社会经济的快速发展和人口的急剧膨胀致使城市中的建设用地不断趋于紧张,促进了高层建筑的大量涌现。对处于软土地基之上并与其它建筑结构间距较小的高层建筑结构(含内部设备)进行分析和设计时,只考虑结构-土相互作用并不能完全反映工程实际情况。因为在发生地震时,不仅单体建筑结构会与地基土体发生相互作用,而且与该单体建筑结构距离较近的其它建筑结构也会通过地基土体对其产生影响,即相邻结构-土相互作用(ASSI)或设备-相邻结构-土相互作用(EASSI)问题。鉴于相邻结构体系的复杂性和庞大性,研究者们大多聚焦在数值模拟方面并获得了一些价值较高的结论与成果,但在试验研究方面却少有建树,以致缺乏大量有效试验数据的支撑。然而,在振动台试验中考虑ASSI(或EASSI)问题是结构抗震试验研究中的难题。基于此,本文对振动台试验方法进行了探索。通过融合子结构试验技术并在试验中引入分支模态方法,利用多子结构间的相互作用耦合项把线性地基模型的数值计算和上部模型结构的物理试验联系起来,实现了考虑ASSI(EASSI)效应的实时动力子结构试验。在此基础上进行拓展,利用线性与非线性耦合的约束模态方法建立局部非线性地基数值模型,并首次把域缩减分析方法用于相邻结构体系的地基模型边界处理,对相邻结构-非线性土体系实时动力子结构试验方法进行探索。依据推导的子结构运动方程并借助不同计算软件的优势,提出了模拟该试验的多子结构协同分析方法,并把其应用到相邻结构-土体系的地震响应规律研究和影响参数分析中。主要研究工作和成果概述如下:1.将分支模态方法有效地运用到相邻结构-土体系和设备-相邻结构-土体系的实时动力子结构试验中。基于分支模态方法,将体系的上部结构和地基土划分为不同分支,提出各子结构之间存在相互作用耦合项的概念,并将其应用于物理子结构和数值子结构之间的数据交互,同时依托可靠的子结构运动方程可方便实现对各子结构进行独立加载或分析处理计算。基于分支模态方法推导的计算公式具有普遍适用性,且该试验方法概念清晰明了、操作方便灵活。2.以两相邻1:5比例的四层剪切型钢框架结构、地基土组成的相邻结构-土体系为例,把其中一个结构设为物理子结构,地基土和相邻上部结构作为两个数值子结构,实现了基于分支模态方法的相邻结构-土体系实时动力子结构试验。利用分支模态方法并依据势能判据截断准则可方便实现对线性地基土数值子结构进行自由度的高效压缩,同时把闭环数值积分方法引入到对非线性上部相邻结构子结构模型的数值求解中,实现了各数值子结构的快速高效分析计算,有效解决了试验对数值子结构计算时效限制的难题,为子结构数据的实时交互提供了保证。通过对比分析试验和数值模拟结果,验证了基于分支模态方法的实时动力子结构试验的适用性和有效性。3.在相邻结构-土体系实时动力子结构试验的基础上,把设备-主体结构设为一个物理子结构,数值子结构部分相对保持不变,实现了考虑非结构(设备)因素影响的相邻结构-土体系实时动力子结构试验,即设备-相邻结构-土相互作用(EASSI)问题试验研究。重点研究了 EASSI效应、设备的存在、设备-主体结构的质量比、频率比以及设备在主体结构中的平面位置(中心布置和偏心布置)对EASSI体系地震响应的影响规律,得到了一些有价值的结论。4.在线性地基简化模型参与相邻结构-土体系和设备-相邻结构-土体系实时动力子结构试验研究成果的基础上,探索非线性地基数值模型参与实时动力子结构试验的方法。通过把线性与非线性耦合的约束模态方法应用于局部非线性地基数值模型的建立,并首次把域缩减分析法引入试验对地基模型边界进行处理,有效解决了非线性地基模型的计算效率问题。通过在计算精度和计算效率方面与自由边界模型、粘弹性边界模型对比分析,验证了基于域缩减边界的局部非线性地基模型的精确性和有效性,并体现出其在计算效率方面的明显优势。5.依据分支模态-约束模态耦合方法推导出的可靠子结构运动方程,并借助不同计算软件的优势,提出模拟相邻结构-非线性土体系实时动力子结构试验的多子结构协同分析方法。依托该方法且结合具体算例,探讨并验证了非线性地基数值模型参与实时动力子结构试验的可行性和有效性。其中,上部物理子结构S1和相邻数值子结构S2均采用Simulink仿真工具进行建模求解,非线性地基模型借助有限元软件ANSYS进行独立分析计算,各子结构通过MATLAB数值计算平台并应用相互作用耦合项进行协调和交互数据。6.把多子结构协同分析方法应用到由两相邻16层钢筋混凝土框架结构、地基土组成的相邻结构-土体系的抗震分析中,系统研究了体系的地震反应规律并进行了考虑ASSI效应的影响参数分析。重点研究了地震波特性、行波效应、两相邻结构的间距、基础埋置深度以及上部建筑结构的楼层层数等参数对ASSI体系上部结构地震响应的影响规律,丰富和完善了工程结构抗震分析设计理论。