近斷層地震動作用下大跨斜拉橋的復(fù)雜地震響應(yīng)研究.pdf

1、近斷層地震動具有區(qū)別于遠(yuǎn)場地震動的顯著地面運(yùn)動特征，如震害集中性、破裂前方效應(yīng)、滑沖效應(yīng)、上/下盤效應(yīng)以及豎向效應(yīng)等。近斷層效應(yīng)使得位于斷層附近或者跨越斷層的長周期斜拉橋地震響應(yīng)更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。本文基于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“斜拉橋近場地震‘活斷層-土-結(jié)構(gòu)’一體化分析理論與試驗(yàn)研究”(No.51378110)，研究近斷層地震動空間分布特征、脈沖效應(yīng)地震動所含破裂前方效應(yīng)和滑沖效應(yīng)、上/下盤效應(yīng)以及豎向效應(yīng)對大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)的不利響應(yīng)。

2、主要研究內(nèi)容及結(jié)論包括:
　　(1)近斷層地震動空間分布特征對斜拉橋的不利響應(yīng)
　　研究臺灣Chi-Chi地震整體空間分布、局部空間分布對斜拉橋地震響應(yīng)影響，以及地震動參數(shù)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)相關(guān)性。頻譜分析表明，斷層破裂區(qū)域(Middle District，MD)地震波低頻成分顯著、斷層法向譜值均高于平行向。以某主跨為406m的斜拉橋?yàn)檠芯繉ο?，計算表明MD區(qū)斜拉橋響應(yīng)顯著，塔頂縱向位移、塔底內(nèi)力分別是BD區(qū)的4.03倍和2.0倍，

3、該區(qū)域抗震設(shè)計時可采用PGV及PGA作為結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)的評估指標(biāo);FD區(qū)域塔頂縱向位移是BD區(qū)域的2.06倍，而其塔底內(nèi)力較BD區(qū)域下降了30％以上，F(xiàn)D區(qū)抗震設(shè)計重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)位移設(shè)計，該區(qū)域采用輸入能和PGV作為地震動強(qiáng)度指標(biāo);BD區(qū)須提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求，該區(qū)域采用斷層距及PGV作為地震動強(qiáng)弱指標(biāo)。
　　MD區(qū)斷層法向分量對結(jié)構(gòu)響應(yīng)顯著。參數(shù)PGVP/N介于0.2～0.6時，建議選擇斷層法向分量地震動輸入結(jié)構(gòu)中進(jìn)行響應(yīng)分析。

4、>　　(2)近斷層脈沖地震動所含破裂前方效應(yīng)和滑沖效應(yīng)對斜拉橋的不利響應(yīng)
　　考慮近斷層兩種脈沖型地震動對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響時，首先應(yīng)關(guān)注滑沖效應(yīng)地震動對斜拉橋主塔部分的不利響應(yīng)。滑沖效應(yīng)塔頂縱向位移分別是破裂前方效應(yīng)、近場無速度脈沖、遠(yuǎn)場三組地震動的1.61、2.92、17.27;塔底彎矩值比值為1.04、1.15、2.88;剪力比值為1.22，1.26和2.38。
　　采用Mavroeidis模型合成的近斷層脈沖地震動與原波

5、頻譜特性吻合更好，合成波和原波對主塔位移、內(nèi)力響應(yīng)的分布規(guī)律具有較好的吻合。
　　(3)近斷層上/下盤效應(yīng)及豎向效應(yīng)對斜拉橋地震的不利響應(yīng)
　　考慮近斷層上/下盤效應(yīng)對斜拉橋動力響應(yīng)影響時，主要應(yīng)滿足上盤區(qū)域地震動對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移響應(yīng)的要求，尤其是結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)影響。上盤區(qū)域地震動作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)顯著，塔頂縱向位移峰值、塔底彎矩峰值和剪力峰值均值分別是下盤區(qū)域的2.61、1.41和1.30倍。上盤區(qū)域豎向效應(yīng)顯著時，對結(jié)構(gòu)位移響