基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法
本发明属于地震实验，具体涉及基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法。
背景技术：
1、跨断层桥梁相较于近断层桥梁震害更加严重，其原因主要是跨断层桥梁主要受地震动和地表大变形共同影响。
2、基岩错动对工程场地的影响一般来讲分为基岩两盘破裂产生的场地地震动效应和位错两盘相对运动时场地破裂效应两部分：即基岩破裂释放能量导致其上覆盖层土体产生地震动和基岩位错两盘发生相对运动，导致场地土体破裂并在破裂带区域产生地表不均匀变形。
3、针对跨断层工程场地地震动的输入，研究人员提出了三种模拟方法：1.基于不同脉冲模型模拟断层区域的脉冲效应，再结合实际地震动记录进行滤波分解-叠加，得到地震动时程的脉冲函数模拟方法；2.从振源特性出发，考虑地震波的传播路径效应计算地表地震动的震源模型模拟方法；3.将确定性方法和随机方法结合的混合方法。上述方法各有特点，但由于缺乏跨断层两侧的实测地震动记录，获取经过验证的跨断层地震动输入是亟需解决的问题。
4、因此本发明为验证跨断层桥梁地震动输入的有效性，基于考虑基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错对跨断层桥梁场地的影响，提出基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法。
技术实现思路
1、本发明为验证跨断层桥梁地震动输入的有效性，基于考虑基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错对跨断层桥梁场地的影响，目的在于提供了基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法。
2、为了解决技术问题，本发明的技术方案是：
3、一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，所述方法包括：
4、s1：建立位错两盘相对运动的跨断层桥梁物理模型试验场地和亚克力玻璃材料桥梁相似模型，通过试验采集并记录基岩两盘相对运动的地表破裂带处的加速度和桥梁应变数据；
5、步骤1中，建立位错两盘相对运动的跨断层桥梁物理模型试验场地，将此次试验命名为test 1(简称为t1)。试验基于大型发震断裂物理模型试验箱体进行。
6、进一步的，根据真实桥梁场地的覆盖层厚度以1：20几何相似比设计，在大型发震断裂物理模型试验箱体内建立了1m厚的覆盖层场地。
7、进一步的，建立了包括桩基础、承台、桥墩、桥面板、垫块的亚克力玻璃材料桥梁相似模型。
8、进一步的，在1m厚的覆盖层场地上，以跨断层桥梁震害最为严重的不利位置布置桥梁模型。
9、进一步的，在覆盖层场地及桥梁相似模型上相应的测试位置布置加速度传感器、应变传感器，进行t1试验。
10、进一步的，位错两盘相对运动时，对采集到的距地表破裂带0.5m的主动盘一侧的加速度acc-t1和桥梁应变数据ε-t1进行分析统计。
11、s2：建立基岩错动模式下跨断层桥梁模型试验场地和混凝土工程基岩模型，通过试验采集基岩错动模式下地表破裂带处的加速度和桥梁应变数据；
12、步骤2中，建立基岩错动(即基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错)模式下跨断层桥梁模型试验场地，将此次试验命名为text 2(简称为t2)。所述基岩错动模式下跨断层桥梁模型试验场地是在第一部分试验场地条件下加上工程基岩模型组成。工程基岩，是指由于两盘错动释放能量引发其对工程场地建(构)筑物造成震害的那部分地下基岩。
13、进一步的，结合模型几何物理相似并考虑强震动下基岩错动量，建立混凝土基岩模型并将其放置在大型发震断裂物理模型试验箱体底部。
14、进一步的，在该工程基岩上布置与第一部分完全相同的试验场地，进行t2试验。
15、进一步的，对第一部分相同位置(地表破裂带0.5m的主动盘一侧)的加速度计上采集到基岩错动模式下地表破裂带附近的加速度acc-t2和桥梁应变数据ε-t2进行数据分析。
