2017.09.30四川青川5.4级地震动破坏力分析

2017-10-01 杨哲飚徐永嘉等 陆新征课题组 陆新征课题组

致谢和声明:

感谢中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”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。

本分析由杨哲飚、徐永嘉、顾栋炼、程庆乐等研究生共同完成,其中杨哲飚负责地震动处理和反应谱分析,顾栋炼负责单体建筑分析工作,徐永嘉和程庆乐负责区域建筑分析工作。

由于9月30日晚上有课,所以分析结果发布的比较晚。


1. 9•30四川青川5.4级地震简介

据中国地震台网正式测定:09月30日14时14分,在四川广元市青川县(北纬32.27度,东经105.00度)发生5.4级地震,震源深度13公里。


2. 9.30四川青川5.4级地震动频谱分析

依据中国地震局工程力学研究所“国家强震动台网中心”对9.30四川青川5.4级地震强震动观测简讯,截至2017年9月30日16时01分,收到四川省地震局29组强震动记录事件、甘肃省地震局4组强震动记录时间、陕西省地震局1组强震动记录事件。公布的数据中,平武南坝强震台震中距最小,震中距17.7公里,南北、东西、垂直向加速度峰值分别为92、-88.5、35.6 cm/s/s,速度峰值分别为 1.9、1.8、-0.8 cm/s。其与震中相对位置如图1所示。

图1 平武南坝强震台位置


平武南坝地震动时程曲线如图2所示。对地震动记录的三个分量(东西方向,南北方向和竖直方向)求加速度反应谱(阻尼比5%),并将加速度反应谱与我国7度Ⅱ类场地设计反应谱对比,如图3所示。可见,此次9.30平武南坝地震动的反应谱值很低。   

(a) NS方向分量


(b) EW方向分量

(c) UD方向分量

图2 平武南坝地震动记录 

图3 平武南坝强震台记录加速度反应谱 


3. 平武南坝强震台记录对典型框架和典型超高层建筑破坏力分析

3.1 平武南坝强震台记录对典型框架破坏力分析

本文采用施炜设计的三个钢筋混凝土框架结构为研究对象。该钢筋混凝土框架结构共6层,结构平面和立面布置如图4所示。结构底层层高4.1m,其他层高3.7m,总高22.6m,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第二组,设防烈度分别为6度、7度和8度。

(a) 平面布置

(b) 立面布置

图4框架结构布置图(单位:mm)


对以上3个框架输入平武南坝强震台地震动记录,采用经典的Rayleigh 阻尼进行弹塑性时程分析,阻尼比取5%。分析得到的框架层间位移角包络图如图5所示。

图5 框架层间位移角包络图


可见,层间位移角均处于弹性范围,不会有结构破坏。


3.2 平武南坝强震台记录对中国典型超高层破坏力分析

本文以我国两栋典型超高层建筑—上海中心大厦和中国尊大厦为例,进行弹塑性时程分析,研究其结构响应和地震损失情况。

上海中心大厦和中国尊大厦,分别位于我国抗震设防烈度7度区(上海)和8度区(北京)。上海中心大厦主体塔楼共124层,塔顶建筑高度为632m,结构高度为580m,为“巨柱—核心筒—伸臂桁架”的混合抗侧力结构体系,基于2010年1月上海中心设计方案,采用通用有限元软件MSC.Marc 2007,建立了其有限元模型(如图6);中国尊大厦(在建)塔楼共108层,建筑高度528米,采用了“巨型支撑框架-核心筒”的混合抗侧力体系,同样采用通用有限元软件MSC.Marc 2007,建立了其有限元模型(如图7)。

图6 上海中心大厦有限元模型

图7 中国尊大厦有限元模型


对以上两超高层模型输入平武南坝强震台记录,采用经典的Rayleigh 阻尼进行弹塑性时程分析,阻尼比取5%。两超高层的楼层层间位移角包络图如图8所示。从图8可以看出,无论是上海中心大厦还是中国尊大厦,在平武南坝地震动记录下的层间位移角均较小,均远小于《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中钢筋混凝土框架-剪力墙结构1/800弹性层间位移角的限值。可见,两超高层结构在此地震下的抗震安全性均有很好的保证。


(a) 上海中心层间位移角包络图

(b) 中国尊层间位移角包络图

图8  平武南坝强震台记录下上海中心和中国尊层间位移角包络图 

注:上海中心大厦的层间位移角包络图不包括大厦顶部桁架。


4. 平武南坝强震台记录对典型城市区域破坏能力分析

本文基于《第六次全国人口普查》及《中国城市统计年鉴》等数据,通过线性规划构建了四川广元地区的典型城市区域、村镇区域和典型农村区域的建筑模型,包括不同建造年代、不同结构类型、不同层数的建筑;将平武南坝记录输入广元地区典型城市、典型村镇和典型农村区域建筑模型,采用城市地震动力弹塑性分析方法,分析平武南坝强震台记录对广元地区典型城市、典型村镇和典型农村建筑的破坏能力。下面详细介绍具体分析流程和方法。

本文建筑分析模型采用城市地震动力弹塑性分析方法,该方法基于多自由度非线性集中质量层模型,其基本思路是把建筑物简化成不同楼层组成的一系列的“糖葫芦串”,其中单层、多层建筑采用多自由度剪切层模型,高层建筑采用多自由度弯剪耦合层模型(如图9所示),并建议了如何基于有限的建筑属性信息(结构类型、高度、层数、建造年代、楼层面积),来确定城市内成千上万建筑物的集中质量模型的有关参数。

 

图9 城市地震动力弹塑性分析中的建筑分析模型


对建立的广元地区建筑分析模型输入平武南坝强震台记录,采用城市地震动力弹塑性分析方法,通过非线性时程分析可以得到该地震下广元地区典型城市、村镇和典型农村不同建筑类型的破坏情况,如图10所示。

(a) 广元地区典型农村建筑破坏情况

(b) 广元地区典型乡镇建筑破坏情况

(c) 广元地区典型城市建筑破坏情况

图10平武南坝强震台记录下广元地区典型农村典型村镇和典型城市建筑破坏情况


从图中可以看出,本次地震的破坏力较小,除了没有任何抗震考虑的土木结构外,一般不会引起结构的倒塌破坏。


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