橋梁作為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其震后功能完整性對交通安全與應(yīng)急響應(yīng)至關(guān)重要。鑒于樁基-土-橋梁相互作用系統(tǒng)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)數(shù)值模擬及理論分析難以準(zhǔn)確描述其動力響應(yīng)。振動臺試驗(yàn)作為揭示工程結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)機(jī)制的重要手段，已被廣泛應(yīng)用，然而目前關(guān)于樁-土-橋體系的振動臺試驗(yàn)研究仍較少。

中國地震局地球物理研究所陳紅娟副研究員團(tuán)隊采用振動臺試驗(yàn)技術(shù)開展了樁-粘性土-橋體系的地震響應(yīng)研究，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶蚨?、樁基、承臺及周圍土體，選取三條具有不同特征的El Centro、天津及臥龍地震動作為輸入，以考察不同地震動特性對體系動力響應(yīng)的影響。在模型中布設(shè)加速度計及激光位移計，分別測量橋面、承臺、樁基及土體的動力響應(yīng)。對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析，得到科學(xué)認(rèn)識如下：

在相同條件下，模型土的固有頻率大于整個樁-粘性土-橋系統(tǒng)的固有頻率，且模型土固有頻率和阻尼比的變化模式較橋梁及整個系統(tǒng)更為復(fù)雜；橋梁不同部位的動力放大系數(shù)具有不同程度的放大倍數(shù)，在不同頻率地震動輸入下的變化規(guī)律有很大差異，如圖1所示；樁基的加速度響應(yīng)受到土壤約束，土-結(jié)相互作用降低了樁的地震響應(yīng)，樁基上及等高度土中加速度計測得加速度時程及傅里葉譜，如圖2所示；相同條件下，關(guān)于橋梁模型的峰值位移，天津地震動輸入下的最大，其次是El Centro地震動輸入下的值，臥龍地震動輸入下的值最小，如圖3所示，在進(jìn)行的試驗(yàn)工況下，橋面都沒有發(fā)生落梁；樁-粘性土-橋體系及其構(gòu)件的加速度響應(yīng)對地震波的頻譜特征較為敏感。

本研究系統(tǒng)揭示了樁-粘性土-橋體系在地震作用下的動力學(xué)特性，為橋梁抗震設(shè)計提供了試驗(yàn)依據(jù)，并為后續(xù)數(shù)值模擬和抗震優(yōu)化設(shè)計提供了重要參考。

圖1 峰值加速度及其動力放大系數(shù)

圖2 樁身及土體等高處加速度時程及其傅里葉譜

圖3 橋梁位移幅值

相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（Hongjuan Chen, Mingzhen Gao, M.Hesham El Naggar, Xiaojun Li, et al. Seismic response of pile-cohesive soil-bridge from shaking table array tests. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2025, 194: 109367.）。該研究受中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(DQJB23B23、DQJB22B22)、北京市自然基金項(xiàng)目（8242022)）和國家自然基金項(xiàng)目(62273315、51708519)共同資助。

【作者簡介】

第一作者：陳紅娟，女，工學(xué)博士、博士后，副研究員，碩士生導(dǎo)師，加拿大Western University訪問學(xué)者，主要從事工程結(jié)構(gòu)抗震、巖土地震工程、生命線工程抗震等方面研究工作。E-mail: chenyu94@163.com

通訊作者：M.Hesham El Naggar，男，加拿大Western University教授、博士生導(dǎo)師、加拿大工程院院士，主要從事土動力學(xué)、巖土地震工程等領(lǐng)域研究工作。

通訊作者：李小軍，男，北京工業(yè)大學(xué)“長江學(xué)者”特聘教授、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、博士生導(dǎo)師、北京學(xué)者，作為負(fù)責(zé)人主持多項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金地震科學(xué)聯(lián)合基金（重點(diǎn)）等項(xiàng)目，主要從事地震動特性分析與地震動模擬、地震風(fēng)險與防震減災(zāi)相關(guān)理論、埋地管線和核電等工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)與理論分析等方面研究工作。