01
7.8+7.8=?
土耳其序列型地震破坏力分析
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引言
本次土耳其地震为典型的序列型地震,遭受了两次以上强烈地震的破坏作用, 序列型地震作用下结构的响应更为复杂,它 与单次地震作用有很大差别,也 不等于两次地震震害的简单求和 。本次地震为我们分析序列型地震对结构的破坏影响提供了宝贵的分析数据,为此我们开展了本次土耳其序列型地震破坏力分析的工作。
01
序列型地震动
据中国地震台网正式测定,北京时间2月6日9时17分(当地时间2月6日4时17分)在土耳其发生7.8级地震,震源深度20千米,震中位于北纬37.15度,东经36.95度。随后,在18时24分时发生7.8级地震,震源深度20千米,震中位于北纬38.00度,东经37.15度。为了便于后面讨论,我们称第一次7.8级地震为7.8A;第二次7.8级地震为7.8B。
为此我们根据两次地震所获取的强震动记录选取了几个典型台站的序列型地震动,台站信息如表1所示,典型台站序列型地震动如图1所示(删去了两次大地震记录中间的值)。
图1 3802台站的序列型地震动
02
对单体建筑的影响
选取的分析结构为典型三层混凝土框架结构,如图2所示。对M7.8A、M7.8B和序列型地震作用下的破坏力进行了分析,层间位移角如图 3和图4所示。其中,MS-AS表示序列型地震动(即M7.8A+M7.8B)输入,MS代表M7.8A单独输入,AS表示M7.8B单独输入。
图2 三层框架结构立面图(感谢中国建筑设计研究院王奇教授级高工提供模型)
图 3 6度设防框架层间位移角
图 4 7度设防框架层间位移角
从图3和图4中可以看出,序列型地震作用下结构的地震响应更为复杂,例如,对于台站3802而言,序列地震动作用下结构响应大于M7.8A和M7.8B分别作用下的响应, 因为在一次7.8级地震的作用下,结构已经是受损状态,再来一个7.8级地震,结构的损伤会进一步加大 。 这说明多次地震的作用会进一步增大结构的响应,需要在结构的分析中予以考虑,但是损伤增大的幅度很复杂, 不是两次损伤的简单相加 。需要通过科学的计算才能得到。这也进一步体现了采用时程分析的优势,即可以考虑序列型地震的作用。
03
对区域建筑的影响
除了对单体结构的分析,城市抗震弹塑性分析方法还适用于区域建筑的序列型地震的作用分析。关于单体建筑的序列型地震震害研究已经开展了很多了。而对于城市防震减灾非常关键的区域震害预测而言, 序列型地震区域震害研究还很少 。因为传统的城市区域震害预测大多是基于统计数据的 经验预测 方法。由于地震是偶发灾害,收集足够的主震震害数据就已经非常不容易了,考虑到序列型地震的众多可能性组合,基于经验的预测方法来完成城市区域的序列型地震震害预测就面临更大的数据不足的困难。
而城市抗震弹塑性分析为克服上述问题提供了一个非常好的解决办法。与传统方法不同,城市抗震弹塑性分析方法,不是基于经验的预测方法,而是 基于物理模型(Physics-based) 的方法。城市抗震弹塑性分析基于结构动力学基本原理,每一个震害预测结果,都是根据结构动力学响应真正“算”出来的。
我们将序列地震动、以及M7.8A和M7.8B单次地震记录分别输入的区域建筑群模型中,由于缺少当地建筑属性数据,选用的区域建筑数据为伊斯坦布尔 的区域建筑数据 , 可以得到如图 5所示的结果。
图 5 区域建筑破坏情况
图6给出了区域建筑群中一典型RC框架结构在该台站处序列型地震以及两次7.8级地震单独作用下的层间滞回结果,从图6中可以清楚地看出序列地震动作用下结构的损伤累积。而 城市抗震弹塑性分析方法则能很好地考虑序列型地震的影响,可以考虑建筑在多次地震作用下的累积损伤效应 ,可以为序列型地震下建筑震害评估提供参考。
图 6 典型建筑层间滞回对比
02
设防类别和设防烈度如何确定?
在实际工程中属于这类设防的建筑工程不少,特别是在总结我国地震震害的经验教训后,考虑到我国现阶段的国民经济已有较大发展,因而2008年以来对中小学校、幼儿园、二、三级医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施,国家标准GB50223规定应当按照高于当地一般房屋建筑的抗震设防要求进行抗震设防,增强其抗震能力。以上建筑的抗震设防标准均确定为乙类。
1. 遭受地震后建筑破坏可能造成的人员伤亡、直接和间接经济损失和社会影响的大小。
2. 城镇的大小、行业的特点、工矿企业的规模。
3. 建筑使用功能失效后,对全局的影响范围大小,抗震救灾影响及恢复的难易程度。
4. 建筑各区段的重要性有显著不同时,可按区段划分抗震设防类别,但下部区段的设防类别不应低于上部区段。
5. 不同行业的相同建筑,当所处地位及地震破坏所产生的后果和影响不同时,其抗震设防类别可不相同。
抗震设防烈度 ,指的是按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况,取50年内超越概率10%的地震烈度。
中国地震动参数区划图主要特点有:
(1)将抗倒塌作为编图的基本准则,以50年超越概率10% 地震动峰值加速度与50年超越概率2%地震动峰值加速度除以1.9 所得商值的较大值作为编图指标;
(2)全国设防参数整体上有了适当提高,基本地震动峰值加速度均在0.05g及以上,0.10?g及以上地区面积从49%上升到 51%,其中Ⅷ 度 及以上地区的面积从 12% 增加到 18%。
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混凝土结构
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挑梁究竟属于哪种类型的承重构件?最近有位热心的网友问作者,“围护系统的承重构件包括挑梁,那么是不是所有的悬挑构件都属于围护系统的承重构件,比如梁式阳台、商业建筑中的悬挑式外走廊”。 当第一眼看到这个问题的时候, 作 者 第一感觉是有点懵。在 作 者 的概念中,挑梁应该属于重要的上部结构承重构件,其重要的程度甚至高于框架梁,因为其独特的受力方式(静定结构),意味着一旦失效就会发生较严重的坍塌事故,而框架梁一般为超静定结构,由于存在内力重分布的关系,发生失效的概率相对会小很多。但既然网友这么问,一定是有出处的。
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