Page 283 - 《振动工程学报》2025年第8期
P. 283
第 8 期 孟思博，等： 近断层峡谷场地深水刚构桥地震响应参数敏感性研究 1923
Keywords: near-fault ground motions； local site effect； deep-water rigid frame bridge； sensitivity
中国西部地区地形地貌复杂，随着高速公路/铁 但上述研究中震源均采用点源模型，对于近断层情
路的持续建设，出现了诸多穿越峡谷场地桥梁，其中 况，有待进一步基于有限断层模型对断层整体和局
刚构桥是常用、典型的结构形式，通常具有高墩、大 部参数、场地参数等进行深入探讨。
跨的特点。当存在河流、库区蓄水等因素时，桥梁还 鉴于此，本文开展近断层峡谷场地深水大跨高墩
将处于深水环境，需考虑地震动水压力。同时，西部 刚构桥地震响应分析，将随机有限断层法和边界元法
大部分地区为高烈度地震区，活断层密集，若桥梁位 结合求解近断层多维多点地震动；所得地震动作为刚
于近断层区域，将面临近震威胁，近断层地震动具有 构桥地震输入，求解刚构桥地震响应，基于变形破坏
［1］
大速度脉冲、强竖向震动等特点 ，可能加剧震害， 准则选取支座剪切应变、主墩曲率延性比为响应指
如 2008 年汶川地震出现严重破坏的庙子坪大桥即 标，主要考察桥墩、支座水平变形产生的损伤。基于
为断层距小于 1 km、位于深水峡谷场地的大跨高墩 龙卷风图法 ［20］ 开展刚构桥地震响应的局部敏感性分
［2］
刚构桥 。综上，此类桥梁抗震分析需综合考虑近 析，研究断层倾角、震源深度、应力降、断层几何尺寸
断层效应、局部场地效应和流固耦合效应。 等震源参数，kappa因子、震中距、介质剪切波速、水深
国内外学者针对近断层区域刚构桥已开展大量 等局部场地参数对刚构桥各构件的影响，为保障近断
［3］
分析，着重考察了近断层地震动速度脉冲特性 、竖 层复杂场地桥梁抗震安全性提供理论基础。
［5］
［4］
［6］
向强地震动 、长周期特性 、旋转特性 等对高墩
刚构桥地震响应的影响。针对处于近断层区域的深 1 方 法
［7］
水桥梁，江辉等 对比了远近场地震动作用下动水
压力对深水桥墩的影响差异，结果表明，近场地震的 1. 1 近断层峡谷场地地震动模拟方法
桥墩位移、内力增幅均显著大于远场地震；ZHANG
1. 1. 1 修正的随机有限断层法
［8］
等 开展了近断层地震动作用下库区刚构桥易损性
按照随机有限断层法的基本原理 ［21］ ，有限断层
分析和韧性评估，得出有水环境将导致桥梁易损性
模 型 可 分 为 N 个 子 断 层 ，每 个 子 断 层 可 视 为 点
［9］
增大、韧性下降；吴堃等 研究了有局部场地效应的 ［22］
源 。参照随机点源法，第 i 个子断层在第 j 个观测
深水多跨连续梁桥的地震响应分析。上述研究所用
点产生的 P 波径向、P 波纵向、SV 波径向、SV 波纵
近断层地震动均为实测地震记录。此外，由于目前
向和 SH 波切向（分别用上标 Pr、Pz、SVr、SVz、SHt
近断层地震记录，尤其是强震记录相对较少，部分学 表示，下同）的傅里叶幅值谱可表示为 ［23］ ：
者提出了近断层地震动合成方法 ［10‑11］ ，并应用于近
Pr
P
P
Pr
S f，ij ( f，R ij )= H i K i ( f ) [ S a，ij ( f ) P ( f，R ij )⋅
断层桥梁地震响应分析中 ［12］ 。 A crust ( f ) A site ( f ) exp (-πfκ )] （1）
值得指出的是，此类高墩刚构桥多处于复杂场
Pz
P
Pz
P
地条件中，且跨度较大，场地效应将导致地震动出现 S f，ij ( f，R ij )= H i K i ( f ) [ S a，ij ( f ) P ( f，R ij )⋅
显著的空间变化，在台湾翡翠峡谷、自贡西山公园测 A crust ( f ) exp (-πfκ )] （2）
得的起伏地形场地地震动显示，不同地表点地震动 S f，ij ( f，R ij )= H i K i ( f ) [ S a，ij ( f ) P ( f，R ij )⋅
SVr
SVz
SV
SV
峰值加速度可相差 2.5 倍 ［13］ 、1.7 倍 ［14］ ；理论分析同样 A crust ( f ) A site ( f ) exp (-πfκ )] （3）
表明峡谷地形对地震波的散射将引起地震动局部放
SV
SV
SVz
SVz
S f，ij ( f，R ij )= H i K i ( f ) [ S a，ij ( f ) P ( f，R ij )⋅
大 ［15］ 。由此可见，近断层峡谷场地桥梁地震分析亦 A crust ( f ) exp (-πfκ )]
应考虑场地效应。但由于缺乏近断层复杂场地相关 （4）
SH
SH
SHt
SHt
地震记录，目前基于实测近断层地震记录或合成方 S f，ij ( f，R ij )= H i K i ( f ) [ S a，ij ( f ) P ( f，R ij )⋅
法的相关研究均为一致激励输入。因此，一些学者 A crust ( f ) A site ( f ) exp (-πfκ )] （5）
将地震学与工程学结合，采用解析法 ［16］ 、随机有限断 式中，S f，ij 为第 i 个子断层在第 j 个观测点位置的傅里
层法 ［17］ 、谱元法 ［18‑19］ 模拟地震动，对近断层桥梁地震 叶幅值谱（i=1，2，…，N）；S a，ij 为加速度震源谱，其表
响应开展分析，为近断层复杂场地桥梁抗震分析提 达式可参考文献［24］；P（f，R ij ）为传播路径衰减经验
供 了 一 个 可 借 鉴 的 途 径 。 其 中 ，LI 等 ［16］ 、ZHANG 模型，其中，f 为频率，R ij 为观测点 j 与子断层 i 之间
［8］
等 同时考虑近断层效应和场地效应，分别研究了 的 距 离 ；H i、K i 为 标 度 因 子 ，具 体 表 达 式 可 参 考
刚构桥地震响应对峡谷地形条件和震源距等的敏感 文献［23‑24］；A crust 和 A site 分别为地壳和场地介质放
性、近断层多点效应对刚构桥地震易损性的影响。 大效应经验模型；exp（-πfκ）为独立于路径的高频
