跨断层工程输入地震动模拟及地震响应

摘要

为解决跨断层结构输入地震动的问题，揭示其地震响应规律，基于断层物理模型并引入等效脉冲函数，构建考虑地震动空间变化特征的转换矩阵，提出一种高、低频叠加的混合模拟方法，实现断层两侧输入地震动的模拟。首先，依据建立的桥址场地断层模型，采用随机有限断层方法生成目标点位的高频地震动；再由走滑断层两侧地震动的脉冲效应和永久位移的特征，采用不同的等效脉冲模型分别模拟断层平行向和法向的低频脉冲分量，两者在截止频率处采用Butterworth滤波器进行高通和低通滤波，依据场地模型以及走滑断层两侧地震动的空间相干性，建立转换矩阵以模拟其空间变异性，最终将匹配滤波后的高、低频分量在时域叠加得到断层两侧的输入地震动。从时程、频谱以及结构响应三方面验证了模拟结果的合理性。以实际的跨断层悬索桥为研究对象，基于OpenSees建立全桥的三维有限元模型，采用模拟的断层两侧地震动进行动力时程分析。研究结果表明：桥梁跨断层的角度和位置，以及永久位移幅值对跨断层桥梁地震响应有显著影响，较大的残余内力和残余位移是造成跨断层桥梁破坏的重要原因。

关键词

跨断层工程 / 断层地震动 / 地震动模拟 / 脉冲模型 / 地震动空间变化