致谢和声明
感谢中国地震台网中心为本研究提供数据支持。本分析仅供科研使用,具体灾情和灾损分析应根据现场调查情况确定。
一、地震情况简介
北京时间2018年9月4日05点52分,新疆喀什地区伽师县发生5.5级地震,震中位于北纬39.51°,东经76.98°,震源深度8千米。
二、强震记录及分析
新疆喀什地区伽师县4.6级地震获得了29条地震动,典型地震记录分析如下:
65WLG台站位置为北纬39.23度,东经76.77度(图1),记录到水平向地震动峰值加速度为105.94 cm/s2,竖直向地震动峰值加速度为30.92 cm/s2。该地震动与我国设计反应谱对比如图2、图3所示。
图1 65WLG台站位置
(a) EW
(b) NS
(c) UD
图2 65WLG台站地面运动记录
图3 65WLG台站记录反应谱
三、地震动对典型单体结构破坏能力分析
(1) 对典型多层框架结构破坏作用
模型1:六层框架结构
将65WLG台站记录输入立面布置如图4 (a)所示的6度、7度和8度设防的典型六层钢筋混凝土框架结构,得到其层间位移角包络如图4 (b)所示。
模型2:三层框架结构(感谢中国建筑设计研究院王奇教授级高工提供模型)
将65WLG台站记录输入立面布置如图5 (a)所示的6度、7度和8度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构,得到其层间位移角包络如图5 (b)所示。
(2) 对典型超高层结构破坏作用
模型1
将65WLG台站记录输入图6 (a)所示某典型超高层结构1,得到其层间位移角包络如图6 (b)所示。
模型2
将65WLG台站记录输入图7 (a)所示某典型超高层结构2,得到其层间位移角包络如图7 (b)所示。
(3) 对典型砌体结构破坏作用
模型1:单层未设防砌体结构
选取图8所示纪晓东等开展的单层未设防砌体结构振动台试验模型,输入65WLG台站记录,分析结果表明该结构将处于轻微破坏状态。(纪晓东等,北京市既有农村住宅砖木结构加固前后振动台试验研究,建筑结构学报,2012,11,53-61.)
图8 单层三开间农村住宅砖木结构振动台试验
模型2:五层简易砌体结构
选取图9所示朱伯龙等开展的五层简易砌体结构足尺试验模型,输入65WLG台站记录,分析结果表明该结构将处于完好状态。(朱伯龙等,上海五层砌块试验楼抗震能力分析,同济大学学报,1981,4,7-14.)
模型3:四层设防砌体结构
选取图10 (a)所示许浒等提出的四层设防砌体模型,输入65WLG台站记录,得到其门洞墙和窗洞墙层间位移角包络如图10 (b)所示。(许浒等,砌体结构在地震下的非线性计算模型,四川建筑科学研究,2011(06): 170-175.)
(a) 平面布置和模型示意图
(b) 层间位移角包络图
图10 典型多层砌体结构
(4) 对典型桥梁破坏作用
模型1:某80年代公路桥梁(感谢福州大学谷音教授提供模型)
选取图11所示某80年代公路桥梁模型,输入65WLG台站记录,分析结果表明该桥梁将处于完好状态。
图11 某80年代公路桥梁模型
模型2:某特大桥引桥(感谢福州大学谷音教授提供模型)
选取图12所示某特大桥引桥模型,输入65WLG台站记录,分析结果表明该桥梁将处于完好状态。
四、地震动对典型城市区域破坏能力分析
根据本课题组之前数据积累,将65WLG台站的地面运动分别输入新疆喀什地区典型城市、乡镇和典型农村,得到考虑建筑承载力参数不确定性后的破坏状态如图13-图15所示。图中每类结构有三列,分别为结构抗力取中位值和加减一倍标准差的预测结果。(说明:由于每个结构的实际抗震能力都是有一定不确定性的,所以我们在新版的程序当中加入了对结构抗力不确定性的考虑)。
图13 65WLG台站地震动记录对新疆喀什地区典型城市的破坏力
图14 65WLG台站地震动记录对新疆喀什地区典型乡镇的破坏力
图15 65WLG台站地震动记录对新疆喀什地区典型农村的破坏力
为了比较不同地震动对区域的破坏力,这里将地震动输入到清华校园619栋建筑中,其结构类型和建筑功能统计如图16所示。计算得到考虑承载力参数不确定性后建筑的破坏状态如图17所示,详细破坏状态比例如表4所示,清华校园典型建筑预测破坏状态如表5所示。
图17 65WLG台站地震动记录对清华大学校园的破坏力
表5 清华校园典型建筑预测破坏状态
利用密布强震台网在震后获取的实时地震动信息,再结合城市抗震弹塑性分析,就可以得到地震发生后不同地点的建筑破坏情况,为抗震救灾决策提供科学支撑。图18为根据20180904新疆喀什地区伽师县5.5级地震震中附近范围内台站记录分析得到的建筑震害分布示意图。点击“阅读原文”可以查看网页版地震力分布图。
图18 20180904新疆喀什地区伽师县5.5级地震不同台站地震记录破坏力分布图