动；上部结构由刚性连接的弯曲梁和剪切梁构成，弯曲梁与剪切梁之间通过等效自由度连接，弯曲梁刚度ei0与剪切梁刚度ga0由以下公式计算：
14、
15、
16、其中，ω1为上部结构的一阶振型自振圆频率，ρb为单位高度的结构质量，h为结构高度，α0为结构的弯剪刚度比，γ为特征值参数；
17、步骤三、对场地—城市建筑群相互作用模型进行重力分析：
18、对上部结构-场地土体模型进行重力加载，以获得土体的初始应力场分布，在重力加载阶段，土体材料的变形行为为线弹性，同时固定住场地土模型两端边界节点的位移，并记录边界节点反力；
19、步骤四、将土体材料变形行为由线弹性转变为弹塑性：
20、重力分析完成后，保持土体的初始应力状态不变，清除土体的位移信息，释放场地土模型两端边界节点的位移约束，并将步骤三中记录的边界节点反力施加至边界节点，通过材料更新处理将土体材料的变形行为更改为弹塑性，得到土体初始应力场的模型；
21、步骤五、向土体初始应力场的模型施加地震激励，进行地震反应分析，从而完成场地-城市相互作用效应模拟。
22、本专利技术基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法与现有技术相比，包括以下
23、有益效果：
24、1.本专利技术采用时域有限元方法，能可靠地还原复杂地形条件及地层状况下场地土与上部结构群间的动力相互作用，采用吸收性边界，降低了上部结构群产生的散射波在模型边界处的反射对模拟结果的影响；
25、2.本专利技术采用弹塑性材料模拟土体应力—应变行为，考虑了土体的非线性变形对场地地震反应及结构群—土体地震相互作用的影响；
26、3.本专利技术采用弯—剪耦合简化模型模拟上部结构，能可靠地还原结构在地震动力下的动力反应，且所需网格数量远少于传统的均质块模型，可大幅降低数值模型的计算成本。
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1.基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于该模拟方法按照以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中场地土体模型网格尺寸最大高度通过下式确定：
3.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中场地土体采用OpenSees中二维FourNodeQuad单元模拟，单元厚度设置为1m，本构关系采用多屈服面弹塑性本构模型，即OpenSees中PressureIndependMultiYield材料。
4.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中公式(2)中人工边界参数α取0.5。
5.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤a中自由场土柱单元厚度设置为1000倍的场地土模型单元厚度。
6.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤二的公式(3)中
7.根据权利要求6所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于对于框架剪力墙和框架核心筒结构，α0值范围为0～1.5；对于带有抗侧力构件的框架结构，α0值范围为1.5～6；对于纯框架结构，α0值范围为6～20。
8.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤二的公式(3)中特征值参数γ的计算公式为：
9.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤二中上部结构中的弯曲梁采用OpenSees中elasticBeamColumn单元模拟，剪切梁采用OpenSees中twoNodeLink单元模拟。
10.根据权利要求1所述的基于OpenSees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤五中地震激励以力的形式从底部施加。
...【技术特征摘要】
1.基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于该模拟方法按照以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中场地土体模型网格尺寸最大高度通过下式确定：
3.根据权利要求1所述的基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中场地土体采用opensees中二维fournodequad单元模拟，单元厚度设置为1m，本构关系采用多屈服面弹塑性本构模型，即opensees中pressureindependmultiyield材料。
4.根据权利要求1所述的基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤一中公式(2)中人工边界参数α取0.5。
5.根据权利要求1所述的基于opensees的场地-城市相互作用效应模拟方法，其特征在于步骤a中自由场土柱单元厚度设置为1000倍的场地土模型单元厚度。
6.根据权利要求1所...
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