近断层地震动空间分布特性下高速铁路简支桥损伤机理与功能安全研究

本文系统研究了近断层地震动空间变异性对高速铁路简支桥损伤机制的影响，通过建立震源-波场-结构-功能全链条分析框架（SEM模拟），揭示了断层破裂模式与类型对桥梁结构安全及震后列车运行功能的影响规律，为近断层区高铁桥梁抗震设计与安全评估提供了重要理论依据。

　　

Highlight

近断层地震动展现出区别于远场地震动的鲜明特征，主要源于断层破裂过程和与震源相关的近场效应。研究表明其典型特征包括：（1）前向方向性效应：当破裂传播方向与场地位置大致对齐时，断层法线方向常产生强烈速度脉冲；（2）滑冲效应：在破裂方向垂直于断层的区域，地面可能出现永久性位移；（3）显著的竖向运动：尤其在逆冲断层事件中；（4）强空间变异性：不同空间位置的波场强度和频谱特性存在巨大差异。

Project overview

研究区域内的两座桥梁，记为B₁和B₂，分别为柳皇沟大桥和干柴滩大桥。柳皇沟大桥位于兰新高铁线上的祁连山隧道与大梁隧道之间，采用八跨简支梁配置。干柴滩大桥坐落于大梁隧道南侧，采用多跨简支梁配置。两座桥均是典型的双轨高速铁路简支梁桥。

The influence of fault parameters on the wave field distribution characteristics and bridge damage

本节系统比较分析了不同断层类型和破裂机制下地震波场的空间分布模式及相应铁路桥梁的损伤水平。以第2节描述的场地模型为参考，通过改变断层破裂起始点和滑动角，研究了不同断层距离下、不同断层机制（走滑、正断、逆断）及不同破裂模式（单侧与双侧破裂）的地震波场分布特征和桥梁损伤模式。

Conclusion

本研究提出了一个覆盖震源、波场、结构响应和功能损伤的源-结构全链条模拟框架，并通过典型地震案例验证了其可靠性。基于该框架，系统分析了不同破裂模式和断层类型下近断层地震动的空间分布特征，并从结构安全功能和震后列车运行安全角度研究了断层参数对高速铁路桥梁功能损伤的影响机制。量化了不同功能需求下、不同断层机制对应的最小安全断层距离。研究成果可为近断层区桥梁选址、限速运行及抗震设计与加固提供工程指导。