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從“9.5”瀘定6.8級地震再談城市抗震彈塑性分析

轉(zhuǎn)載:陸新征課題組  2022/9/6 23:54:00  900
內(nèi)容簡介:馬上新學期又要開始了,每年新學期備課時我都會焦慮一段,覺得這些內(nèi)容不是講過了么?怎么又要講?然后才想起來,內(nèi)容還是相似的內(nèi)容,但是學生已經(jīng)是新的一屆學生了。上課是這樣,做科普也是一樣,很多內(nèi)容已經(jīng)講過很多遍了,但是讀者可能每過一段時間就會換了一波,所以還是要再講一次。希望熟悉我們公眾號的讀者們不要覺得我啰嗦??茖W研究的總體發(fā)展方向就是從粗放到精細化發(fā)展。震害評估自然也是不斷追求更準確、更快速、更詳......
馬上新學期又要開始了,每年新學期備課時我都會焦慮一段,覺得這些內(nèi)容不是講過了么?怎么又要講?然后才想起來,內(nèi)容還是相似的內(nèi)容,但是學生已經(jīng)是新的一屆學生了。
上課是這樣,做科普也是一樣,很多內(nèi)容已經(jīng)講過很多遍了,但是讀者可能每過一段時間就會換了一波,所以還是要再講一次。希望熟悉我們公眾號的讀者們不要覺得我啰嗦??茖W研究的總體發(fā)展方向就是從粗放到精細化發(fā)展。震害評估自然也是不斷追求更準確、更快速、更詳細的評估結(jié)果。以往由于傳感、通訊和計算技術(shù)不足,大家只能依靠震級和震源深度來粗略估計地震造成的損失,這是十分不準確的,我們此前也寫過多篇文章討論這個問題,例如:為什么需要發(fā)展城市抗震彈塑性分析 | 從8.8九寨溝地震和8.21意大利地震談起
比如這次瀘定6.8級地震,看著震級和2017年九寨溝7.0級地震震級大小差不多,震源深度瀘定16km,九寨溝20km,看著也差不多。但是觀測到的地震動差異卻非常顯著(圖1)。

圖12022瀘定6.8級地震和2017九寨溝7.0級地震記錄最強地震動反應譜對比顯然,從圖1一眼就可以看出,這次瀘定6.8級地震可能會比九寨溝7.0級地震造成更加嚴重的后果,雖然其震級還稍微小了那么一點點。近年來,我們看到了基于烈度/地震動峰值加速度/地震動峰值速度的震害評估方法得到了大量的研究和應用,相對于僅基于震級的評估方法,其科學性和精度得到了十分顯著的提升。但是,需要注意到,無論是烈度/地震動峰值加速度/地震動峰值速度,都是把復雜的地面運動過程簡化為一個單一變量。因而很難非常合理的評價地震動實際的破壞能力。例如2022年6月1日蘆山6.1級地震曾經(jīng)測量到一個峰值加速度達到1282cm/s/s的地面運動記錄,但是其破壞能力比這次瀘定地震記錄到的峰值加速度為891cm/s/s的地面運動要弱不少。因此,既然我們已經(jīng)布設了那么多傳感器,可以測量到整個地震的復雜時程過程,那干嘛不充分利用這些寶貴的有用信息呢?以上說的還是地震方面的情況。此前看到一篇文章寫得很好,把地震和建筑之間的相互關系比喻成兩個拳手在搏斗。地震是拳手甲,建筑是拳手乙,大家最終關心的是搏斗的輸贏(即地震損失的大小)。面對同樣的拳手甲,如果拳手乙很菜,那可能就被打的稀里嘩啦,如果拳手乙很強,那可能就毫發(fā)無傷。此前日本、美國發(fā)生7.0級地震能做到零死亡,一個非常重要的原因就是其建筑抗震能力足夠好(參見我們此前發(fā)表的文章:RED-ACT: 7月6日美國加州7.1級地震破壞力分析;20181201美國阿拉斯加7.2級地震破壞力分析;等)。如果不能同時考慮地震的破壞能力和建筑的抵抗能力,那震害評估的結(jié)果可能也會很不準確,參見我們此前的文章:連續(xù)反轉(zhuǎn)三次!我該怎么辦?| 從617宜賓6.0級地震和618日本6.8級地震談起
那如何才能更準確的評估地震損失呢?一個自然而然的想法就是我們在虛擬的環(huán)境里面,讓地震和建筑這兩個拳手模擬對抗一下。而城市抗震彈塑性分析就是這樣一個思路,我們把完整的地震動,輸入到盡可能準確的建筑非線性模型里面,然后采用彈塑性時程分析這一最能近似實際地震動力過程的方法來模擬地震下建筑的響應,最后獲得震損模擬結(jié)果。城市抗震彈塑性分析方法的效果相對其他方法的特色,我們從下面的典型動畫案例里面就可以看出來。
圖2 城市抗震彈塑性分析模擬北京CBD高層建筑群的地震響應除了可以將時程分析從單體建筑推廣到群體建筑,還可以將時程分析應用于滑坡分析。其理由也是相似的:傳統(tǒng)的滑坡分析方法將地震輸入簡化為一個烈度或者峰值加速度,不能很好的反映地震動的復雜特性,在我們可以獲得豐富的地面運動全紀錄的情況下,時程分析可以很好的克服傳統(tǒng)方法的缺點,所付出的代價不過是計算量大一點,不過相對于現(xiàn)在的計算機分析能力,也是完全可以應付的(參閱:新論文:基于實測地震動的近實時地震滑坡預測方法(并附源程序))。

具體到這次瀘定6.8級地震,雖然考慮到近年來抗震防災事業(yè)的進步,我們在計算時已經(jīng)將建筑的抗震能力適當提高(比均值增加了一倍標準差),但是RED-ACT仍然輸出了一串紅色(可能發(fā)生倒塌)的建筑震害模擬結(jié)果(圖3),滑坡的模擬結(jié)果也讓人很不安(圖4)。昨天看到這個結(jié)果心情就很沉重,今天看新聞,果然損失和傷亡確實很重。


圖3 不同臺站地震記錄破壞力分布圖(建筑抗震承載力取均值加一倍標準差)


圖4不同臺站附近地震滑坡分布(滑坡體飽和比例為 50%)

所以,我們認為城市抗震彈塑性分析在城市地震災害分析等方面有著廣闊的應用前景,歡迎更多單位一起努力合作推動這個技術(shù)的進步和發(fā)展。
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