石巖 王文仙 趙昊淼 楊雄 柴文陽

摘要：為揭示跨走滑斷層多跨簡支梁橋的地震響應(yīng)規(guī)律，以1座4跨簡支梁橋為研究對象，基于OpenSees建立了3維動力彈塑性分析模型；采用“分解-疊加”法合成40組跨斷層地震動，以多點激勵的方式輸入到建立的動力分析模型，進行非線性動力時程分析，研究了跨走滑斷層多跨簡支梁橋在地震動作用下的地震反應(yīng)特征，分析了斷層的穿越角度和穿越位置對跨走滑斷層多跨簡支梁橋地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：地震動作用下跨走滑斷層橋梁結(jié)構(gòu)會發(fā)生劇烈的位移反應(yīng)；斷層穿越角度和穿越位置對橋梁地震反應(yīng)有顯著的影響；地震動作用下跨斷層簡支梁橋的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不可忽視。

關(guān)鍵詞：跨斷層地震動；多跨簡支梁橋；地震響應(yīng)；地震損傷；參數(shù)分析

中圖分類號：U448.21文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2024）03-0461-13

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0048

0引言

近年來，我國交通網(wǎng)絡(luò)進一步完善，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷向西部地區(qū)推進，橋梁建設(shè)時臨近或跨越斷層的情況不可避免（宗周紅等，2023）。歷次地震的震害表明跨斷層橋梁往往會發(fā)生更嚴重的破壞，如1999年中國臺灣集集7.6級地震、2008年四川汶川8.0級地震以及1999年土耳其科賈埃利7.4級地震中跨越斷層的橋梁輕則遭遇局部損傷，重則發(fā)生落梁甚至倒塌破壞（Yang，Mavroeidis，2018；賈宏宇等，2021）。隨著跨斷層橋梁數(shù)量的逐漸增大，其地震損傷問題日漸突出。

地震作用下跨越活動斷層的橋梁比非跨越斷層橋梁具有更復(fù)雜的受力特點、破壞形式和破壞機理（賈宏宇等，2021；宗周紅等，2023）。隨著人們對跨斷層地震動認識的逐漸深入以及數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，一些學(xué)者探索了橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)和跨斷層地震動特性之間的關(guān)系。1999年土耳其迪茲杰發(fā)生7.2級地震，其中位于土耳其西部跨越走滑斷層的Bolu高架橋發(fā)生了嚴重破壞，此后諸多學(xué)者對Bolu高架橋等結(jié)構(gòu)進行了近斷層地震反應(yīng)分析（Park et al，2004），指出了減隔震橋梁在近斷層地震動作用下的位移反應(yīng)和設(shè)計要求，并對近斷層地震動的模擬和選取提出了建議（石巖等，2017；Yang et al，2017；Ucak et al，2014）。隨著我國首座跨斷層橋梁海文跨海大橋的設(shè)計和修建（劉新華等，2020），跨斷層橋梁的抗震問題也受到了諸多國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。江輝等（2020，2021）討論了不同地震動強度下跨斷層高鐵簡支梁橋的地震安全性以及跨斷層簡支鋼箱梁橋橋墩的概率性地震損傷特性；高健峰等（2021）對比分析了3種不同的減隔震支座對跨斷層橋梁橫向地震響應(yīng)的影響；曾聰?shù)龋?021）研究了斷層跨越角度、斷層永久位移以及斷層最大位移對深水獨塔斜拉橋非線性地震響應(yīng)的影響；張凡等（2022）[HJ2mm]以海文大橋跨斷層引橋為研究對象，分析了永久位移地震動頻帶、斷層相對位置、豎向地震動及減隔震措施對該橋地震反應(yīng)的影響規(guī)律；Jia等（2024）通過建立軌道-橋梁-樁-土耦合系統(tǒng)的精細化有限元模型，研究了跨走滑斷層大跨度鐵路懸索橋的軌道-橋梁變形關(guān)系和相互作用。在我國建成的橋梁中，簡支梁橋由于設(shè)計、施工和養(yǎng)護等方面的優(yōu)勢，占比最高，其結(jié)構(gòu)形式以多聯(lián)多跨簡支梁橋最為普遍。因此討論跨斷層多跨簡支梁橋在地震動下的抗震性能、結(jié)構(gòu)損傷程度及設(shè)計防護措施是最重要的橋梁抗震問題之一。

