7.8 + 7.8 = ? | 2月6日土耳其地震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。

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

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。

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。关于主余震作用下区域建筑震害预测方法的介绍详见：新论文：主余震作用下区域建筑震害预测方法(Regional seismic-damage prediction of buildings under mainshock-aftershock sequence, Frontiers of Engineering Management, 2020)。

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

从图中可以看出，序列型地震作用下区域建筑的震害情况更为复杂，对于某些台站（如右上角的4412台站），序列地震动作用下建筑破坏比例大于M7.8A和M7.8B两次地震单独作用下的破坏情况（表2），这说明序列型地震的发生会进一步增加建筑的破坏。但破坏程度同样不是两次地震的简单相加，而城市抗震弹塑性分析方法是科学预测区域建筑在序列型地震作用下震害的有效方法。

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。