大跨度结构一般都是重要的公众设施,如超长桥梁、体育馆、大型水坝及核电站管线等等,其地震安全性对于设施的正常运行乃至公众的生命财产至关重要。如何在设计和建造阶段就使它们具有足够的抗震能力和合理的安全度,始终是各国工程界、学术界十分关注的问题。区别于一般平面尺寸较小的结构(如电视塔、烟囱等),大跨度结构具有较大的平面尺寸。地震观测表明,地震波在沿这些大跨度结构的传播过程中明显发生变化。导致结构的不同支座发生不同的运动。因此在大跨度结构的抗震分析中应考虑地震动的空间变化效应。 本文围绕交通部部标准“公路桥梁抗震设计规范”的研究课题,针对桥梁抗震基本方法及大跨度桥梁抗震设计专题,重点研究了地震地面运动的空间变化效应对大跨度结构地震响应的影响,具体工作为如下两个方面: 1) 借助于虚拟激励法,深入研究了行波效应对结构地震响应的影响。对于一具有两个地面支撑的单自由度体系,推导出内力功率谱的解析表达式,以此为基础,分析了地震波视波速对体系极值响应的影响,并讨论了动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的贡献。计算结果表明,对于跨度较大或地震波视波速较小的结构,内力随视波速的变化显著发生改变;动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的影响与结构的自振频率和波速都有很大关系。最后,对一实际悬索桥采用不同的地震波视波速进行随机地震响应分析,计算结果进一步表明行波效应对结构地震响应的影响非常大。 2) 将虚拟激励法进一步推广应用于考虑行波效应、部分相干效应和场地响应效应联合作用的情况。这些效应对结构地震响应的影响方式通过两个算例进行了详细的分析。计算结果表明:地震地面运动的空间变化效应对结构的响应有着显著影响,并且与结构的自振频率密切相关。另外,拟静位移分量、动态相对位移分量及其耦合分量对结构地震响应的影响也做了详细的讨论,这些影响也与结构的自振频率密切相关。