3月18日美國猶他州5.7級地震RED-ACT系統(tǒng)評估結(jié)果與實際震害情況對比

致謝和聲明：

感謝美國CESMD為本研究提供數(shù)據(jù)支持。本分析僅供科研使用，具體災(zāi)情和災(zāi)損分析應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況確定。

一、地震情況簡介

據(jù)美國CESMD正式測定，3月18日07時09分(UTC -6)在美國猶他州麥格納發(fā)生5.7級地震，震源深度11.7千米，震中位于北緯40.75度，西經(jīng)112.07度。

二、強震記錄及分析

20200318美國猶他州麥格納5.7級地震獲得了37組地震動，由于地震動沒有完全收集，可能還有更強的記錄。典型地震記錄分析如下：

(a) EW

(b) NS

(c) UD

圖2LKC臺站地面運動記錄

圖3LKC臺站典型記錄反應(yīng)譜

三、地震動對典型城市區(qū)域破壞能力分析

利用密布強震臺網(wǎng)在震后獲取的實時地震動信息，再結(jié)合城市抗震彈塑性分析，就可以得到地震發(fā)生后不同地點的建筑破壞情況，為抗震救災(zāi)決策提供科學(xué)支撐。圖4為根據(jù)20200318美國猶他州麥格納5.7級地震震中附近范圍內(nèi)臺站記錄分析得到的建筑震害分布示意圖。圖5為根據(jù)20200318美國猶他州麥格納5.7級地震震中附近范圍內(nèi)臺站記錄分析得到的人員加速度感受分布示意圖。

圖4 20200318美國猶他州麥格納5.7級地震不同臺站地震記錄破壞力分布圖

（建筑抗震承載力取均值）

圖5 20200318美國猶他州麥格納5.7級地震不同臺站地震記錄人員加速度感受分布圖

（建筑抗震承載力取均值）

四、地震動對典型單體結(jié)構(gòu)破壞能力分析

(1) 對典型多層框架結(jié)構(gòu)破壞作用

模型1：三層框架結(jié)構(gòu)（感謝中國建筑設(shè)計研究院王奇教授級高工提供模型）

將LKC臺站記錄輸入立面布置如圖6 (a)所示的6度、7度和8度設(shè)防的典型三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，得到其層間位移角包絡(luò)如圖6 (b)所示。

(a)立面布置示意圖(b)層間位移角

圖6典型三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

(2) 對典型砌體結(jié)構(gòu)破壞作用

模型1：單層未設(shè)防砌體結(jié)構(gòu)

選取圖7所示紀(jì)曉東等開展的單層未設(shè)防砌體結(jié)構(gòu)振動臺試驗?zāi)Ｐ?，輸入LKC臺站記錄，分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)將處于嚴(yán)重破壞狀態(tài)。（紀(jì)曉東等，北京市既有農(nóng)村住宅磚木結(jié)構(gòu)加固前后振動臺試驗研究，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2012,11,53-61.）

圖7單層三開間農(nóng)村住宅磚木結(jié)構(gòu)振動臺試驗

模型2：五層簡易砌體結(jié)構(gòu)

選取圖8所示朱伯龍等開展的五層簡易砌體結(jié)構(gòu)足尺試驗?zāi)Ｐ?，輸入LKC臺站記錄，分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)將處于中度破壞狀態(tài)。（朱伯龍等，上海五層砌塊試驗樓抗震能力分析，同濟大學(xué)學(xué)報，1981,4,7-14.）

(a)平面圖(b)剖面圖

圖8五層簡易砌體結(jié)構(gòu)布置

(3) 對典型橋梁破壞作用

模型1：某80年代公路橋梁（感謝福州大學(xué)谷音教授提供模型）

選取圖9所示某80年代公路橋梁模型，輸入LKC臺站記錄，分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)將處于中度破壞狀態(tài)。

