Engineering Structures AI特刊征稿

昨天（9月18日）合肥市肥东县发生了4.7级地震。这次地震的震级和破坏性都不大，但是引起的网络声浪却很大。尤其作为一个安徽人，我的朋友圈里面更是非常的热闹。从新闻报道看，合肥市大量居民在震后都紧急疏散到室外，甚至距离合肥150多公里外南京的居民，都反映感受强烈甚至进行了紧急避险。到底是当地居民太敏感了，还是这次地震确实震感比较强烈？我们课题组对地震引起的加速度感受问题也做过系列分析.这里结合本次合肥4.7级地震再和大家汇报一下。具体而言，人对地震一个很重要的感受就是地震引起的加速度。地面运动加速度作用到建筑后，还会被建筑放大，因此一般来说，楼层越高，感觉到的晃动也就越大。加速度达到一定程度，人就会感到难受甚至恐慌（海盗船、过山车、跳楼机，游乐园里面的各种设备就是通过制造加速度来制造刺 激）。我们此前多次提到，我们开展区域震害分析的“城市抗震弹塑性分析”方法，一个突出的特点就是可以提供完整的工程需求参数（EDP）信息，不仅包括结构损伤判断必不可少的层间位移角信息，还包括了结构的残余位移信息，当然，也包括了不同建筑的楼面加速度信息。例如，图1给出了一栋3层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的楼层加速度响应结果。在2016年山西清徐地震时，我们就用城市抗震弹塑性分析方法探讨了太原市区的人员感受. 图1 三层框架结构加速度响应因此，我们就可以进一步利用各个台站的记录，以及城市抗震弹塑性分析给出结果，得到不同地区人员感受到的加速度（这里已经考虑了建筑引起的加速度放大效应），进而给出人群的感受比率，如图2所示。其中，人员感受与加速度的对应关系如表1所示（董安正, 赵国藩. 高层建筑结构舒适度可靠性分析[J]. 大连理工大学学报, 2002, 42(4):472-476）。表1 加速度与人员感受对应关系 图2-5给出了RED-ACT分析得到的合肥、南京以及我的家乡芜湖等地区的人员加速度感受分布。不同饼图位置代表了不同的地震动记录位置。不同扇区面积大小代表不同感受的人群比例。之所以同一地点不同人群感受不同，主要是因为不同建筑类型、高度，以及同一建筑的不同楼层的加速度响应都会不同，因此人员感受也就各不相同。图2 合肥周边地区人员加速度感受分布 图3 南京周边地区人员加速度感受分布，虽然距离震中超过100km，但是仍然可以达到“有感”甚至“不适”的水平图4 芜湖周边地区人员加速度感受分布，芜湖市区的震感比南京还要更强烈一些 图5 蚌埠-淮南周边地区人员加速度感受分布从图中不难看出，合肥地区明显东侧感觉更加强烈，甚至达到了“难以忍受”的程度。城区普遍达到了“不适”或“非常不适”的级别。这其实也是我们课题组一直非常担心的问题：一个不需要太大的地震（例如这次只有4.7级），就可以引起城市大量居民的强烈恐慌。如果城市密集高层建筑群中大量人员在地震后集中下楼避险，密集的人群、紧张的情绪、叠加上有限的地面空间，万一出现拥挤踩 踏事故，那可能就造成非常严重的后果。对于这个风险，目前的研究积累相对还是很缺乏的。图6 如何能够避免这样的灾难情景发生？小结城市抗震弹塑性分析基于结构动力学和地震工程的基本原理，不仅可以给出常规的震损评价结果，还可以进一步给出残余位移（修复难度），楼面加速度（人员感受）等多种多样的信息，其潜力还有很大的发掘空间。因此，欢迎大家一起来研究、推广城市抗震弹塑性分析方法。另外，在中国地震学会标准《基于强震动记录的地震破坏力评估T/SSC 1—2021》中已经给出了具体的地震加速度感受分析方法，欢迎大家一起交流，进一步完善、发展这一技术。来源：陆新征课题组