震源参数对近断层桥梁结构地震响应的影响分析及应用

摘要

我国位于亚欧大陆东侧太平洋西岸，处于地震多发的地震带交界处，存在的地震断裂带十分活跃。我国有许多重要城市受地震的潜在威胁，特别是临近有潜在活动性风险的断层时，必需要根据断层活动性信息对近断层区的工程结构进行抗震设计。因此，根据地球物理参数进行地震模拟，进而对近断层工程结构的设计和安全性给出参考是一项非常有意义的工作。本文基于有限断层震源模型，利用离散波数有限元方法模拟了不同震源参数（包括：滑动角、倾角、破裂速度和破裂点位置）的近断层地震动场；以此为激励，分析了震源参数对近断层钢筋混凝土桥梁结构的影响；最后，对熊本地震中的某桥梁进行了案例分析。本文主要研究内容如下： （1）模拟合成近断层地震动场。本文采用国际通用的地震用模拟软件COMPSYN，基于有限断层震源模型，以特定震级条件下的基本震源模型（90°倾角、0°滑动角的走滑断层）为例，模拟得到多种断层距的地面地震动时程；而后，设定倾角、滑动角、断层破裂速度和起始破裂点位置为不同取值参量，得到地表观测点处的地震动时程。为后续桥梁结构地震响应分析提供激励模型。 （2）建立某钢筋混凝土连续梁桥的非线性有限元模型。基于OpenSees软件平台，选用恰当的材料、单元模型，建立钢筋混凝土梁桥的上部结构、桥墩、支座、桥台等主要构件，进而完成钢筋混凝土连续梁桥的非线性空间三维有限元模型，对钢筋混凝土连续梁桥的非线性动力反应特性进行分析。 （3）震源参数对桥梁的地震响应影响分析。把模拟得到的不同震源参数的近断层地震动场作为钢筋混凝土连续梁桥的地震动输入，通过对桥梁结构墩顶位移、支座滑动位移、墩底内力和墩底弯矩等参数进行地震响应分析，得到震源参数对桥梁结构地震响应的影响，为工程设计建设提供建议。 （4）根据2016年熊本地震震源特性进行了某桥梁地震反应的案例分析，说明了本文方法的可行性和应用中需要注意的问题。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地震动模拟方法的研究现状

1.2.2震源模型的研究现状

1.2.3 震源参数的研究现状

1.3 本文主要研究工作

（1）近断层地震动场的模拟

（2）钢筋混凝土连续桥梁的非线性有限元模型建立

（3）桥梁的地震反应受断层参数的影响分析

（4）根据2016年熊本地震震源特性进行了某桥梁案例分析

第2章基于有限断层方法的地震动场模拟

2.1引言

2.2有限断层模型

2.2.1 断层尺寸的确定和子断层的划分

2.2.2滑动的时、空不均匀分布

2.2.3震源时间函数

2.3地震动场的模拟

2.3.1地震动场的合成方法介绍

2.3.2 基本断层模型及模拟结果

2.3.3 不同滑动角和倾角的断层模型及模拟结果

2.3.4不同初始破裂点位置的断层模型及模拟结果

2.3.5不同破裂速度的断层模型及模拟结果

2.4小结

第3章钢筋混凝土桥的有限元模型建立

3.1引言

3.2桥梁模型简介

3.3 材料模型

3.3.1 混凝土模型

3.3.2钢筋本构模型

3.4单元模型

3.4.1 上部结构及支座桥台

3.4.2 桥墩模型

3.5桥梁动力特性分析

3.6小结

第4章震源参数对近断层桥梁结构的影响分析

4.1引言

4.2倾角滑动角对桥梁地震响应的影响

4.3初始破裂点位置对桥梁地震响应的影响

4.4破裂速度对桥梁地震响应的影响

4.5小结

第5章熊本地震中某近断层桥梁的地震反应模拟分析

5.1 引言

5.2 熊本地震的震源模型

5.2.1 震源参数

5.2.2 介质模型

5.2.3观测台站的选择

5.3 桥梁的选择与模拟计算

5.4 小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