為揭示跨走滑斷層多跨簡支梁橋的地震響應(yīng)規(guī)律，本文采用“分解-疊加”的方法合成了分別考慮向前方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)的40組跨斷層地震動。以1座4跨簡支梁橋為研究對象，將合成地震動采用多點激勵位移輸入動力分析模型并進行非線性時程分析，研究了橋墩、支座、主梁等關(guān)鍵構(gòu)件在跨走滑斷層地震動作用下的地震反應(yīng)。通過改變斷層穿越角度和斷層穿越位置，分析了其對跨走滑斷層多跨簡支梁橋地震響應(yīng)的影響。

1跨斷層地震動模擬

跨斷層地震動本質(zhì)上屬于一種特殊的近斷層地震動，而近斷層地震動是低頻脈沖和高頻成分高度耦合的隨機過程。為兼顧兩者對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，本文采用“分解-疊加”法對跨斷層地震動進行模擬（李帥等，2017）。具體步驟為：①選取實測地震動記錄并進行濾波處理以獲得高頻分量；②根據(jù)Mavroeidis模型生成低頻速度脈沖（Mavroeidis，Papageorgiou，2003）；③疊加高頻分量和低頻速度脈沖分量，構(gòu)造跨斷層地震動。

1.1高頻地震動分量提取

選取Baker等（2011）推薦的40組脈沖型近斷層地震動作為原始地震動，并依次編號為PL-01～40。采用4階Butterworth濾波方法將40組近斷層地震動進行分解以得到高頻分量。濾波時采用的截止頻率依據(jù)Li等（2017）給出的公式進行計算：

fc=1αTp-dt[JX1][JX-1]（1）

式中：fc為濾波截止頻率；dt表示原始地震動的記錄步長；Tp為脈沖周期；α為經(jīng)驗系數(shù)，滑沖效應(yīng)地震動取α=0.25（Ghahari et al，2010），向前方向性效應(yīng)地震動取α=0.8（Li et al，2017）。

1.2低頻速度脈沖生成

走滑斷層低頻速度脈沖采用Mavroeidis提出的速度脈沖模型進行模擬（Mavroeidis，Papageorgiou，2003；Yang et al，2020），其表達式為：[FL）][KH-2]

v（t）=[JB（{]A2[JB<4{]1+cos[JB<2*［]2πfpγ（t-t0）][JB>4}]cos[JB<2*［]2πfp（t-t0）+φ][JB<3（]t0-γ2fp≤t≤[JB<3（]t0+γ2fp

0其他[JB）]（2）式中：v（t）為合成速度脈沖；A表示低頻速度脈沖峰值；fp表示低頻速度脈沖頻率；φ表示低頻速度脈沖相位；γ是低頻速度脈沖形狀參數(shù)；t0表示低頻速度脈沖峰值出現(xiàn)的時刻。其中低頻速度脈沖峰值A(chǔ)的確定與地震動強度有關(guān)；低頻速度脈沖頻率fp的確定與震級M有關(guān)（Halldórsson et al，2011；Cork et al，2016）。合成低頻脈沖時，震級根據(jù)實測地震動的震級進行取值。脈沖模型參數(shù)是基于大量實測地震動統(tǒng)計得到的，具有一般性，但其局限性在于缺少對地殼傳播介質(zhì)不均勻性、局部場地效應(yīng)、震源復(fù)雜性等特殊性的考慮（宗周紅等，2023）。模擬時分別考慮了走滑斷層在垂直于斷層（Fault-Normal，F(xiàn)N）方向的向前方向性效應(yīng)和平行于斷層（Fault-Parallel，F(xiàn)P）方向的滑沖效應(yīng)。這兩個方向的低頻速度脈沖如圖1所示。

1.3地震動合成及輸入

根據(jù)田玉基等（2007）的研究，可以近似認為低頻脈沖加速度峰值的到達時刻與高頻脈沖加速度峰值的到達時刻相同，因此將震級相同的高頻加速度時程與低頻加速度時程疊加在一起，得到不同震級的合成地震動模擬時程。通過積分就可得到跨斷層脈沖型地震動的位移時程。不同震級下跨斷層脈沖型地震動的位移時程如圖2所示。

