跨活动断层隧道安全是当前困扰铁路工程建设的重点难题之一。有关跨断层隧道的研究工作主要以数值模拟为主，但现阶段用于分析跨断层隧道的有限元结构模型的构建精细化程度往往不高，因此，也较难准确地反映实际结构在断层错动作用下的受力与变形特征。文中分别考虑隧道仰拱填充、铁路轨道基础和轨道等的影响，采用有限元软件ABAQUS建立了3种精细化程度不同的隧道结构模型，与常用简单圆环结构模型进行了对比研究，较详细地分析了跨断层隧道结构以及附属轨道系统在活动逆断层作用下的受力和变形特点。结果表明：模型的精细化程度对隧道结构的应力水平及变形计算结果影响明显，考虑底部填充层和内部附属结构时，隧道结构的纵向刚度和整体性得到加强，总体上使结构抵抗断层作用的能力得到提高。同时，鉴于2022年青海门源发生的6.9级地震中，隧道轨道及其附属设施遭受了严重破坏的实际情况，为了深入探究轨道在断层错动位移影响下的力学响应与变形机制，依托隧道精细模型，对轨道在走滑断层作用下的受力变形特性进行了专项研究。研究结果可为跨断层隧道结构数值模拟研究提供参考，亦为隧道结构韧性评估提供计算依据。

以准确区分天然地震与非天然地震为目标，构建了一种基于一维卷积和残差结构的神经网络模型：ResNet-1D。该模型利用不同长度卷积核的卷积层、最大池化构成的池化层和残差结构自动提取三分量地震记录特征，采用适应性矩估计方法（Adams）作为优化参数，利用线性判别函数（Linear）实现天然地震与非天然地震区分。以2008—2020年中国地震台网中心统一编目报告的天然地震和非天然地震共40000条速度记录，随机划分为6∶2∶2的比例构建训练数据集、验证数据集和测试数据集。研究结果表明：天然地震和非天然地震的分类准确率分别为92.65%和94.30%，与传统机器学习方法比较，ResNet-1D模型在准确率、精确率、召回率和F1分数的测试结果均有明显提升，有效地提高了天然地震和非天然地震识别的准确性。同时，震级和震中距的变化对模型分类准确率都有影响，具体表现为震级越高，准确率越低；震中距越大，准确率越低。文中提出的模型具有更高的准确性，可为地震监测中的天然地震与非天然地震准确区分提供技术支撑。

基于卷积神经网络，提出了一种快速预测高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤的方法。为得到更多地震动信息，通过连续小波变换，将一维地震动数据输入变换成三维图像输入。通过对比损伤样本库中的结果，验证了提出方法的可靠性，分析了卷积神经网络的不同超参数对预测结果和训练时长的影响，得到了贝叶斯优化后的卷积神经网络超参数组合，对比了不同抗震分析方法得到高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤所需时间。利用优化后的卷积神经网络预测了高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统中不同关键构件的震致损伤。研究表明：初始学习率是影响网络预测准确度的最主要因素，学习率下降系数、最小批次及训练轮数会对网络预测结果造成一定影响。而训练卷积神经网络所需时长主要由训练轮数及最小批次决定。提出的方法对高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统中不同构件的震致损伤均具有较高预测准确度，网络结构具有较高的适用性，优化后的卷积神经网络训练耗时更短且对高速铁路无砟轨道-简支梁桥系统震致损伤预测更准确。研究成果可为震后高速铁路系统震致损伤的快速修复提供参考。

填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架是最常见的结构形式之一，实际震害和试验研究中发现填充墙对RC框架的抗震性能影响很大。为实现填充墙RC框架震后损伤状态准确、快速评估，首先根据不同的建筑结构信息（设防烈度、建造年代、层数、层高、跨数和填充率）设计了660个填充墙RC框架，结合10条地震动在OpenSees中对660个结构进行非线性时程分析，得到了6600个数据点，形成了填充墙RC框架震损评估模型建立的数据集。基于该数据集，采用朴素贝叶斯（naive Bayes，NB），K最近邻（K-nearest neighbors，KNN），决策树（decision tree，DT），人工神经网络（artificial neural network，ANN），随机森林（random forest，RF），自适应提升（adaptive boosting，AdaBoost），极端梯度提升（extreme gradient boosting，XGBoost），轻量级梯度提升（light gradient boosting machine，LightGBM），类别提升（category boosting，CatBoost）共9种机器学习的算法，建立了预测填充墙RC框架震后损伤的预测模型。研究结果表明：RF和CatBoost模型对损伤等级预测的精度最高，在测试集的准确率均达到0.93。紧随其后的是LightGBM和XGBoost模型，这些模型的准确率均超过了0.90。与实际震损数据对比，RF和CatBoost模型预测准确率均为47%，但CatBoost模型的预测误差在1个损伤等级范围内的准确率为76%，高于RF模型。基于CatBoost模型进行了不同输入变量的重要性分析，发现对填充墙RC框架震损影响最大的是设防烈度（seismic design intensity，SDI）、峰值地面速度（peak ground velocity，PGV）、0.4 s的谱加速度S_a（0.4 s）。此外，随着结构层数越多，楼层数量（n_s）对结构的震损等级影响也越大。

