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台湾花莲6.9级地震加速度人员感受分析

转载:陆新征课题组  2022/9/19 6:51:00  727
内容简介:9月18日台湾花莲地震,我国多个地区的民众反映震感强烈。但是我们课题组发的破坏力分析报告认为这次地震不会在大陆地区引起什么破坏(详见:RED-ACT|台湾花莲6.9级地震破坏力分析)。那到底是不是民众反应过度?我们进一步做了一些分析。人对地震一个很重要的感受就是地震引起的加速度。地面运动加速度作用到建筑后,还会被建筑放大,因此一般来说,楼层越高,感觉到的晃动也就越大。加速度达到一定程度...

9月18日台湾花莲地震,我国多个地区的民众反映震感强烈。但是我们课题组发的破坏力分析报告认为这次地震不会在大陆地区引起什么破坏(详见:RED-ACT | 台湾花莲6.9级地震破坏力分析)。那到底是不是民众反应过度?我们进一步做了一些分析。

人对地震一个很重要的感受就是地震引起的加速度。地面运动加速度作用到建筑后,还会被建筑放大,因此一般来说,楼层越高,感觉到的晃动也就越大。加速度达到一定程度,人就会感到难受甚至恐慌(海盗船、过山车、跳楼机,游乐园里面的各种设备就是通过制造加速度来制造刺激)。我们此前多次提到,我们开展区域震害分析的“城市抗震弹塑性分析”方法,一个突出的特点就是可以提供完整的工程需求参数(EDP)信息,不仅包括结构损伤判断必不可少的层间位移角信息,还包括了结构的残余位移信息,当然,也包括了不同建筑的楼面加速度信息。例如,图1给出了一栋3层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的楼层加速度响应结果。在2016年山西清徐地震时,我们就用城市抗震弹塑性分析方法探讨了太原示范区的人员感受(详见"1218"山西清徐4.3级地震太原示范区建筑振动模拟)


图1 3层框架结构加速度响应

因此,我们就可以进一步利用各个台站的记录,以及城市抗震弹塑性分析给出结果,得到不同地区人员感受到的加速度(这里已经考虑了建筑引起的加速度放大效应),进而给出人群的感受比率,如图2所示。其中,人员感受与加速度的对应关系如表1所示(董安正, 赵国藩. 高层建筑结构舒适度可靠性分析[J]. 大连理工大学学报, 2002, 42(4):472-476)。

表1 加速度与人员感受对应关系


图2 20220918台湾花莲6.9级地震不同台站地震加速度人员感受分布图
(深绿色代表“难以感觉”、淡绿色代表“可感觉”、黄色代表“不适”、橙色代表“非常不适”、红色代表“难以忍受”)

从图2可以清晰看出,虽然本次地震不会在大陆地区引起什么破坏,但是地面加速度造成的人员不适的比例较高。在福州等地,感到“不适”的比例可以接近50%。所以当地民众感觉震感强烈是完全合情合理的。本案例也进一步说明了城市抗震弹塑性分析的优点。

如果进一步深入分析图中的数据,还会发现一个很有意思的现象。

图3所示为福州市区附近的不同台站地震加速度人员感受分布图。可以看到在非常临近的区域里面,人员加速度感受会有很明显的差异,而且规律也比较复杂,不是简单的随着距震中距离增加而单调下降。


图5福州市区附近的不同台站地震加速度人员感受分布图
(深绿色代表“难以感觉”、淡绿色代表“可感觉”、黄色代表“不适”、橙色代表“非常不适”、红色代表“难以忍受”)

但是,如果将这一加速度分布图和地形图叠加在一起,就看到一些规律了(图6)。人员感受较明显的地区,多数都是山间的平原地区。而在山地上,多数加速度感受反而不那么明显。


图6不同加速度感受分析结果和地形结果对比
(深绿色代表“难以感觉”、淡绿色代表“可感觉”、黄色代表“不适”、橙色代表“非常不适”、红色代表“难以忍受”)

我们可以进一步选取两个典型台站对比。A2002台站和A6010台站距离很近,直线距离约10km(图7)。但是,二者的感受差异非常显著。


图7A2002台站和A6010台站
(深绿色代表“难以感觉”、淡绿色代表“可感觉”、黄色代表“不适”、橙色代表“非常不适”、红色代表“难以忍受”)

如果我们将两个台站的地震动放在一起对比,就会发现,A2002台站的地震动显著强于A6010台站(图8)。至于为什么会有这样的现象,是因为场地问题还是因为地形问题,这个还有待进一步研究。


图8A2002台站和A6010台站地震动记录对比(EW分量,纵坐标单位为gal)

小结

城市抗震弹塑性分析基于结构动力学和地震工程的基本原理,不仅可以给出常规的震损评价结果,还可以进一步给出残余位移(修复难度),楼面加速度(人员感受)等多种多样的震害后果,其潜力还有很大的发掘空间。因此,欢迎大家一起来研究、推广城市抗震弹塑性分析方法。

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