跨斷層地震動具有顯著的空間變異性。加載跨走滑斷層地震動時，考慮到平行于斷層方向的非一致地面運動及永久地面位移，需要將模擬合成的位移時程作為斷層兩側(cè)橋墩的地震動并采用多點激勵位移輸入（田玉基，楊慶山，2005）。對于斷層兩側(cè)橋墩，在平行于斷層方向采用大小相同、方向相反的地震動位移時程，以模擬斷層相對錯動。 在垂直于斷層方向上的地面運動具有連續(xù)性，地震動輸入方式為空間非一致激勵。圖3為跨斷層橋梁地震動輸入平面示意圖，GFP（t）和GFN（t）分別表示斷層兩側(cè)FP分量和FN分量的地震動時程；θ為橋梁軸向與斷層的夾角，并以逆時針旋轉(zhuǎn)為正。進行動力計算時將斷層兩側(cè)FN分量和FP分量的地震動時程轉(zhuǎn)換為縱橋向GL（t）和橫橋向GT（t）地震動時程進行輸入。在縱橋向，斷層兩側(cè)地震動激勵相同，在橫橋向，斷層兩側(cè)地震動激勵則采用“等幅反向”的方法（惠迎新等，2015）。

2多跨簡支梁橋有限元模型

2.1橋梁概況

本文研究對象為我國西南地區(qū)的1座4跨簡支梁橋。如圖4所示，全橋長100 m，橋跨布置為 4×25 m，橋?qū)? m。橋梁的上部結(jié)構(gòu)采用梁長為25 m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，每跨（編號1#、2#、3#、4#）上部結(jié)構(gòu)由8片板梁組成，板梁橫向之間設(shè)置鉸縫。下部結(jié)構(gòu)為單柱直徑1.5 m的圓截面雙柱式混凝土排架墩（編號1#、2#、3#）和兩個重力式橋臺（編號0#，4#）。雙柱式橋墩混凝土強度為C30，墩頂設(shè)有蓋梁和擋塊，橋墩中間位置和墩底分別設(shè)有系梁和地系梁，橋臺為U型重力式橋臺。支座均采用冠狀板式橡膠支座，全橋共計128個，且所有支座上下表面均直接采用環(huán)氧樹脂粘接在主梁的底部和蓋梁（臺帽）頂面。橋址處地基土主要為：填充土（FS）、強風(fēng)化砂巖（SWS）、中砂（SM）、松散卵石土（LGS）、全風(fēng)化砂巖（CWS）、中風(fēng)化砂巖（MWS）。

2.2有限元模型

基于OpenSees有限元平臺建立了橋梁的三維數(shù)值模型，如圖5所示。橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼比取5%，并采用Reyleigh阻尼。橋梁的上部結(jié)構(gòu)采用梁格法建立模型，考慮到該類型橋梁的上部結(jié)構(gòu)在地震中很少出現(xiàn)塑性變形，故混凝土板梁和梁間的橫向聯(lián)系均采用彈性梁單元模擬，橫向聯(lián)系每隔5 m設(shè)置一道，且只考慮剛度不考慮質(zhì)量。針對雙柱式排架墩的非線性力學(xué)特性，其蓋梁直接采用彈性梁單元模擬，墩柱和系梁均采用基于纖維截面的非線性梁單元模擬（石巖等，2021）。擋塊的模擬采用基于試驗研究提出的鋼筋混凝土擋塊發(fā)生斜截面剪切破壞的力學(xué)簡化模型（Silva et al，2009；徐略勤，李建中，2006）。纖維截面混凝土采用Concrete04材料，鋼筋采用Steel02材料。冠狀板式橡膠支座利用基于雙折線本構(gòu)的elastomericBearingPlasticity單元模擬，其豎向剛度Kbc、屈服力Fcr和剪切剛度Kbs計算公式如下：

Kbc=nEeAr∑t（3）

Kbs=nGeAr∑t（4）

Fcr=μR（5）

式中：Ee、Ar和∑t分別為板式橡膠支座的抗壓彈性模量、面積和橡膠層總厚度，按照《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T04—2019）取值；n為板式橡膠支座的個數(shù)；Ge為橡膠支座的水平剪切模量，其值按照《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》（JT/T 2231-01-2020）取1 200 kN/m2；μ為支座與蓋梁或臺帽接觸面上的動摩擦系數(shù)，取0.27（項乃亮等，2016）；R為豎向支座反力，當板式橡膠支座在接觸面發(fā)生滑動后，其剪切剛度取為0。