针对大跨斜拉桥空间跨度范围广、局部场地条件差异性大，服役期内可能遭受空间地震动影响的问题，开展了空间地震动作用下大跨斜拉桥振动台台阵试验。研究了地震动空间效应对斜拉桥关键截面动力响应（加速度、位移和应变）的影响规律。研究结果表明：地震动空间效应对斜拉桥的地震动力响应有明显影响，其中行波效应影响较小，考虑行波效应和相干效应时影响次之，同时考虑行波效应、相干效应和局部场地效应时影响最为显著。以主塔为例，与一致激励相比，同时考虑空间地震动的行波效应、相干效应和局部场地效应时，主塔加速度、位移和应变最大增加幅值分别为55.69%、62.37%和67.37%。因此，开展大跨斜拉桥结构抗震设计时，采用一致激励或仅考虑行波效应时可能会低估斜拉桥的实际地震响应，应综合考虑行波效应、相干效应和局部场地效应等地震动空间效应。

为研究新型土坯墙结构体系的抗震性能。设计制作了一个平面尺寸为3.6 m×3.0 m，层高2.45 m的一层足尺新型土坯墙建筑试验模型进行振动台试验，试验选取El Centro波和云南鲁甸波分别在X、Y向进行单向地震波加载，实测了试验模型在峰值加速度为0.10、0.22、0.40、0.62、0.90 g的地震作用下的频谱特性、加速度反应、位移反应、扭转反应和暗柱钢筋应变反应的规律。研究结果表明：模型仅在超9度罕遇烈度时发生轻微破坏，其他地震激励下未出现明显开裂、破坏现象；随着地震激励增大，模型自振频率无明显变化，加速度放大系数逐渐降低，最大放大系数为屋面处的3.666；层间位移角在峰值加速度为0.62 g时达到最大为1/399；因模型基本均匀对称，其结构整体扭转效应不明显；暗柱钢筋的应变值随地震激励的增大逐渐增加，但钢筋应变值较小，钢筋的性能未能充分发挥。综上所述，该新型土坯墙模型具有良好的抗震性能，研究为扩大土坯建筑应用范围提供了试验依据。

为研究设置黏滞阻尼器的悬挂结构在地震作用下的抗震性能，对采用刚性连接杆连接和采用黏滞阻尼器连接的悬挂结构进行了1/20比例缩尺模型振动台试验，主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、结构响应及其减振效果。研究结果表明：与普通悬挂模型结构相比，悬挂减振模型结构自振频率有所降低，结构的阻尼比得到提高，特别是第一阶频率和对应阻尼比；悬挂减振模型结构的主体结构顶部和第五层悬挂楼层的加速度峰值响应均小于普通悬挂模型结构，其中悬挂楼层的加速度峰值响应最佳减振幅度可达94.34%。悬挂减振结构主体结构顶部位移峰值响应较普通悬挂结构有明显地降低，且不同的地震波输入有着不同的减振效果，其中Taft波的减振效果最好，El Centro波次之，最后是人工波；主体结构与悬挂楼面的最大相对位移却大于普通悬挂结构，说明主次结构之间的连接越强，其相对位移就越小。同时也说明悬挂减振结构正是利用悬挂楼层的摆动和黏滞阻尼器来耗散能量，从而有着较好的耗能减振效果。

