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泸定6.8级地震中的建筑坠物问题及模拟

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2022



泸定6.8级地震中的

建筑坠物问题及模拟


2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,震源深度16公里。截至目前,地震已造成66人死亡,15人失联,253人受伤。



建筑地震坠物

        根据目前网络信息,一些高层建筑虽然没有结构破坏,但建筑外围护构件发生了严重破坏,造成了突出的建筑地震坠物问题

建筑外围护构件破坏


建筑外部石材面板坠落    
    
大范围的建筑地震坠物
   
             
   
       随着抗震标准的提高和建造水平的进步,建筑倒塌问题的得到有效控制,但非结构构件破坏导致的建筑坠物不容忽视。建筑地震坠物可能会造成严重的人员伤亡,美国北岭地震中有近50%的受伤是地震坠物造成的。           
   

   
    
         
       为了避免地震坠物的人员伤亡,如何预测坠物的运动规律及分布区域就成了一个问题。    

   
如何才能准确预测坠物分布区域呢?    


模拟思路

       针对地震次生坠物问题,课题组曾发表过一篇关于建筑地震坠物模拟的论文。

   

   

        


      该论文的基本架构包括了坠物分布计算、地震动不确定分析和室外避难场地的选取三部分,如下图所示。在坠物分布计算上,具体步骤包括

(1)基于已开发的MDOF模型获得建筑结构地震反应

(2)根据外围护构件破坏准则,判断构件是否脱落

(3)根据刚体动力学计算脱落坠物的运动轨迹,进而得到坠物的分布


技术路线图      


   
   



坠物模拟

        为了真实模拟地震坠物,我们选取了SC2271典型站台收集到的20220905四川甘孜州泸定6.8级地震中的一条地震波进行模拟。该站台记录到的水平向地震动峰值加速度为891cm/s/s。



      

       现阶段无法找到此次地震真实的建筑破坏数据,因此我们选择一栋典型的20层居民楼建筑进行模拟分析。基于MDOF进行弹塑性时程分析,得到地震的结果响应数据(EDP);当层间位移角大于限值后,则认为建筑外围护结构破坏并产生坠物;再通过Blender中的物理引擎模拟坠物下落的平抛运动以及坠物接触碰撞运动过程。


坠物模拟结果如下图所示



       模拟结果显示:建筑周围2-4m内是坠物分布密集区域,并且越远处坠物数量越少,这也与一般的震害现象相符。

       

       为验证模拟的合理性,我们选择一段地震发生时,成都锦江区某小区建筑发生地震坠物的视频进行对比,可以看到模拟结果与真实情况有一定相似性。当然,目前没有建筑的具体图纸以及坠物的分布调查结果,后续可进行调查,给出更加具体对照结果。

坠物运动过程对比


小结

     
       (1)建筑在地震中不倒塌,不代表一定安全,非结构破坏同样也会导致伤亡。此次地震所暴露出的建筑地震坠物问题值得我们深入探究,需要开展深入的震害调查和专门的项目研究。     
      (2)由于数据不全,此次模拟只是一个简单的展示。当数据齐全后,本方法可以开展精细的分析与预测,具体技术细节可文末“阅读全文”查看    

       (3)我们会继续在地震坠物问题上开展更深入的研究,并将最新的研究成果及时在公 众 号分享,如果对我们的研究成果感兴趣,可以关注我们的公 众 号——“学术小镇”,希望能进行进一步交流!

        

我们团队关于地震坠物的相关研究:扔砖头、跳盒子,这也是做科学试验哦!| 新论文:地震次生坠物情境中的人员疏散模拟


 


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来源:陆新征课题组
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首次发布时间:2023-03-18
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