圖9某80年代公路橋梁模型

模型2：某特大橋引橋（感謝福州大學(xué)谷音教授提供模型）

選取圖10所示某特大橋引橋模型，輸入LKC臺站記錄，分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)將處于完好狀態(tài)。

圖10某特大橋引橋模型

五、與實際震害情況對比

(1) 建筑破壞情況對比

① 區(qū)域震害

猶他州地質(zhì)勘探局（UGS）擁有一個災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)庫[1]，搜集了20200318美國猶他州麥格納5.7級地震的受災(zāi)情況。根據(jù)猶他州歷史保護辦公室的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在本次地震中，至少有145棟建筑出現(xiàn)不同程度的損壞，其中有10棟建筑的震后評估結(jié)果為“不合格”，如表1所示。距離震中最近的城市Magna建筑受損程度較為嚴(yán)重，歷史建筑較多的城市Salt Lake City受損建筑數(shù)量較多。受損歷史建筑位置分布如圖11所示，圖源當(dāng)?shù)孛襟wThe Salt Lake Tribune[2]。

表1 猶他州地震受損建筑統(tǒng)計

城市

數(shù)量

Magna

Salt Lake City

Tooele

Murray

South Salt Lake

West Valley City

22(10)

118

2

1

1

1

注：括號內(nèi)為評估為“不合格”的建筑數(shù)量。

圖11受損歷史建筑位置分布（圖源The Salt Lake Tribune）

② 單體震害

震害較重的建筑主要是砌體結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為砌體墻、砌體煙囪、女兒墻的破壞、墜落等，如圖12所示（圖源UGS）。震害較輕的建筑則僅表現(xiàn)為砌體開裂、窗戶破碎、吊頂脫落、水管破裂等。

圖12當(dāng)?shù)夭糠终鸷^為嚴(yán)重的建筑（圖源UGS）

根據(jù)UGS的數(shù)據(jù)庫和當(dāng)?shù)孛襟w的報道，本次地震中受損嚴(yán)重的主要是歷史砌體建筑。該類建筑由于建造時相關(guān)抗震設(shè)計規(guī)范尚不完善，因此容易遭到地震的破壞。

由于目前尚未搜集到關(guān)于當(dāng)?shù)貥蛄浩茐牡男畔?，暫時認(rèn)為當(dāng)?shù)貨]有橋梁發(fā)生破壞。

(2) 加速度感受對比

① DYFI

Did you feel it? (DYFI)[3]是美國地質(zhì)勘探局（USGS）開發(fā)的一個系統(tǒng)，其利用互聯(lián)網(wǎng)從經(jīng)歷地震的人們那里獲取地震信息。DYFI系統(tǒng)通過大量互聯(lián)網(wǎng)用戶填寫的調(diào)查問卷，得到來自地震震中附近的震感報告數(shù)據(jù)。通過收到的這些報告，DYFI給出了推算得到的烈度響應(yīng)圖，如圖13所示。

圖13DYFI響應(yīng)推測的地震烈度圖（圖源USGS）

由圖13可見，震中附近人員的振動感受主要介于Strong和Moderate之間，人員感受到的加速度明顯。

② EMSC

European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC)[4]也進行了一些震中地區(qū)人員的主觀感受評價的信息收集（如圖14所示），繪制了相應(yīng)的人員感受分析圖（如圖15所示），并且公開了收集到的人員對地震感受的具體反饋。

圖14EMSC收集到的人員主觀感受分布圖（圖源EMSC）

圖15EMSC收集到的人員主觀感受分析圖（圖源EMSC）

在震中地區(qū)附近（30km以內(nèi)），分析圖顯示人員的感受主要介于Largely felt和Damaging之間。在具體的反饋信息中人們普遍感受到非常強烈的地震動，房屋劇烈搖晃，室內(nèi)物品掉落，感覺到強烈的恐懼與不適并且由于地震發(fā)生在當(dāng)?shù)貢r間的清早，相當(dāng)部分的反饋者稱從地震中被震醒。