为研究承插深度对承插结构抗震性能的影响，设计制作了现浇桥墩以及考虑承插深度变化的装配桥墩，其中承插桥墩的承插深度分别为1.0d （d为方墩边长）、0.8d以及0.6d。通过拟静力试验研究分析桥墩的破坏现象、滞回性能以及耗能能力等，讨论承插深度对桥墩的影响。试验结果表明：4组试件的峰值承载力相近；1.0d承插桥墩具有与现浇桥墩类似的破坏现象与滞回曲线，抗震性能等同现浇桥墩；0.8d承插桥墩、0.6d承插桥墩由于承台的损伤，延性弱于现浇桥墩。通过对比破坏现象，分析了现有配筋情况下，承台侧壁抗剪承载力与墩柱极限抗剪承载力之间的相对关系。当墩柱和承台配筋率不变的情况下，墩柱承插深度越小，侧壁抗剪承载能力越低，承台插槽的侧壁越容易发生因抗剪承载力降低而导致的损伤。因此，设计中承插深度的选择需要考虑墩柱与承台插槽侧壁承载能力相对大小关系，以避免损伤发生于承台位置。

为分析不同因素变化对柔性连接蒸压加气混凝土（autoclaved areated concrete，AAC）砌体填充墙钢框架抗震性能影响的趋势和显著性，基于拟静力试验结果验证了建模方式及参数选取的可行性，采用ABAQUS建立9个有限元正交模型，对模型轴压比、预留缝宽、耗能材料刚度和高跨比进行变参分析。研究结果表明：预留缝宽、耗能材料刚度、高跨比和轴压比对结构抗震性能指标影响的显著性依次降低。整体上，增大预留缝宽，减小耗能材料刚度、高跨比以及轴压比对提高结构的抗震性能有利。实际应用中建议柔性连接AAC墙框间缝宽取值在40 mm左右，缝间填充材料的刚度宜在100~500 N/mm之间。

传统部分填充钢-混凝土（partially encased composite，PEC）梁通常选用平直腹板，该类腹板的受剪承载力偏低，且平直腹板与混凝土之间无机械咬合力，不利于两者的协同工作。为解决平直腹板带来的不利影响，选用波浪腹板进行截面替换，形成新型波浪腹板PEC梁。通过低周反复荷载试验，分析波浪腹板PEC梁在地震荷载作用下的抗震延性性能，研究了翼缘厚度、剪跨比对正弦波浪腹板PEC梁的承载力、破坏形式、变形能力、滞回耗能能力和刚度退化等的影响规律。研究结果表明：合理设计波浪腹板PEC梁的承载力和抗震延性性能较好；剪跨比对梁的破坏形式及延性有显著影响，翼缘厚度增大可以有效提高梁截面承载力，但过厚的翼缘会影响型钢与混凝土的协同工作性能，在试验中翼缘厚度较小，剪跨比较大的构件型钢与混凝土匹配度高，其延性和耗能能力发挥最为充分。

针对未知地震作用下框架结构的参数识别问题，提出了一种基于扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter，EKF）的地震动时程反演与结构参数识别方法。首先，将首层底板的层间边界力视作未知外激力，利用未知激力下的EKF算法识别此未知激励以及其余层的剪切刚度；其次，采用傅里叶变换，从绝对加速度时程中获取结构基频，进而根据特征方程识别首层刚度系数；最后，基于识别的结构参数，进一步修正未知边界力，并结合Newmark-β法反演地震加速度时程。文中通过5层框架模型数值算例和振动台试验验证了本文算法的有效性。

跨断层区域地震动（跨断层工程结构所在极近断层区域的地震动，以下简称跨断层地震动）与近场地震动在空间上的分布规律存在显著差异，而跨断层地震动记录匮乏导致跨断层结构抗震研究难以开展。文中简要介绍了宽频带混合法模拟地震动的基本理论，并以则木河断层为工程背景进行跨断层地震动的模拟，系统研究了跨断层地震动的分布规律。结果表明，模拟的跨断层地震动符合断层滑动模式，并且存在显著的方向性效应、上盘效应和滑冲效应，总体上模拟的跨断层地震动强度符合一定的衰减规律，但受断层破裂的影响会导致不规律甚至反规律。同时，实际地表破裂位置与断层破裂大滑移区对跨断层地震动分布规律会造成较大的影响。通过宽频带混合法人工模拟的跨断层地震动时间序列能解决跨断层地震动实测记录不足的问题，为跨断层结构抗震研究提供有力支撑。