3地震反應(yīng)及損傷

本文基于簡支梁橋的數(shù)值模型，假定斷層以θ=90°從橋梁第1跨穿過，對橋梁進行跨斷層地震動作用下的時程分析。將相同震級的地震動響應(yīng)求均值，以消除不確定性。選取地震動數(shù)量較多的震級進行分析，即通過分析橋墩、支座以及主梁在M=6.5、6.7和7.6時的位移響應(yīng)，對跨斷層地震動作用下多跨簡支梁橋的地震反應(yīng)和損傷程度進行研究。

3.1橋墩位移反應(yīng)及損傷

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在地震作用下的破壞狀態(tài)共劃分為5個等級，分別是：無損傷、輕微損傷、中等損傷、嚴重損傷以及完全破壞（FEMA，1999）。以位移延性系數(shù)作為橋墩的損傷指標（Hwang et al，2001），通過Pushover分析確定橋墩的位移延性損傷界限值。不同破壞狀態(tài)下的橋墩損傷界限值見表1。

圖6給出了M=6.5、6.7和7.6時，各個橋墩沿縱橋向和橫橋向的墩頂位移峰值、位移延性系數(shù)和位移時程。從圖中可以看出：各個橋墩沿縱、橫橋向的位移和位移延性系數(shù)均隨著震級的增大而增大，如1#、2#和3#橋墩在M=7.6時的縱橋向峰值位移比M=6.5時分別增大了5.4、5.3和5倍，且縱橋向的位移和位移延性系數(shù)均遠大于橫橋向；當M=6.5時沿縱橋向1#和2#橋墩均為中等損傷，3#墩為嚴重損傷，而1#、2#、3#橋墩沿橫橋向均處于輕微損傷狀態(tài)。由PL-31地震動作用下1#、2#和3#橋墩縱橫向的位移時程曲線（圖6c、d）也可以看出，縱橋向的墩頂峰值位移遠大于橫橋向，橫橋向則表現(xiàn)出較大的殘余位移，這是因為縱橋向輸入的地震動分量具有顯著的方向性效應(yīng)，表現(xiàn)為較大的峰值位移，而橫橋向輸入的地震動分量具有顯著的滑沖效應(yīng)，表現(xiàn)為較大的殘余位移。同時橫橋向各個墩的殘余位移相差較大，其中1#橋墩離斷層最近，殘余位移最大。

3.2支座位移反應(yīng)

圖7a、b分別給出了M=6.5、6.7和7.6時橋臺和橋墩處各個支座沿縱、橫橋向的峰值位移均值。從圖上可以看出，無論是縱橋向還是橫橋向，在不同震級下橋臺處支座位移反應(yīng)均為最大。地震動作用下各處支座無論縱橋向還是橫橋向位移均大于板式橡膠支座的滑動位移（0.044 m），表明支座縱橫向均發(fā)生了滑動。相比于縱橋向，由于混凝土擋塊的限制，橋墩處支座橫橋向的位移反應(yīng)較小。當M=7.6時，橋臺處支座縱橋向位移大于主梁在臺帽的搭接長度0.8 m，橫橋向位移大于單片主梁的寬度1 m，表明無論縱、橫橋向，此時橋臺處主梁均可能發(fā)生落梁，而M=6.5和6.7時，雖然位移反應(yīng)還在界限值之下，但是劇烈的縱、橫橋位移疊加之后依舊存在極高的落梁風(fēng)險。圖7c為PL-01地震動作用下，1#主梁兩端邊支座的縱、橫橋向位移時程。由圖可以看出，主梁同一側(cè)兩個邊支座的橫橋向峰值位移和殘余位移相差不明顯。但0#橋臺處支座橫橋向位移反應(yīng)明顯大于1#橋墩處支座位移反應(yīng)，與統(tǒng)計結(jié)果相符。主梁同一側(cè)的兩個支座，沿縱橋向時其位移響應(yīng)有一定差值，這表明斷層穿越橋跨處，由于滑沖效應(yīng)引起的主梁剛性旋轉(zhuǎn)使支座存在扭轉(zhuǎn)變形，從而導(dǎo)致同端兩側(cè)邊支座位移并不相同，而支座橫向位移反應(yīng)沒有明顯差別，這可能是由于擋塊和背墻的限制影響了支座橫向位移的發(fā)展。

