橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性受場(chǎng)地條件及土-結(jié)相互作用影響顯著，為提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能、減少因結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失，在橋梁工程抗震設(shè)計(jì)中需充分考慮場(chǎng)地效應(yīng)及樁-土-橋體系的相互作用。隨著強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)日益豐富，數(shù)字信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)合有限元模型優(yōu)化技術(shù)的參數(shù)識(shí)別，大大提高了分析不同強(qiáng)度地震作用下的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析結(jié)果的可靠性。

為研究土-結(jié)相互作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)破壞程度的影響，本研究開展了考慮場(chǎng)地土體非線性以及土-結(jié)相互作用等復(fù)雜效應(yīng)下橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的分析。以加州典型樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)體系為例，利用美國(guó)太平洋地震研究中心大型開源有限元軟件的模型優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)陣的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證、分析樁基上布有強(qiáng)震儀的E-7號(hào)橋墩模型（圖 1）以及橋梁-樁-土體系相互作用分析模型（圖 2）的可靠性，探索強(qiáng)震動(dòng)作用下橋梁-樁-土動(dòng)力相互作用機(jī)制。

圖 1  E-7號(hào)橋墩立面圖及有限元模型

圖 2  Eureka大橋強(qiáng)震儀布設(shè)圖及有限元模型

本研究的創(chuàng)新體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1. 基于結(jié)構(gòu)臺(tái)陣強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)識(shí)別手段，在時(shí)域以及頻域內(nèi)對(duì)不同強(qiáng)度地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)重要參數(shù)進(jìn)行識(shí)別提取；2. 提出基于強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的土-結(jié)相互作用重要參數(shù)的識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)體系模型更加準(zhǔn)確地描述（圖 3）；3. 對(duì)比優(yōu)化后的OpenSees有限元模型參數(shù)，評(píng)價(jià)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確率，提高了樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力響應(yīng)預(yù)測(cè)的精度。

圖 3. 基于OpenSees-SNOPT優(yōu)化技術(shù)的橋墩墩底彈簧參數(shù)的校正

隨著我國(guó)重點(diǎn)城市群、重要經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的迅速發(fā)展與工程抗震設(shè)防要求的日益提高，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析時(shí)，需最大限度的減小因樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)模型的不確定性引起的對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)評(píng)估的偏差。目前，日益豐富的鉆井臺(tái)陣以及橋梁結(jié)構(gòu)臺(tái)陣強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)，為合理、準(zhǔn)確建立樁-土-橋梁體系計(jì)算模型，系統(tǒng)分析、評(píng)價(jià)樁-土相互作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的非線性地震響應(yīng)的影響提供了有效的手段。

研究成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（Wang, N., Elgamal, A., & Lu, J. (2022). Seismic response of the Eureka Channel Bridge-Foundation system. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 152, 107015.）。研究受美國(guó)加州強(qiáng)震觀測(cè)計(jì)劃（SMIP 1017-565）、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金（CMMI-1201195）、中國(guó)地震局地球物理研究所基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)（DQJB21B37）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NSFC 51708518）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

王寧，女， 1977年出生，副研究員，主要從事地震工程方面的科學(xué)研究工作，研究?jī)?nèi)容包括：基于強(qiáng)震動(dòng)記錄的場(chǎng)地土體動(dòng)力特性識(shí)別方法研究、復(fù)雜軟弱場(chǎng)地土-結(jié)動(dòng)力相互作用機(jī)理研究及土動(dòng)力學(xué)研究。