为合理表征地震动过程的全非平稳性和随机性，发展了一类基于相位差谱和功率谱结合的随机地震动模型。首先，阐明了相位差与地震动全非平稳性的关系，并利用实测强震记录，进行相位差谱模型参数的识别及统计分析。其次，采用确定性和随机性参数的功率谱模型，分别获得确定性参数的取值以及随机性参数的归一化最优概率分布。最后，通过选取基本随机参数的代表性点集，获得相应的地震动加速度代表性时程集合。研究结果表明：仅需2个或4个基本随机变量即可模拟具有自然变异性及丰富概率信息的地震动加速度过程，且模拟所得的加速度反应谱与实测强震记录拟合良好，为应用概率密度演化理论进行复杂工程结构的随机地震反应及抗震可靠性精细化分析奠定基础。

随着越来越多的水利工程在西部地区发震断裂带建设，使得水利工程遭遇近场地震动的概率也越来越大。近断层地震动由于埋深较浅，地震波垂直入射的假定已不再适用，而目前关于进水塔近断层地震动斜入射下的地震响应研究尚少。以某工程进水塔为例，建立了进水塔三维塑性损伤有限元分析模型，分析了近断层脉冲地震动SV波多角度斜入射下进水塔的非线性响应。结果表明：与地震波垂直入射相比较，近断层地震动SV波斜入射下塔顶位移、加速度响应有明显增大，并且随着角度的增大，塔体损伤面积和损伤程度均有所增大。

为解决传统剪切钢板阻尼器耗能腹板面外刚度小，大变形下容易发生面外屈曲等问题，提出一种正弦波形钢板阻尼器，考虑波形腹板的放置方向和屈服强度，设计4个试件，开展拟静力试验，探究其滞回性能、承载能力和刚度退化等。研究表明：耗能能力强、延性性能好，大变形下滞回性能稳定是正弦波形钢板阻尼器的特性；横向波形钢板阻尼器的峰值荷载较低，而其耗能能力、延性优于竖向波形钢板阻尼器；竖向波形钢板阻尼器的初始弹性刚度较大，但其刚度退化的速率大于横向波形钢板阻尼器；腹板采用低屈服点钢制作的阻尼器，其滞回曲线比较饱满。

针对刚度较大、层间位移较小的超高层剪力墙结构，黏滞阻尼器采用套索布置在避难层中，其放大系数的取值和布置方式仍存在不足。套索连接是位移放大装置，通过放大阻尼器轴向行程来提高阻尼器的耗能能力。从几何分析的角度出发，对反向套索连接阻尼器的结构减振率和布置优化进行探讨：推导了反向套索连接阻尼器轴线最大位移的解析式，对比不同布置高度、不同放大系数的套索连接下结构的动力响应。当布置框架跨度过大时，通过设置悬挑桁架的反向套索连接，对比设置前后结构的动力响应。研究结果表明：套索系统效率与布置框架的高度、跨度有关，按角度确定的理论放大系数与结构减振率并不成正比。与原方案布置相比，优化布置后的结构减振率更高。优化方案在实际工程中均得到验证，即合理选取套索放大系数和布置方式能更大化地提高结构的附加阻尼比。

针对高层结构中设置混联II型惯容阻尼器组成耗能体系的随机响应分析复杂的问题，提出了结构位移及阻尼器阻尼力响应的封闭解，并基于所获得的封闭解探究了实模态振型数对分析精度的影响和在原结构层间位移超限楼层设置阻尼器能有效减震的布置策略。首先，根据混联II型惯容阻尼器力学构造图及设置方式，建立阻尼器阻尼力与结构节点水平位移的微分型本构关系进而重构耗能体系的地震动方程。其次，利用实模态解耦法获得高层结构简明等效的动力学参数，运用功率谱二次式分解法推导出结构节点相对于地面的绝对位移、竖向构件层间位移及阻尼器阻尼力等响应的功率谱精确二次式解进而推导出耗能体系基于双过滤白噪声激励下系列响应的0~2阶谱矩简明封闭解。最后，通过算例，验证了所提封闭解的正确性；研究了实模态振型数对系列响应谱矩分析精度的影响和阻尼器设置位置对结构减震效果的影响。研究表明：对于多自由度结构响应分析时，建议采用原结构自由振动分析时质量参与系数累计达100%时所对应的振型数，可获得稳定的精度和提高大型复杂结构设置混联II型惯容阻尼器的响应的分析效率；通过在原结构层间位移超限楼层或连续多层层间位移超限的楼层中间隔一层设置参数合适的混联II型惯容阻尼器可有效降低结构的地震动响应，所提惯容阻尼器设置策略具有较好的经济性。所提解析解和惯容系统在高层结构的设置策略可为混联II型惯容阻尼器在实际工程应用中提供有益的参考价值。

