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20180906日本北海道地区6.9级地震破坏力分析

地震那些事

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致谢和声明

感谢日本K-Net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。感谢日本东京大学苏迪教授提供的资料。分析工作由课题组研究生程庆乐、徐永嘉、孙楚津合作完成。

一、地震情况简介

根据中国地震台网测定，北京时间2018年9月6日02点8分，日本北海道地区发生6.9级地震，震中位于北纬42.65°，东经142.00°，震源深度40千米。

二、强震记录及分析

20180906日本北海道地震震中70km内获得了22条地震动，由于地震动没有完全收集，可能还有更强的记录。收集到的典型地震记录分析如下：

IBUH01台站位置为北纬42.874度，东经141.819度(图1)，记录到水平向地震动峰值加速度为1316 cm/s2，竖直向地震动峰值加速度为1060 cm/s2。该地震动与我国设计反应谱和汶川地震反应谱对比如图2、图3所示。

图1 IBUH01台站位置

(a) EW

(b) NS

图2 IBUH01台站地面运动记录

图3 IBUH01台站记录反应谱与汶川地震记录对比

三、地震动对典型单体结构破坏能力分析

(1) 对典型多层框架结构破坏作用

模型1：六层框架结构

将IBUH01台站记录输入立面布置如图4 (a)所示的6度、7度和8度设防的典型六层钢筋混凝土框架结构，得到其层间位移角包络如图4 (b)所示。6度、7度框架层间位移角已经超过1/50。

(a) 立面布置示意图

(b) 层间位移角包络图

图4 典型六层钢筋混凝土框架结构

模型2：三层框架结构（感谢中国建筑设计研究院王奇教授级高工提供模型）

将IBUH01台站记录输入立面布置如图5 (a)所示的6度、7度和8度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构，得到其层间位移角包络如图5 (b)所示。层间位移角都超过了1/50。

(a) 立面布置示意图

(b) 层间位移角包络图

图5 典型三层钢筋混凝土框架结构

(2) 对典型砌体结构破坏作用

模型1：单层未设防砌体结构

选取图6所示纪晓东等开展的单层未设防砌体结构振动台试验模型，输入IBUH01台站记录，分析结果表明该结构将处于毁坏状态。（纪晓东等，北京市既有农村住宅砖木结构加固前后振动台试验研究，建筑结构学报，2012,11,53-61.）

图6 单层三开间农村住宅砖木结构振动台试验

模型2：五层简易砌体结构

选取图7所示朱伯龙等开展的五层简易砌体结构足尺试验模型，输入IBUH01台站记录，分析结果表明该结构将处于毁坏状态。（朱伯龙等，上海五层砌块试验楼抗震能力分析，同济大学学报，1981,4,7-14.）

(a) 平面图

(b) 剖面图

图7 五层简易砌体结构布置

模型3：四层设防砌体结构

选取图8 所示许浒等提出的四层设防砌体模型，输入IBUH01台站记录，分析结果表明该结构将处于毁坏状态。（许浒等，砌体结构在地震下的非线性计算模型，四川建筑科学研究，2011(06): 170-175.）

平面布置和模型示意图

图8 典型多层砌体结构

(3) 对典型桥梁破坏作用

模型1：某80年代公路桥梁（感谢福州大学谷音教授提供模型）

选取图9所示某80年代公路桥梁模型，输入IBUH01台站记录，分析结果表明该桥梁将处于毁坏状态。

图9 某80年代公路桥梁模型

模型2：某特大桥引桥（感谢福州大学谷音教授提供模型）

选取图10所示某特大桥引桥模型，输入IBUH01台站记录，分析结果表明该桥梁将处于中等破坏状态。

图10 某特大桥引桥模型

四、地震动对典型城市区域破坏能力分析

由于没有日本当地建筑数据，根据本课题组之前数据积累，将IBUH01台站的地面运动分别输入北京地区典型城市、乡镇和典型农村，得到考虑建筑承载力参数不确定性后的破坏状态如图11-图13所示。图中每类结构有三列，分别为结构抗力取中位值和加减一倍标准差的预测结果。（说明：由于每个结构的实际抗震能力都是有一定不确定性的，所以我们在新版的程序当中加入了对结构抗力不确定性的考虑）。

图11 IBUH01台站地震动记录对北京地区典型城市的破坏力

图12 IBUH01台站地震动记录对北京地区典型乡镇的破坏力

图13 IBUH01台站地震动记录对北京地区典型农村的破坏力

为了比较不同地震动对区域的破坏力，这里将地震动输入到清华校园619栋建筑中，其结构类型和建筑功能统计如图14所示。计算得到考虑承载力参数不确定性后建筑的破坏状态如图15所示，详细破坏状态比例如表4所示，清华校园典型建筑预测破坏状态如表5所示。

(a) 结构类型比例

(b) 建筑功能比例

图14 清华校园建筑

图15 IBUH01台站地震动记录对清华大学校园的破坏力

表5 清华校园典型建筑预测破坏状态

利用密布强震台网在震后获取的实时地震动信息，再结合城市抗震弹塑性分析，就可以得到地震发生后不同地点的建筑破坏情况，为抗震救灾决策提供科学支撑。图16为根据20180906日本北海道地区6.9级地震震中附近范围内台站记录分析得到的建筑震害分布示意图（由于没有日本当地数据，所以采用北京建筑数据代替）。点击“阅读原文”可以查看网页版地震力分布图。