Parallel partitioned method of seismic response analysis for seawater-seabed-bridge system

Abstract

我国沿海地区有多座已建或在建的跨海大桥，由于其位于环太平洋地震带上，地震较为频发，如何保障这些跨海大桥的地震安全十分重要。然而，跨海大桥地震反应分析涉及到海水-海床-桥梁的相互作用，问题十分复杂，目前仍缺乏高效的分析方法。本文将地震作用下海水-海床-桥梁系统的反应分析问题看作是地震波经基岩、海床、海水入射到跨海桥梁的散射分析问题，发展了一套地震作用下海水-海床-桥梁系统反应分析的高效方法，并编制了相关分析程序。首先，采用传递矩阵方法得到地震波入射时海水-海床-基岩水平成层场地的自由场，结合人工边界条件，实现地震波散射分析的输入；其次，将海水、饱和海床、基岩采用广义饱和多孔介质模型统一进行描述，将海域场地中海水、饱和海床、基岩间的耦合分析统一在广义饱和多孔介质模型计算框架下，并通过集中质量显式有限元方法实现，可避免不同介质及方程之间的相互耦合，实现海域场地的高效有限元分析；然后，将海域场地-桥梁系统进行分区，海域场地和桥梁分别建模，并选择适合各自特点的分析方法和计算时间步距，实现海域场地-桥梁相互作用的分区并行分析。最后，以港珠澳大桥青州航道桥为例，根据港珠澳大桥青州航道桥地震设防标准、所处海域条件，采用调幅后的3条实际地震动记录作为输入，分析了青州航道桥的地震响应特征。