列车的制动行为会对悬索桥的纵向运动产生影响，因此有必要对千米级大跨度铁路悬索桥在列车制动下的纵向运动进行研究。以一座主跨1060 m的大跨度铁路悬索桥为研究对象，采用数值模拟的方式探讨了列车制动作用下其梁端纵向运动的响应特性，并研究了黏滞阻尼器在控制纵向运动中的效果。首先介绍了该千米级大跨径铁路悬索桥的工程背景，以及基于ANSYS软件建立的有限元模型；然后介绍了大跨径铁路悬索桥纵向运动的加载求解方式，支座摩阻和黏滞阻尼器的有限元模拟方式，以及制动力的模拟方式；接着探究了不同制动位置、是否考虑支座摩阻力对悬索桥梁端纵向运动响应的影响；最后，研究了黏滞阻尼器的纵向运动控制效果，并进行了参数分析。研究结果表明：随着制动位置越接近下桥位置，纵向位移变化曲线形状越接近正弦函数形式；支座摩阻对列车制动作用下的梁端位移响应有一定的控制作用，对梁端速度响应控制效果不佳；采用黏滞阻尼器可以有效控制列车制动下的悬索桥梁端位移和速度响应；当采用阻尼系数为2500 kN∙（m/s）^-α，阻尼指数为0.1的黏滞阻尼器时，控制效果最佳。

提出一种用于偏心支撑结构中的部分自复位耗能段，主要包括自复位形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）支撑和扩孔螺栓连接型耗能段，具有耗能能力和自复位能力强、构件损伤小、震后功能可恢复等特点。基于部分自复位耗能段的设计方法，合理设计其试验模型，由此得到变形模式和滞回曲线等。随后采用校正的有限元法对部分自复位耗能段力学性能进行研究，主要考虑SMA面积、高强螺栓预拉力和垫片滑移系数的影响。研究结果表明：滑移阶段自复位耗能段中耗能段处于滑移并保持相对静止状态；随后非滑移阶段耗能段开始承载、耗能和非弹性变形等，整个过程中自复位SMA支撑提供耗能和复位能力，以及减小构件残余变形。基于不同因素下的分析结果，提出滑移阶段和非滑移阶段下自复位耗能段简化的力学模型，为偏心支撑结构的抗震设计与分析提供新的思路和理论基础。

为了研究桩-土-结构动力相互作用机理，分析其影响因素，采用振动台试验和数值模拟分析相结合的方法，对不同上部结构质量、不同输入波频率和加速度峰值输入下的桩-土-结构体系的水平动力反应规律进行了分析和讨论。试验地基土体模型为中硬土，剪切波速约为213 m/s；群桩基础由5根长1.35 m、直径0.1 m的基桩“十”字型布置；上部结构模型采用质量块模拟。研究结果表明：桩身的弯矩与剪力在桩-承台连接处最大，并且随深度增加而减小；随着上部结构质量的增加，土体与桩基的加速度反应增大，桩身的弯矩与剪力也增大；随着输入正弦波幅值和频率的增大，桩-土运动相互作用变大，桩身弯矩与剪力变大；最后比较各种影响因素引起的反应发现，上部结构质量的变化对桩-土-结构体系动力相互作用的影响最大，幅值的影响次之，频率的影响最小。

地下轨道交通是城市交通的生命线，由于我国地震频发以及列车进出站频率增加，地铁车站结构易受地震荷载和列车荷载共同影响，然而目前地铁车站结构抗震性能研究中未考虑地震-列车荷载耦合作用存在的现实问题。为保证地震和列车进出站同时发生时地铁车站结构的安全，建立土体-地铁车站-轨道相互作用的三维精细化计算模型，选取列车制动进站的荷载形式施加在轨道表面，并在模型底部输入三向地震波，对比分析地铁车站结构在地震作用和地震-列车耦合作用2种工况下的应力、位移和加速度的变化规律。研究结果表明：地震-列车耦合作用下，下层柱的柱底峰值应力最大，是车站结构最薄弱的位置，发生变形后首先达到最大屈服应力值并产生塑性破坏；在列车进站前期（0~5 s），板在地震-列车耦合作用下的加速度及位移幅值均大于地震作用下的加速度及位移幅值，列车进站后期，板在2种工况下的加速度及位移基本一致；在地震-列车耦合作用下，当地震加速度较小且列车速度较大时，两者振频接近产生共振，并导致对板的振动放大现象。