6.8級地震和6.9級地震，是差不多還是差很多？

9月5日在四川瀘定發(fā)生了6.8級地震，接著9月18日在臺灣花蓮發(fā)生了6.9級地震，都造成了一定的震害，引起很多關(guān)注。我們也先后發(fā)布了相應(yīng)的分析報告 雖然兩次地震的震級相近，但是我們此前在多篇文章中指出：震級只是對地震破壞力的一個粗略估算，實際地震破壞情況非常復(fù)雜。因此，僅僅根據(jù)震級是無法解釋眾多震害現(xiàn)象的。作為從事地震工程領(lǐng)域研究的專業(yè)人員，我們也更希望能結(jié)合實測的地震動輸入和工程結(jié)構(gòu)動力特性，進(jìn)一步深入分析這兩次震害的機理，進(jìn)而為未來的防震減災(zāi)事業(yè)提供一些參考。

一、地震動對比

由于傳感和傳輸技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在在地震后都可以迅速獲取豐富的地面運動記錄。本次瀘定6.8級地震和花蓮6.9級地震雖然震級很接近，但是記錄到的地面運動卻差異顯著。圖1給出了瀘定6.8級地震和花蓮6.9級地震典型地面運動（最強記錄）的對比（瀘定地震動數(shù)據(jù)來源于中國地震臺網(wǎng)中心，花蓮地震動數(shù)據(jù)來源于《Reconnaissance Report on Seismic Damage Caused by Guanshan Earthquake and Chihshang Earthquake (v3.0)》報告中的圖形解析，詳見基于震中附近數(shù)據(jù)的臺灣花蓮6.9級地震破壞力分析），由于EYUL和ECS兩個臺站一個短周期段強度高，一個中長周期段強度高，所以都進(jìn)行對比分析。

(a) 瀘定T2271臺站與臺灣EYUL臺站地震記錄對比（EW分量）

(b) 瀘定T2271臺站與臺灣EYUL臺站反應(yīng)譜對比（EW分量）

(c) 瀘定T2271臺站與臺灣ECS臺站地震記錄對比（EW分量）

(d) 瀘定T2271臺站與臺灣ECS臺站反應(yīng)譜對比（EW分量）

圖1瀘定6.8級地震和花蓮6.9級地震典型地面運動的對比

每次地震發(fā)生后，我們研究各種各樣的震害總有一種霧里看花的感覺，好像是這樣，又好像有些問題沒有搞清楚。但是自從有了詳細(xì)的地面運動記錄后，很多問題就變得容易理解多了。從圖1中不難看出，雖然兩次地震的震級很相近，但是實際地震動的波形和反應(yīng)譜形狀卻差別非常顯著。對比T2271臺站和EYUL臺站記錄可以看出，EYUL臺站作為本次花蓮6.9級地震記錄到的最大地面加速度記錄，其地面運動的峰值、持時，包括大部分周期段的反應(yīng)譜值，都顯著低于T2271臺站記錄。更值得研究的是對比T2271臺站和ECS臺站，雖然ECS臺站的地面峰值加速度不是很大，但是其1s左右周期段的反應(yīng)譜值非常高。因此，其對中長周期的結(jié)構(gòu)破壞力尤其突出。如果我們將ECS臺站地震動的反應(yīng)譜和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011的8度反應(yīng)譜放在一起對比（圖2），就可以看到ECS臺站記錄在1s周期左右的反應(yīng)譜值顯著高于8度罕遇地震反應(yīng)譜（高了約2.5倍）。這種地震可能會給中等周期結(jié)構(gòu)（多層、小高層建筑，常規(guī)橋梁等）造成非常嚴(yán)重的破壞。

圖2ECS臺站地震動的反應(yīng)譜

二、RED-ACT計算的典型建筑破壞情況對比

在RED-ACT系統(tǒng)中，我們選擇了5個典型工程作為地震破壞力的對比依據(jù)，分別是3層鋼筋混凝土框架、單層未設(shè)防砌體、五層簡易砌體、80年代公路橋梁和新建引橋模型。其計算結(jié)果對比如圖3-圖5所示。

圖3T2271臺站記錄下三層RC框架的層間位移角

圖4EYUL臺站記錄下三層RC框架的層間位移角

圖5ECS臺站記錄下三層RC框架的層間位移角

從圖3-圖5可以看出，T2271臺站記錄下，6度設(shè)防框架層間位移角已經(jīng)達(dá)到1/50，接近抗震規(guī)范的限值。而在EYUL臺站記錄下，框架層間位移角則都低于1/50。最有意思的是在ECS臺站記錄下，雖然其峰值加速度并不大，但是由于其1s左右反應(yīng)譜的高平臺，使得6度、7度、8度設(shè)防框架的層間位移角都顯著大于1/50，展現(xiàn)出這個地震記錄強大的破壞能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，臺站越來越密，精度越來越高，因此多次地震后都曾采集到峰值加速度和短周期段反應(yīng)譜值都很高的地面運動（例如T2271臺站記錄）。但是，由于結(jié)構(gòu)的動力特性不同，這些地面運動實際破壞能力未必就一定大，比如ECS臺站記錄的峰值加速度和短周期反應(yīng)譜值都不及T2271，但是對這個三層框架結(jié)構(gòu)卻更加致命。
這里需要補充說明一下，由于6、7、8度三個框架的自振周期等動力特性不同，而實際地震動的反應(yīng)譜也很復(fù)雜且和設(shè)計反應(yīng)譜差距很大，因此彈塑性分析得到的層間位移角不是簡單的6度>7度>8度。
進(jìn)一步對比三個地震動記錄對其他典型工程的破壞，可以看出。由于單層未設(shè)防砌體抗震性能太差，三個地震動記錄都會導(dǎo)致毀壞的結(jié)果。而對于五層簡易砌體，由于其周期較短，而花蓮地震ECS地震動的短周期段不是很強，所以破壞程度相對其他兩個地震動要輕一些。而由于花蓮地震ECS地震動的中長周期段非常強，因此無論是新舊橋梁，都會導(dǎo)致嚴(yán)重破壞。這也與這次臺灣花蓮地震后大量橋梁嚴(yán)重破壞的震害結(jié)論是一致的。

三、小結(jié)

通過密集的地震監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，配合建筑和城市的抗震彈塑性分析，我們可以更深入的了解地震的破壞力，理解不同震害背后的機理。從這次瀘定6.8級地震和花蓮6.9級地震的分析結(jié)果不難看出，雖然這兩次地震的震級相近，但是由于地震的復(fù)雜性，引起的地面運動差異顯著。而這個差異顯著的地面運動再遇上多種多樣的工程結(jié)構(gòu)，就會引起更加多樣化的震害結(jié)果。因此，我們認(rèn)為，突破“從震級評價震害”的傳統(tǒng)模式，進(jìn)一步基于實測地面運動和結(jié)構(gòu)動力特性來理解和評估震害，是地震工程發(fā)展的一個重要方向。