斜拉桥近场地震“活断层-土-结构”一体化分析理论与试验研究

Earthquake disaster has a narrow strip along the active fault distribution characteristics. Near-fault strong ground motion is an important factor that can cause the failure of structures. Earthquake hazards reduction of active fault in engineering has two measurements. The influence of active fault is not consider in Chinese seismic code including bridge code or building code. The " active fault - soil - structure " integrated analysis model that can be used to analysis the cable-stayed bridge under the near field earthquake will be proposed in this project .Firstly, finite fault source kinematics model of active fault earthquake will be established according to the recent world strong near-fault observations. This model can take account of the influence of spatial distribution, fault propagation speed mode, rupture. Then, the " active fault - soil - bridge structure " integrated finite element model will be established based on the finite element software OPENSEES. Cable-stayed bridge dynamic response will be analyzed with active fault complex incentive. Heping Bridge will be an example, which is located the Feihuanghe active fault in Xuzhou. Finally, theoretical calculation method was obtained by means of comparison and correction, on the bridge of microtremors observation and seismic exploration.This project is an applied basic research in active fault earthquake for cable-stayed bridge.

地震灾害具有沿活断层呈狭长条带状分布的特征，近断层强地震动是造成结构物破坏的一个不可忽视的重要因素，可采用避让或提高抗震水平的措施来减轻活断层工程的震害，我国桥梁和建筑抗震规范均还未能考虑活断层的影响。本课题拟提出并研究一种斜拉桥在近场地震作用下的"活断层-场地土-结构"一体化分析模型。首先根据近年世界强震的近断层观测资料，考虑断层的空间展布、错动方式、破裂传播速度等参数的影响，建立活断层地震的有限断层震源运动学模型。然后基于opensees有限元软件，建立"活断层-场地土-桥梁结构"一体化有限元模型，以徐州废黄河活断层上和平大桥斜拉桥为例，进行活断层复杂激励致斜拉桥动力响应规律的理论分析。最后，与该桥地脉动观测和人工地震勘探结果进行对比，对理论计算方法进行修正。本课题是衔接活断层地震工程学研究成果与桥梁抗震计算脱节状态的应用基础研究，对近场强震研究具有重要的理论意义。

本项目是针对斜拉桥在近断层地震作用下动力响应分析的应用基础研究，断层区域内桥梁结构面临潜在的损伤或倒塌风险，鉴于近断层效应的复杂性，其对桥梁结构的动力响应影响机理尚不明确。基于此，本项目开展了考虑断层破裂过程的一体化抗震分析方法研究，建立了地震学和工程抗震两方面的衔接。课题围绕近断层强震动模拟、“活断层-土-桥梁”一体化分析方法、近断层复杂激励下大跨斜拉桥的动力响应及近断层区域桥梁结构振动控制展开了系列研究，取得的创新性成果为：.1） 初步建立了“活断层-土-桥梁”一体化分析方法，该方法实现了直接由断层资料进行快速建模分析的目标，有效避免了因地震动选择不当引起结构抗震性能的误判，可为结构地震风险评估提供支撑作用。.2） 建立了基于“分解-叠加”的脉冲地震动合成新方法，可较好的反映滑冲效应和破裂前方效应的运动特征，极大丰富了现有的强震动数据库，拓展了近断层地震动的选择范围。.3） 提出了近断层分区域抗震评估方法，界定了不同断层区域内结构的抗震性能需求，可为近断层区域内结构的抗震设计提供一定的参考。.4） 研发了具有优越的耗能能力和自复位能力的SMA-LRB智能隔震支座，通过该类支座的合理应用，可有效控制桥墩和桥塔的地震易损性，并显著降低近断层结构的地震损伤概率，具有广泛的应用前景。.经过四年的研究，项目实现了既定目标，在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》,《Journal of Bridge Engineering, ASCE》,《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》,《Engineering Structures》等国际权威期刊，以及《土木工程学报》、《中国公路学报》、《振动与冲击》等国内工程领域顶级期刊发表论文31篇，其中SCI收录9篇，EI收录11篇，授权国家发明专利2项，人才培养成效显著。该项目聚焦于活断层区域桥梁结构抗震性能，在国内开辟了一个新的研究方向，与UBC和UCLA世界知名高校相继展开合作，且在抗震领域顶级会议16WCEE做专题报告，在国际上产生了较大影响。