一
研究意义
在“交通强国”战略政策的牵引下，铁路和公路快速延伸至偏远且强震频发地区。公铁路网中大量的桥梁结构可能修建于断层附近，甚至直接跨越活动断层。川藏线上大量的桥梁跨越活动断层，采用什么结构形式桥梁跨越断层？断层处地震如何影响跨断层桥梁抗震性能？如何提升跨断层桥梁的抗震韧性？和跨断层桥梁与普通同类桥梁抗震设计有什么区别？等一系列问题有待深入研究。本研究采用数值分析方法对柔性大跨度跨断层悬索桥动力响应进行了初探，主要考虑不同地表破裂位移对悬索桥的动力影响，初步探明影响跨断层悬索桥抗震性能的控制构件和关键位置。研究成果对跨活动断层大跨度铁路悬索桥抗震设计及性能评估提供理论依据，对未来跨断层桥梁抗震规范的修订提供参考。
二
研究内容
1
基于位移激励的动力方程
整理简化方程（1），得方程（2）如下：
式（2）可方便地在通用有限元软件中实现。基于位移的地震激励模式，能考虑断层地震永久地表破裂位移对结构动力响应的影响。
2
断层地震输入
1999年台湾集集地震中实测地震记录(TCU049 和TCU052)被选择作为地震动输入，地震记录距断层小于5公里，可近似认为是断层面两侧地震记录。TCU049 和TCU052记录位置如图1。因为断层处强烈的地面运动，断层面两侧实测地震记录存在基线漂移问题，需对地震记录进行基线校正，实测地震记录校正结果采用同源地震的GPS测站结果来验证正确性如图2。为了研究不同断层破裂位移对大跨度悬索桥动力响应的影响，采用不同地表破裂位移的地震动输入，如图3。
图.1 地震记录台阵和GPS测站布置
图.2 校正后地震记录
图.3 不同断层破裂位移地震
3
数值分析
研究对象为西部某大跨度悬索桥，跨径布置为136m+ 538m+ 136m，处于V峡谷之上，主塔分别高137m和62.5m，桥面宽度27m，见图4。相应的有限元模型如图5。断层地震作用下结构的动力响应如图6。
图.4 断层位置及大跨度悬索桥示意图
图.5 三维有限元模型
图.6 不同断层破裂位移下结构响应
三
研究结论
本文对大跨度跨断层悬索桥跨动力响应进行了初步数值分析，该桥是未专门进行跨断层抗震设计的普通悬索桥，研究表明断层破裂永久位移对大跨度桥梁动力响应有较大影响，导致塔底弯矩超过屈服弯矩，进入塑性，对于跨断层悬索桥需要考虑非线性分析。断层破裂位移通过动力方程求解过程中的拟静力项来对悬索桥的动力产生影响。悬索桥属于柔性结构，从动力学的角度来说，结构动力响应对拟静力项不敏感，采用悬索桥跨越活动断层能减轻永久破裂位移对悬索桥结构动力响应的影响。
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知识点：跨断层大跨度悬索桥动力响应数值分析初探
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