3.3主梁位移反應(yīng)

圖8分別給出了不同震級下1#、2#、3#、4#主梁兩端的峰值位移和殘余位移。從圖8a可以看出，距離斷層越近的主梁，其梁端縱橋向峰值位移值越大，且所有主梁在M=6.5時峰值位移最大，而距離斷層較近的1#、2#和3#主梁在M=6.7時峰值位移最小，距離斷層最遠的4#主梁在M=7.6時峰值位移最小。出現(xiàn)此規(guī)律的原因除了受到斷層位置的影響，還與跨斷層地震動橫橋向滑沖效應(yīng)和縱橋向向前方向效應(yīng)的相互耦合相關(guān)，震級越大、橫橋向滑沖位移和縱橋向峰值位移越大，則橫橋向滑沖效應(yīng)對縱橋向地震反應(yīng)影響越明顯，最終使得離斷層較近的主梁位移響應(yīng)規(guī)律異于離斷層較遠的主梁位移響應(yīng)規(guī)律?？v橋向主梁的殘余位移規(guī)律更是印證了這一結(jié)論，由圖8a可知，雖然M=6.5時主梁有劇烈的峰值位移反應(yīng)，但是主梁的殘余位移遠小于M=6.7和M=7.6，這說明M=6.5時跨斷層地震動對支座和橋墩的損傷較輕，結(jié)構(gòu)體系的塑性變形較小，還說明M=6.5時劇烈的縱向位移主要是由跨斷層地震動向前方向性效應(yīng)引起的。而M=7.6時主梁的峰值位移反應(yīng)與殘余位移反應(yīng)同樣劇烈，這說明M=7.6時縱橋向劇烈的地震動峰值位移對橋墩等造成了更嚴重的損傷，還表明M=7.6時主梁的縱橋向位移受跨斷層地震動滑沖效應(yīng)的影響更為明顯，使其具有了強烈的永久位移。主梁的橫橋向峰值位移和殘余位移隨著震級的增大而增大，由于斷層錯動，斷層左側(cè)的1#主梁梁端的峰值位移和殘余位移與斷層右側(cè)所有梁端的峰值位移和殘余位移呈相反方向，使1#主梁發(fā)生劇烈剛性旋轉(zhuǎn)。M=6.5和M=6.7時，由于4#主梁左側(cè)支座和擋塊等構(gòu)件的損傷較小，還有一定限制約束能力，使4#主梁也發(fā)生了劇烈剛性旋轉(zhuǎn)。

4參數(shù)分析

4.1穿越角度

為探究不同斷層穿越角度對橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，本文選取橋梁軸向與斷層交角θ，以15°為間隔計算了穿越角度在15°～165°時橋梁的地震響應(yīng)。

首先分析1#、2#和3#墩墩底的最不利剪力、彎矩和扭矩隨著斷層穿越角度θ的變化情況。圖9給出了在不同穿越角度下沿縱橋向和橫橋向各個橋墩墩底的最不利剪力?？v橋向橋墩的最不利剪力隨著斷層穿越角度從0°到90°逐漸減小，但穿越角度從90°到180°時，最不利剪力逐漸增加，而橫橋向最不利剪力則呈現(xiàn)出與縱橋向相反的變化趨勢。當穿越角度為90°時墩底縱橋向剪力最小，橫橋向剪力最大。

圖10給出了1#、2#和3#墩墩底的最不利彎矩和扭矩隨斷層穿越角度的變化情況。如圖10a所示，在穿越角度為5°～60°時，1#、2#和3#橋墩縱橋向的墩底最不利彎矩呈迅速增加的狀態(tài)，當穿越角度為60°時，墩底最不利彎矩達到最大值；當θ為60°～105°時，最不利彎矩迅速減小的形態(tài)；當穿越角度為105°～175°時，最不利彎矩則為一個比較平穩(wěn)的平臺值。由圖10b可以看出，當穿越角度為15°～45°和120°～175°時，1#、2#、3#橋橋墩墩底的橫橋向最不利彎矩呈增加趨勢；當穿越角度為45°～120°時，橋墩墩底的橫橋向最不利彎矩呈減小趨勢。斷層距離越遠，縱、橫橋向橋墩墩底的最不利彎矩越小。由圖10c可以看出，1#、2#、3#橋墩底的最大扭矩隨斷層穿越角度的增大呈先增大后減小的趨勢，當穿越角度為90°時最不利扭矩最大。結(jié)合梁端兩側(cè)邊支座縱向位移反應(yīng)并不相同的特點，可知支座發(fā)生了扭轉(zhuǎn)變形，說明跨斷層橋梁結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題是不可忽視的。

