建筑结构抗震设计中的地震反应分析多采用刚性地基假定,计算模型常仅考虑上部结构。大量的理论分析和研究表明,在地基土质较软的情况下,地基-基础-上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有十分重要的影响,其地震响应将发生显著的变化。广大研究者和工程技术人员在实践中已经意识到将上部结构和地基基础考虑为一个相互作用的整体进行设计的必要性和优越性。本文结合国家自然科学基金课题《地基-基础-上部结构相互作用体系动力特性研究》(NO.50278033),《基于土与结构动力相互作用的结构隔震研究》(NO.50578062),对土-结构动力相互作用体系进行了一系列试验研究,并在此基础上通过改变基础周围土体的性质,研究了土-结构动力相互作用体系的抗震性能。本文共分为五章,主要内容安排如下:(1)回顾了土-结构动力相互作用的理论研究工作的发展历史、各种研究方法以及本领域的一些主要研究问题,并特别介绍了本领域的研究成果在国内外抗震设计规范中的应用以及高级非线性有限元软件MSC.MARC(2)主要介绍了室内1/4钢框架模型试验,通过牵引释放试验测得了模型在不同工况下的动力特性,如基本频率、阻尼比、振型等。发现上部结构与地基相对刚度比越大基频折减率越大,并由试验数据得到它们之间的关系式。(3)通过对加筋干砂的室内动三轴试验,研究了所加土工布的数量以及围压对土动力参数(如动剪模量,动阻尼比等)的影响,由试验结果拟合后得到模量比与动应变关系的经验公式。(4)运用有限元软件MSC.MARC建立了考虑土-结构动力相互作用的1/4钢框架有限元模型,进行了不同频谱特性地震动输入下地震反应分析,总结了相互作用体系的一些规律。通过改变基础周围土体的性质,进行了多种工况下的计算,发现在基础周围换填砂垫层或者加筋砂垫层,对于上部结构层间剪力折减具有明显影响。(5)介绍了土-结构动力相互作用问题的实用性计算方法,通过两步等效,将土-结构动力相互作用体系等效成底部固定的单自由度体系,从而达到通过修改结构动力参数来考虑动力相互作用,以便于使用刚性基础体系反应谱进行抗震设计的目的,从所给算例及试验结果来看,效果良好。