近年来的几次大地震中,多座桥梁由于跨越断层而发生严重破坏甚至全桥垮塌,为了避免断层对结构造成破坏,国内外相关规范都明确指出禁止桥梁结构跨越断层或与断层之间设置一定的避让距离。然而由于一些客观因素的限制,采用桥梁形式跨越断层在所难免。目前,我国对跨断层桥梁结构的设计研究工作尚处于初始阶段,缺乏可借鉴的文献资料和设计规范,对跨断层桥梁的设计也主要通过提高设防烈度的方法进行抗震设防。随着越来越多的桥梁结构在高烈度区地震的建设,开展跨断层桥梁的抗震研究工作具有非常重要的工程应用价值和理论研究意义。鉴于此,本文从跨断层桥梁结构抗震设计的角度出发,对跨断层桥梁的地震动输入、分析模型、结构地震响应及减震控制措施等方面进行研究。主要研究了以下几个问题:1.提出了基于人工合成的跨断层桥梁场地地震动时程模拟方法。首先,利用Dabaghi提出的方向性脉冲模型,模拟断层方向性脉冲分量,利用Vaez提出的滑冲脉冲模型,模拟断层滑冲脉冲分量;其次,将设计反应谱作为目标谱进行拟合得到脉冲型地震动的高频分量,将脉冲分量分别与高频分量叠加合成具有多种频率成分的跨断层脉冲型地震动时程,上述模拟方法所得地震动时程可同时考虑桥址场处特征及断层两侧支承所具有的不同脉冲型地面运动特征;最后,讨论了断层距对跨断层脉冲型地震动的影响。研究结果表明,当断层距R>50km时方向性效应和滑冲效应不明显,可按远场地震进行处理。2.研究了适用于跨断层桥梁地震动输入的非一致激励模型。基于位移输入模型和加速度输入模型推导出了非一致地震激励下结构动力方程,并以敦格铁路阔克萨桥为例,对两种输入模型在跨断层桥梁地震响应分析中的适用性进行了分析。结果表明,位移输入模型可考虑断层错动导致的地面永久位移对结构地震响应的影响,能够真实反应跨断层桥梁在地面运动结束后桥墩具有的残余变形及内力,适用于跨断层桥梁多点激励响应分析。3.分析了跨断层桥梁地震响应特性及影响规律。基于本文确定的地震动时程模拟方法和输入模型,采用非一致时程分析法对算例桥梁进行计算,从内力和位移两个方面研究了跨断层桥梁的地震响应特征,并对其计算结果进行了讨论。结果表明,跨断层桥梁地震响应特征和近场、远场地震动桥梁具有显著特征差别,若忽略断层场地特征,通过提高设防烈度的方法进行桥梁抗震设计是不合理的;分析了断层距和车辆荷载对跨断层桥梁的影响,得到了上述因素对该类桥梁地震响应的影响规律,并对跨断层桥梁的设计提出了初步建议。4.针对断层地震动低频脉冲分量丰富会对结构造成严重破坏这一显著问题,首次设计开发了一种能够适用于断层地震动的粘弹性阻尼器。对其在不同温度、频率、应变幅值和厚度下进行性能试验研究,以研究阻尼器的耗能能力及各项特性参数对其耗能能力的影响,寻求不同参数对粘弹性阻尼器性能的影响规律。5.应用粘弹性阻尼器对跨断层桥梁实施了被动控制。建立了具有粘弹性阻尼器桥梁结构的减震控制方程,基于模态应变能法提出了粘弹阻尼控制系统的求解方法;对粘弹性阻尼器参数进行设计的两种方法分别进行了讨论和分析,提出了粘弹性阻尼减震控制系统的设计方法和一般步骤,最后对阔克萨桥用所设计的粘弹性阻尼器进行减震控制,分析了墩顶减震体系和墩底减震体系的减震控制效果。结果表明,对跨断层桥梁进行粘弹性阻尼减震控制,能够起到减小结构地震响应的目的,且墩底减震体系的减震效果要好于墩顶减震体系,但在进行设计时要进行特殊处理,后期无法维修更换,而墩顶减震体系却可以避免这些问题,不仅能够对新建桥梁进行减震控制,而且也可以对既有桥梁进行抗震加固。