16、s3：建立基于两盘破裂产生的基岩地震动输入下的桥梁模型振动台试验，将步骤s2所述的加速度通过地震动反演程序，反演成基岩地震动后输入到振动台，通过试验采集到两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度和桥梁应变数据；
17、步骤3中，建立基于两盘破裂产生的基岩地震动输入下的桥梁模型振动台试验，将此次试验命名为text 3(简称为t3)。
18、结合步骤s2，将采集到的基岩错动模式下地表破裂带附近的加速度acc-t2通过常用反演程序反演成基岩地震动acc-t2*，并作为该试验的地震动输入。
19、进一步的，将大型发震断裂物理模型试验箱体和振动台通过钢板进行固定，在大型发震断裂物理模型试验箱体内布置与第一部分完全相同的试验场地。
20、进一步的，将反演完成的基岩地震动acc-t2*输入到振动台，进行t3试验。
21、进一步的，对第一部分相同位置(地表破裂带0.5m的主动盘一侧)的加速度计上采集到两盘破裂产生的场地地震动下加速度acc-t3和桥梁应变数据ε-t3进行数据分析。
22、s4：将所述acc-t1与acc-t3合成，与acc-t2对比，验证基岩错动模式下，跨断层桥梁破裂带附近地表加速度可采用两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度叠加位错两盘相对运动的破裂带附近地表加速度来近似模拟；将所述ε-t1、ε-t3和ε-t2应变进行对比，验证基岩错动模式下，跨断层桥梁应变响应可采用基于两盘破裂产生的基岩地震动下跨断层桥梁应变响应叠加位错两盘相对运动的跨断层桥梁应变响应来近似模拟。
23、步骤s4中，将第一部分采集的acc-t1加速度时程与第三部分采集的acc-t3加速度时程合成，与第二部分采集的acc-t2进行对比，验证基岩错动模式下跨断层桥梁破裂带附近地表加速度(acc-t2)可采用两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度(acc-t3)叠加位错两盘相对运动的破裂带附近场地加速度(acc-t1)来近似模拟。
24、进一步，即步骤s1：根据真实桥梁场地的覆盖层厚度以几何相似比建立了1m厚的跨断层桥梁物理模型试验场地和亚克力玻璃材料桥梁模型；根据跨断层模型试验经验，选择震害最为严重的区域布置桥梁模型和试验场地传感器，在试验过程中采集到加速度acc-t1和桥梁应变数据ε-t1。
25、进一步，即步骤s2：构建基岩相似模型并基于步骤s1的试验建立了基岩错动模式下跨断层桥梁模型试验场地，在试验过程中采集到加速度acc-t2和桥梁应变数据ε-t2。
26、进一步，即步骤s3：将大型发震断裂物理模型试验箱体和振动台通过固定钢板进行固定，基于步骤s1的试验建立了两盘破裂产生的基岩地震动输入下的桥梁模型振动台试验，将acc-t2通过地震动反演程序，反演成基岩地震动并命名为acc-t2*，再将acc-t2*输入到振动台，通过试验采集到两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度acc-t3和桥梁应变数据ε-t3。
27、进一步，即步骤s4：将步骤s1采集的加速度acc-t1与步骤s3采集的加速度acc-t3合成，并与步骤s2采集的加速度acc-t2进行对比，验证基岩错动模式下跨断层桥梁破裂带附近场地加速度可采用两盘破裂产生的基岩地震动下的地表加速度叠加位错两盘相对运动的破裂带附近场地加速度来近似模拟。将步骤s1采集的应变ε-t1、步骤s3采集的应变ε-t3、步骤s2采集的应变ε-t2进行对比，验证基岩错动模式下跨断层桥梁应变响应可采用基于两盘破裂产生的基岩地震动下跨断层桥梁应变响应叠加位错两盘相对运动的跨断层桥梁应变响应来近似模拟。
28、与现有技术相比，本发明的优点在于：
