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6.8级地震和6.9级地震,是差不多还是差很多?

转载:陆新征课题组  2022/9/27 16:50:00  124
内容简介:9月5日在四川泸定发生了6.8级地震,接着9月18日在台湾花莲发生了6.9级地震,都造成了一定的震害,引起很多关注。我们也先后发布了相应的分析报告RED-ACT|基于震中附近数据的台湾花莲6.9级地震破坏力分析RED-ACT|甘孜泸定6.8级地震破坏力分析虽然两次地震的震级相近,但是我们此前在多篇文章中指出:震级只是对地震破坏力的一个粗略估算,实际地震破坏情况非常复杂。因此,仅仅根据震级是...
9月5日在四川泸定发生了6.8级地震,接着9月18日在台湾花莲发生了6.9级地震,都造成了一定的震害,引起很多关注。我们也先后发布了相应的分析报告 虽然两次地震的震级相近,但是我们此前在多篇文章中指出:震级只是对地震破坏力的一个粗略估算,实际地震破坏情况非常复杂。因此,仅仅根据震级是无法解释众多震害现象的。作为从事地震工程领域研究的专业人员,我们也更希望能结合实测的地震动输入和工程结构动力特性,进一步深入分析这两次震害的机理,进而为未来的防震减灾事业提供一些参考。

一、地震动对比

由于传感和传输技术的进步,现在在地震后都可以迅速获取丰富的地面运动记录。本次泸定6.8级地震和花莲6.9级地震虽然震级很接近,但是记录到的地面运动却差异显著。图1给出了泸定6.8级地震和花莲6.9级地震典型地面运动(最强记录)的对比(泸定地震动数据来源于中国地震台网中心,花莲地震动数据来源于《Reconnaissance Report on Seismic Damage Caused by Guanshan Earthquake and Chihshang Earthquake (v3.0)》报告中的图形解析,详见基于震中附近数据的台湾花莲6.9级地震破坏力分析),由于EYUL和ECS两个台站一个短周期段强度高,一个中长周期段强度高,所以都进行对比分析。

(a) 泸定T2271台站与台湾EYUL台站地震记录对比(EW分量)

(b) 泸定T2271台站与台湾EYUL台站反应谱对比(EW分量)

(c) 泸定T2271台站与台湾ECS台站地震记录对比(EW分量)

(d) 泸定T2271台站与台湾ECS台站反应谱对比(EW分量)

图1泸定6.8级地震和花莲6.9级地震典型地面运动的对比

每次地震发生后,我们研究各种各样的震害总有一种雾里看花的感觉,好像是这样,又好像有些问题没有搞清楚。但是自从有了详细的地面运动记录后,很多问题就变得容易理解多了。从图1中不难看出,虽然两次地震的震级很相近,但是实际地震动的波形和反应谱形状却差别非常显著。对比T2271台站和EYUL台站记录可以看出,EYUL台站作为本次花莲6.9级地震记录到的最大地面加速度记录,其地面运动的峰值、持时,包括大部分周期段的反应谱值,都显著低于T2271台站记录。更值得研究的是对比T2271台站和ECS台站,虽然ECS台站的地面峰值加速度不是很大,但是其1s左右周期段的反应谱值非常高。因此,其对中长周期的结构破坏力尤其突出。如果我们将ECS台站地震动的反应谱和《建筑抗震设计规范》GB50011的8度反应谱放在一起对比(图2),就可以看到ECS台站记录在1s周期左右的反应谱值显著高于8度罕遇地震反应谱(高了约2.5倍)。这种地震可能会给中等周期结构(多层、小高层建筑,常规桥梁等)造成非常严重的破坏。

图2ECS台站地震动的反应谱

二、RED-ACT计算的典型建筑破坏情况对比

在RED-ACT系统中,我们选择了5个典型工程作为地震破坏力的对比依据,分别是3层钢筋混凝土框架、单层未设防砌体、五层简易砌体、80年代公路桥梁和新建引桥模型。其计算结果对比如图3-图5所示。

图3T2271台站记录下三层RC框架的层间位移角

图4EYUL台站记录下三层RC框架的层间位移角

图5ECS台站记录下三层RC框架的层间位移角

从图3-图5可以看出,T2271台站记录下,6度设防框架层间位移角已经达到1/50,接近抗震规范的限值。而在EYUL台站记录下,框架层间位移角则都低于1/50。最有意思的是在ECS台站记录下,虽然其峰值加速度并不大,但是由于其1s左右反应谱的高平台,使得6度、7度、8度设防框架的层间位移角都显著大于1/50,展现出这个地震记录强大的破坏能力。随着技术的发展,台站越来越密,精度越来越高,因此多次地震后都曾采集到峰值加速度和短周期段反应谱值都很高的地面运动(例如T2271台站记录)。但是,由于结构的动力特性不同,这些地面运动实际破坏能力未必就一定大,比如ECS台站记录的峰值加速度和短周期反应谱值都不及T2271,但是对这个三层框架结构却更加致命。
这里需要补充说明一下,由于6、7、8度三个框架的自振周期等动力特性不同,而实际地震动的反应谱也很复杂且和设计反应谱差距很大,因此弹塑性分析得到的层间位移角不是简单的6度>7度>8度。
进一步对比三个地震动记录对其他典型工程的破坏,可以看出。由于单层未设防砌体抗震性能太差,三个地震动记录都会导致毁坏的结果。而对于五层简易砌体,由于其周期较短,而花莲地震ECS地震动的短周期段不是很强,所以破坏程度相对其他两个地震动要轻一些。而由于花莲地震ECS地震动的中长周期段非常强,因此无论是新旧桥梁,都会导致严重破坏。这也与这次台湾花莲地震后大量桥梁严重破坏的震害结论是一致的。

三、小结

通过密集的地震监控网络,配合建筑和城市的抗震弹塑性分析,我们可以更深入的了解地震的破坏力,理解不同震害背后的机理。从这次泸定6.8级地震和花莲6.9级地震的分析结果不难看出,虽然这两次地震的震级相近,但是由于地震的复杂性,引起的地面运动差异显著。而这个差异显著的地面运动再遇上多种多样的工程结构,就会引起更加多样化的震害结果。因此,我们认为,突破“从震级评价震害”的传统模式,进一步基于实测地面运动和结构动力特性来理解和评估震害,是地震工程发展的一个重要方向。
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