5月2日美國波多黎各5.4級地震RED-ACT系統(tǒng)評估結(jié)果與實(shí)際震害情況對比

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，5月2日07時13分 (UTC -4)在美國波多黎各Tallaboa發(fā)生5.4級地震，震源深度9.0千米，震中位于北緯17.94度，西經(jīng)66.73度。

二、強(qiáng)震記錄及分析

20200502美國波多黎各5.4級地震獲得了8組地震動，由于地震動沒有完全收集，可能還有更強(qiáng)的記錄。典型地震記錄分析如下：

PR04記錄臺站位置北緯17.98度，西經(jīng)66.67度(圖1，其中紅色標(biāo)記為震中位置)，記錄到水平向地震動峰值加速度為301.4cm/s/s，豎直向地震動峰值加速度為310.3cm/s/s。該地震動及反應(yīng)譜如圖2、圖3所示。

圖1 PR04臺站位置

(a) EW

(b) NS

(c) UD
圖2PR04臺站地面運(yùn)動記錄

圖3 PR04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(qiáng)震臺網(wǎng)在震后獲取的實(shí)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(diǎn)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)20200502美國波多黎各5.4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)20200502美國波多黎各5.4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 20200502美國波多黎各5.4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 20200502美國波多黎各5.4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(jì)研究院王奇教授級高工提供模型）

將PR04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(yàn)?zāi)Ｐ?，輸入PR04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(yàn)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(yàn)

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(yàn)?zāi)Ｐ停斎隤R04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(yàn)樓抗震能力分析，同濟(jì)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PR04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PR04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(shí)際震害情況對比

(1) 建筑破壞情況對比

據(jù)當(dāng)?shù)孛襟w報道[1][2]，波多黎各地區(qū)有一些老舊建筑受到局部破壞，且出現(xiàn)了普遍的停電現(xiàn)象。有至少50戶人家被迫搬離住所，所幸沒有人員傷亡報告。

震害較為嚴(yán)重的是砌體結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為砌體外墻、陽臺、窗間墻等的破壞、墜落，建筑碎片散落一地，如圖11所示。此外，有道路出現(xiàn)嚴(yán)重開裂現(xiàn)象，有供電設(shè)施遭到破壞。

圖11當(dāng)?shù)夭糠终鸷^為嚴(yán)重的建筑（圖源[1][2]）

本次地震中受損嚴(yán)重的大多是年代久遠(yuǎn)的歷史建筑，包括一座博物館。該類建筑由于建造時相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范尚不完善，因此容易遭到地震的破壞。

(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12所示。

圖12 DYFI響應(yīng)推測的地震烈度圖（圖源USGS）

由圖12可見，震中附近人員的振動感受主要介于Strong和Moderate之間，甚至部分人員感受達(dá)到Very strong，人員感受到的加速度明顯。

② EMSC

European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC)[4]也進(jìn)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13所示），繪制了相應(yīng)的人員感受分析圖（如圖14所示），并且公開了收集到的人員對地震感受的具體反饋，可以作為評價RED-ACT分析人員加速度感受效果的佐證。

圖13EMSC收集到的人員主觀感受分布圖（圖源EMSC）

圖14EMSC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至Damaging之間。在具體的反饋信息中人們普遍感受到非常強(qiáng)烈的地震動，房屋劇烈搖晃，室內(nèi)物品掉落，超市貨架傾倒，感覺到強(qiáng)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。