29、在缺少跨断层地震动实测数据的情况下建立了基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，可以得到珍贵的基于物理模型的跨断层工程场地地表地震动试验数据，获取基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错共同作用下跨断层桥梁工程场地的地震动记录。此试验数据既可用于验证：1.基岩错动模式下跨断层桥梁破裂带附近地表加速度(acc-t2)可采用两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度(acc-t3)叠加位错两盘相对运动的破裂带附近地表加速度(acc-t1)来近似模拟；2.基岩错动模式下跨断层桥梁应变响应(ε-t2)可采用两盘破裂产生的基岩地震动下跨断层桥梁应变响应(ε-t3)叠加位错两盘相对运动的跨断层桥梁应变响应(ε-t1)来近似模拟。基于验证可揭示出基岩错动(即基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错)模式下跨断层桥梁模型试验场地方案的合理性，以此为基础进行多工况的试验及对比分析其工程场地桥梁的震害机理，并且在跨断层桥梁抗震设计中提供了一种考虑基岩错动的脉冲型地震动输入下的合理方法。
技术特征：
1.一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，根据真实桥梁场地的覆盖层厚度以几何相似比建立了1m厚的跨断层桥梁物理模型试验场地和亚克力玻璃材料桥梁模型；根据跨断层模型试验经验，选择震害最为严重的区域布置桥梁模型和试验场地传感器，在试验过程中采集到加速度acc-t1和桥梁应变数据ε-t1。
3.根据权利要求1所述的一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，构建基岩相似模型并基于步骤s1的试验建立了基岩错动模式下跨断层桥梁模型试验场地，在试验过程中采集到加速度acc-t2和桥梁应变数据ε-t2。
4.根据权利要求1所述的一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，将大型发震断裂物理模型试验箱体和振动台通过固定钢板进行固定，基于步骤s1的试验建立了两盘破裂产生的基岩地震动输入下的桥梁模型振动台试验，将acc-t2通过地震动反演程序，反演成基岩地震动并命名为acc-t2*，再将acc-t2*输入到振动台，通过试验采集到两盘破裂产生的基岩地震动下地表加速度acc-t3和桥梁应变数据ε-t3。
5.根据权利要求1所述的一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，将步骤s1采集的加速度acc-t1与步骤s3采集的加速度acc-t3合成，并与步骤s2采集的加速度acc-t2进行对比，验证基岩错动模式下跨断层桥梁破裂带附近场地加速度可采用两盘破裂产生的基岩地震动下的地表加速度叠加位错两盘相对运动的破裂带附近场地加速度来近似模拟。
6.根据权利要求1所述的一种基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，其特征在于，将步骤s1采集的应变ε-t1、步骤s3采集的应变ε-t3、步骤s2采集的应变ε-t2进行对比，验证基岩错动模式下跨断层桥梁应变响应可采用基于两盘破裂产生的基岩地震动下跨断层桥梁应变响应叠加位错两盘相对运动的跨断层桥梁应变响应来近似模拟。
技术总结
本发明公开了基于基岩错动脉冲地震动输入的跨倾滑断层桥梁试验方法，通过建立物理模型试验场地，模拟基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错对桥梁场地的影响，包括模型建立、数据采集、地震动输入模拟和验证四个主要步骤；第一部分，建立位错两盘相对运动的跨断层桥梁物理模型试验场地。第二部分，建立基岩错动(即基岩两盘破裂和基岩两盘相对位错)模式下跨断层桥梁模型试验场地。第三部分，建立基于两盘破裂产生的基岩地震动输入下的桥梁模型振动台试验。第四部分，将Acc‑T1与Acc‑T3合成，并与Acc‑T2进行验证，进一步将ε‑T1、ε‑T3、ε‑T2应变进行对比验证。此方法可获取地震动试验数据，揭示基岩错动模式下桥梁的震害机理，并为抗震设计提供合理方法。
技术研发人员：张建毅,张昊南,周云帆,田静,马建珂
受保护的技术使用者：防灾科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23