4.2穿越位置

為了研究斷層穿越位置對跨斷層簡支梁橋地震反應(yīng)及構(gòu)件損傷的影響，假設(shè)斷層從橋梁第2跨以90°穿越，通過與從邊跨第1跨穿越進行對比，分析橋墩、支座、及主梁等關(guān)鍵構(gòu)件的位移反應(yīng)。

圖11a給出了M=6.5、6.7和7.6時，1#～4#主梁的縱橋向峰值位移和殘余位移。由圖11a可以看出，穿越位置由第1跨變?yōu)榈?跨時，2#和3#主梁的縱向峰值位移會增加，尤其是M=6.7和7.6時，峰值位移的增加更加明顯；當M=6.7時，2#和3#主梁的縱橋向峰值位移比斷層從邊跨穿越時的縱橋向峰值位移依次增大了約30%和22%。穿越位置的改變也會改變1#～4#主梁的縱橋向殘余位移。不同震級下，除了2#主梁的縱向殘余位移均會增大外，其余主梁受穿越位置變化的影響并不一致?？v橋向峰值位移也有類似表現(xiàn)，由前文分析可知不同震級下，跨斷層地震動向前方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)的耦合對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響并不一致，故主梁的縱向峰值位移和殘余位移的變化情況比較復(fù)雜。圖11b給出了M=6.5、6.7和7.6時，1#～4#主梁沿橫橋向的峰值位移和殘余位移。從圖中可知，斷層從第2跨穿越時，會增加1#和2#主梁的橫向峰值位移和殘余位移反應(yīng)，但對3#和4#主梁的位移影響較小，3#主梁位移小幅減小，4#主梁的位移小幅增加。斷層位置的改變使2#主梁發(fā)生嚴重剛性旋轉(zhuǎn)?？梢钥闯觯诓煌鸺墪r，斷層穿越位置對主梁橫橋向位移反應(yīng)的影響規(guī)律基本一致，因為主梁橫橋向主要受跨斷層地震動平行斷層的滑沖效應(yīng)影響最為明顯，受兩種效應(yīng)耦合影響較小。

圖12給出了斷層從第1跨和第2跨穿越橋梁結(jié)構(gòu)時1#、2#、3#橋墩的縱、橫橋向位移峰值及其位移延性系數(shù)。從圖上可以看出，當M=6.5和7.6時，與斷層從橋梁邊跨穿越相比，斷層從中跨穿越時，橋墩縱向峰值位移略有增加，其中1#橋墩的峰值位移增加最為明顯，當M=6.7時，縱向位移略有減小，1#、2#、3#橋墩的縱橋向位移減小幅度基本一致，這可能也是因為跨斷層地震動向前方向性效應(yīng)和滑沖效應(yīng)的耦合作用，使得不同震級下，斷層穿越位置的影響略有不同。斷層從中間穿越時，無論震級大小，橋墩的橫向峰值位移造成的1#、2#、3#橋橋墩的損傷均有所降低，尤其當M=6.7和7.6時，橋墩橫向位移大幅降低，這可能是由于本研究沒有考慮了樁基的影響，加之跨斷層地震動兩種效應(yīng)的耦合作用，使橋墩橫橋向損傷有所減輕。

