随着我国经济建设的不断发展,越来越多的基础工程建设将投入实施。我国又是一个地震多发国家,广阔的国土面积上分布着大大小小的地震断裂带,因此越来越多的桥梁在近断层区域开展建设的可能性也越来越大。而近断层地震动长周期、大幅值的速度脉冲与远场地震动相比又具有明显不同的特征,必定给桥梁工程的抗震安全带来新的挑战。桥梁一旦在地震中发生破坏或倒塌,将造成严重的生命和财产损失,还将阻断后续的抗震救灾工作。为了探究桥梁结构在近断层脉冲型地震动作用下的响应特征和破坏机理,应首先对脉冲型近断层地震动时程自身的特征进行研究。虽然基于小波分析的近断层地震动脉冲波形量化识别方法多年前已被提出,然而对多脉冲波型的识别研究仍不足。另外,小波基函数的选择也存在一定的主观性,无法根据地震动波形特征自适应地变换。同时近年来出现了一些新的针对非平稳非线性信号的分析方法,应该与近断层地震动脉冲波形识别工作相结合,发挥其强大的分析能力。在工程结构地震响应分析中,结构地震响应往往是同步的,这对于大跨桥梁这样的细柔结构是不合适的,结构内部地震波的传播实际上是需要一定的时间的。目前,在近断层脉冲型地震动对工程结构地震风险评估的影响研究中,仅使用近断层地震台站记录波型做为输入地震动。即使考虑到脉冲特征,脉冲型输入地震动的选择也具有较强的主观性,无法保证分析结果的连续性、可靠性。本文针对上述问题,重点研究近断层地震动脉冲波形识别方法、模拟地震波在结构内部传播的实用方法、近断层脉冲型地震动作用下结构地震风险分析。最后,基于前面的研究成果对在近断层脉冲型地震动作用下桥梁结构的破坏过程进行分析.本文主要工作及研究内容如下:(1)近断层多脉冲波型确实存在于地震台站记录中,基于DB4小波基函数的识别方法能够对多脉冲波形进行连续抽取,最终得到具有多个显著脉冲的波形成份。近断层地震动中的脉冲波型特征各不相同,采用同一种固定的小波基函数对特征各异的脉冲波型进行分析带有过强的主观性。最优小波基函数选择方法能够根据目标地震动的波形特点自适应地确定最优的小波基函数,最大程度上避免了小波基的形状与目标地震波特征波形之间的差异,有效地提高了时频平面的精度。结合极点对称模态分解(extreme-point symmetric mode decomposition,ESMD)的混合方法识别地震动中的显著多脉冲成份过程中,无需像经验模态分解方法那样要人工确定筛分次数,也无需像小波分析那样确定频率上下限范围,最大程度上降低了近断层地震动脉冲识别过程中的主观性。(2)结构地震响应是地震波在结构内部不断的传播与反射的外在表现。结构上部结构的运动实际上是由地震运动时下部结构内部抗力所激励的,为合理地模拟结构受到地震动这种实际的激励方式,设计了基于显式算法的纤维梁柱(Explicit Fiber Beam Column,EFBC)单元及其分析框架,使得输入地震能量以链式向上在结构内部传播。三个算例表明EFBC单元及其分析框架能够合理地捕获外部动力作用下结构地震响应的波动特征。在结构抗震分析中,建议均采用EFBC单元建立结构有限元模型,以合理地模拟结构地震响应中的波动特征。(3)近断层地震动由于其波形特点,能够在短时间内将大量地震能量输入到工程结构中,可能导致工程结构的严重破坏。本文从地震风险角度尝试利用年均预期损失比来评估近断层脉冲型地震动的这种破坏能力与地震台站记录地震动之间的差异。基于EFBC模型分析了墩柱和桥梁系统在近断层脉冲型地震动作用下的地震风险,发现对于墩柱和桥梁系统,地震台站记录的水平地震动对应的地震风险结果在统计意义上偏于危险。建议采用识别出的脉冲能量最强地震动计算结构地震响应及结构的损失比。(4)为探究EFBC单元在实际结构应用中与基于振动分析方法的结果差异性,分析了基于EFBC单元的一座三跨连续梁桥的地震响应特征,结果发现与基于振动分析方法的结果相比具有明显的差异。EFBC模型和OpenSEES模型之间的地震位移响应误差随着节点高度的增大而提高。在地震激励初始阶段,基于EFBC模型的墩柱纵桥向剪力比基于OpenSEES模型的相应响应值大幅增加。在稳定振动阶段,虽然两种模型对应的墩柱单元剪力响应轮廓较为接近,但基于EFBC模型的峰值抗力往往大于基于OpenSEES的结果。(5)分析了近断层脉冲型地震动作用下的三跨梁桥各主要构件的破坏过程,发现桥台较小的支撑宽度是整个梁桥系统的抗震薄弱点,可通过增大桥台的支撑宽度来推迟桥台的过早失效。在地震激励过程中,墩柱塑性铰长度发展较为合理。不同支座刚度对应的桥梁失效模式有较大差别。在主震来临之前增大支座刚度能够拉开各个关键构件的失效时刻,使得桥梁系统的失效是一个逐步发生的过程,在一定程度上有助于防范桥梁系统的突发性倒塌。