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大量宏观震害经验和强地震动观测数据表明,重灾区多沿断层区域呈狭长条带状分布,该区域地震动呈现出短持时、高幅值和大脉冲等特殊运动特性,常见的脉冲周期介于1.0~13.0 s之间,具有高柔度、长周期等特点的大跨度桥梁(如斜拉桥等)自振周期几乎位于该范围内,因此近断层地震动可能导致大跨桥梁发生共振反应,对该类型桥梁具有显著不利影响。实测近断层地震动记录,尤其是脉冲型地震动数量相对不足,根据PEER强震数据库,断层距小于40 km内仅有140个台站记录到脉冲型地震动,且考虑到近断层地震动形成机理复杂,使得对近断层地震动特性的认识及其对大跨桥梁影响机理的研究尚未深入,且考虑到近断层地震动的严重破坏性,有必要开展大跨桥梁结构振动控制的研究。基于此,本文围绕近断层地震动特性及其作用下斜拉桥的震害机理、斜拉桥振动控制及抗震能力评估2个关键科学问题进行研究。首先,研究了近断层地震动空间分布特征及脉冲型地震动的特殊运动特性,为开展近断层大跨斜拉桥抗震性能分析提供了地震动输入依据;其次,分析了具有不同运动特性(包括空间分布特征和脉冲特征)的近断层地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响,明确了近断层效应作用下大跨斜拉桥结构的震害机理;最后,针对近断层斜拉桥的响应特点,提出了基于形状记忆合金丝(SMA)的新型智能铅芯橡胶支座(SMA-LRB),采用动力时程分析和易损性分析方法评估了减震和非减震斜拉桥的抗震性能和损伤概率。主要研究内容及结论如下:1.近断层空间分布区域对大跨斜拉桥动力响应的影响根据桥位与断层的空间相对位置关系,将近场波分为破裂前方区域(Forward Region,FR)、断层破裂区域(Middle Region,MR)和破裂后方区域(Backward Region,BR)三类波。以苏通大桥为研究对象,分析了断层分区、SSI效应及桥梁-断层相交角度对大跨斜拉桥地震响应的影响。研究表明:三个断层区域内斜拉桥地震响应规律和量值均有显著差异,不同区域结构动力响应与地震动特征参数相关程度迥异;SSI效应可放大桥梁结构位移响应并改变结构的自振频率;对于MR区域和BR区域,应采用PGV及PGA作为结构动力响应参数的评估指标;对于FR区域,须重点控制结构的变形,其动力响应与PGV相关参数具有明显相关性。2.脉冲型地震动对大跨斜拉桥地震响应影响分析分析了破裂前方效应、滑冲效应和无脉冲效应地震动作用下主梁、主塔及斜拉索的地震响应特点,研究表明:脉冲效应地震动可明显放大斜拉桥的地震响应;相较于破裂前方地震动,滑冲效应地震动对结构破坏作用更为显著。提出了脉冲地震动“分解-叠加”法,从反应谱特性分析及结构地震响应两方面对新提出的合成方法进行了验证,证明了合成方法的有效性,评估了近断层地震动高频成份和低频脉冲成份对结构响应的影响。3.智能减震支座工作性能及其对大跨斜拉桥地震响应控制提出了一种新型的基于形状记忆合金丝的智能铅芯橡胶支座(SMA-LRB),对SMA的力学特性进行了试验研究,提出了该新型减震支座的本构模型,并通过二次开发技术将其嵌入到OpenSees软件,分析和对比了近断层地震动作用下减震(LRB和SMA-LRB)和非减震斜拉桥(漂浮体系和塔梁固结体系)的地震响应特点。研究表明:相较于漂浮体系及LRB减震斜拉桥,SMA-LRB可有效减小主梁的位移响应,同时降低LRB的残余变形;相较于塔梁固结体系,具有高耗能能力的智能支座可有效降低主塔的塔底剪力。4.基于易损性分析的近断层大跨斜拉桥抗震性能评估建立了边墩、主塔、斜拉索及减震支座等4个构件的易损性曲线,基于可靠度理论形成了桥梁体系的易损性曲线,进而评估了桥梁系统的抗震性能。研究表明:斜拉桥体系的损伤概率高于单一构件的损伤概率;近断层地震动作用下,在斜拉桥体系发生中等、严重和完全损伤状态时,减震支座的损伤概率均为各构件中最高,主塔损伤概率较低,仅出现轻微损伤;相较于LRB,安装SMA-LRB可明显降低斜拉桥体系的损伤概率;在强震作用下,主塔、桥墩及斜拉索发生完全破坏的概率较小。本文聚焦于近断层地震动作用下大跨斜拉桥的抗震性能及其振动控制,开展了近断层地震动特性、斜拉桥地震响应规律、减震控制装置研发及易损性分析等方面的研究,研究成果可为近断层大跨桥梁工程的实施提供一定的理论和技术支撑。