圖13給出了M=6.5、6.7和7.6時，各支座的縱橫向峰值位移。斷層從橋梁第2跨穿越，會增大1#和2#主梁處的支座位移反應(yīng)，尤其當M=7.6時，增加最為明顯，但對3#橋墩和4#橋臺處的支座縱向位移反應(yīng)影響較小，所以兩處支座的縱向位移變化不大。由于斷層穿越位置的變化，使得0#橋臺距離斷層相對較遠，故0#橋臺處的支座的縱向位移略有減小。由于斷層從1#和2#橋墩之間穿過，會使1#R和2#L支座的橫橋向位移增大。震級較小時，由于擋塊的約束，支座橫向位移增加并不明顯，而當M=7.6時，擋塊發(fā)生破壞，失去約束作用，支座的位移大幅增加。斷層穿越位置的改變，對其余位置的支座橫向位移影響并不明顯。但斷層無論是從邊跨穿越還是中跨穿越，均會使橋臺處支座劇烈滑動，橋墩處支座也均達到板式支座的滑動屈服位移，且根據(jù)前文研究，支座峰值位移出現(xiàn)在地震早期，即板式支座在跨斷層地震動下很早已滑動失效，其工作性能受到嚴重影響。因此要提升受到跨斷層地震動威脅的板式支座多跨簡支梁橋的抗震性能，需防止其支座過早滑動。

5結(jié)論

本文研究了跨走滑斷層多跨簡支梁橋在地震動作用下的地震反應(yīng)，分析了斷層的不同穿越角度和穿越位置對多跨簡支梁橋地震反應(yīng)的影響，得到以下主要結(jié)論：

（1）地震動作用下，跨走滑斷層橋梁結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)劇烈。震級較大時，劇烈的地震反應(yīng)會使橋墩縱橫向均發(fā)生嚴重損傷，同時板式橡膠支座開始過早滑動，進一步放大了主梁的位移，加劇了落梁風(fēng)險。

（2）斷層的穿越角度對多跨簡支梁橋地震反應(yīng)的影響較為明顯，斷層垂直穿越橋跨時對橋墩橫向反應(yīng)最為不利；斷層的穿越位置對不同構(gòu)件的反應(yīng)峰值影響規(guī)律較為復(fù)雜，斷層從橋梁中跨穿越比從邊跨穿越更易引發(fā)落梁。

（3）地震動作用下，跨走滑斷層簡支梁橋的橋墩和支座表現(xiàn)出較大的扭轉(zhuǎn)需求，在對其開展設(shè)計分析時須關(guān)注墩柱和支座的抗扭性能。

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Seismic Response Characteristics and Parameter Analysis of the Multi-span?Simply Supported Girder Bridge across Strike-slip Faults

SHI Yan，WANG Wenxian，ZHAO Haomiao，YANG Xiong，CHAI Wenyang

（School of Civil Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，Gansu，China）

Abstract

To investigate the seismic response of the multi-span simply supported girder bridge across the strike-slip fault，a 3-dimensional dynamic elastic-plastic analysis model is established for a 4-span simply supported girder bridge by using OpenSees.Forty sets of bidirectional ground motions across the fault are synthesized by the decomposition-incorporation method.These ground motions are then input into the model through multi-support excitation.A dynamic nonlinear time history analysis is carried out to investigate the seismic response of the multi-span simply supported girder bridge under the action of the ground motions across the strike-slip fault.In addition，the effects of the crossing angle and the crossing position of the multi-span simply supported girder bridge across a strike-slip fault on the bridge are analyzed.The results show that the bridge under the action of the ground motions across a strike-slip fault will experience a significant displacement response.Both the crossing angle and the crossing position have a significant effect on the seismic response of the bridge.Additionally，the torsion effect of the simply supported girder bridge under the action of the cross-fault ground motions should not be neglected.

Keywords：?across-fault ground motions；multi-span simply supported girder bridge；seismic response；seismic damage；parameter analysis

*收稿日期：2023-06-14.

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（52268075）；甘肅省重點研發(fā)計劃（22YF7GA161）；隴原青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才（團隊）項目（20230201）.

第一作者簡介：石巖（1985-），教授，博士，主要從事橋梁抗震及損傷控制研究.E-mail：syky86@163.com.

通信作者簡介：王文仙（1999-），碩士研究生在讀，主要從事橋梁抗震研究.E-mail：wangwx103@163.com.

石巖，王文仙，趙昊淼，等.2024.跨走滑斷層多跨簡支梁橋地震反應(yīng)特征與參數(shù)分析［J］.地震研究，47（3）：461-473，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0048.

Shi Y，Wang W X，Zhao H M，et al.2024.Seismic response characteristics and parameter analysis of the multi-span simply supported girder bridge across strike-slip faults［J］.Journal of Seismological Research，47（3）：461-473，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0048.