3月18日美国犹他州5.7级地震RED-ACT系统评估结果与实际震害情况对比
致谢和声明：
感谢美国CESMD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。
一、地震情况简介
据美国CESMD正式测定，3月18日07时09分 (UTC -6)在美国犹他州麦格纳发生5.7级地震，震源深度11.7千米，震中位于北纬40.75度，西经112.07度。
二、强震记录及分析
20200318美国犹他州麦格纳5.7级地震获得了37组地震动，由于地震动没有完全收集，可能还有更强的记录。典型地震记录分析如下：
图1 LKC台站位置
(a) EW
(b) NS
(c) UD
图2 LKC台站地面运动记录
图3 LKC台站典型记录反应谱
三、地震动对典型城市区域破坏能力分析
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4为根据20200318美国犹他州麦格纳5.7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。图5为根据20200318美国犹他州麦格纳5.7级地震震中附近范围内台站记录分析得到的人员加速度感受分布示意图。
图4 20200318美国犹他州麦格纳5.7级地震不同台站地震记录破坏力分布图
（建筑抗震承载力取均值）
图5 20200318美国犹他州麦格纳5.7级地震不同台站地震记录人员加速度感受分布图
（建筑抗震承载力取均值）
四、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1：三层框架结构（感谢中国建筑设计研究院王奇教授级高工提供模型）
将LKC台站记录输入立面布置如图6 (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6 (b)所示。
(a)立面布置示意图 (b)层间位移角
图6 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7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LKC台站记录，分析结果表明该结构将处于严重破坏状态。（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7 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8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LKC台站记录，分析结果表明该结构将处于中度破坏状态。（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8 五层简易砌体结构布置
(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LKC台站记录，分析结果表明该结构将处于中度破坏状态。
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LKC台站记录，分析结果表明该结构将处于完好状态。
图10 某特大桥引桥模型
五、与实际震害情况对比
(1) 建筑破坏情况对比
① 区域震害
犹他州地质勘探局（UGS）拥有一个灾害应急响应数据库[1]，搜集了20200318美国犹他州麦格纳5.7级地震的受灾情况。根据犹他州历史保护办公室的统计数据，在本次地震中，至少有145栋建筑出现不同程度的损坏，其中有10栋建筑的震后评估结果为“不合格”，如表1所示。距离震中最近的城市Magna建筑受损程度较为严重，历史建筑较多的城市Salt Lake City受损建筑数量较多。受损历史建筑位置分布如图11所示，图源当地媒体The Salt Lake Tribune[2]。
表1 犹他州地震受损建筑统计
城市
数量
Magna
Salt Lake City
Tooele
Murray
South Salt Lake
West Valley City
22(10)
118
2
1
1
1
注：括号内为评估为“不合格”的建筑数量。
图11 受损历史建筑位置分布（图源The Salt Lake Tribune）
② 单体震害
震害较重的建筑主要是砌体结构，表现为砌体墙、砌体烟囱、女儿墙的破坏、坠落等，如图12所示（图源UGS）。震害较轻的建筑则仅表现为砌体开裂、窗户破碎、吊顶脱落、水管破裂等。
图12 当地部分震害较为严重的建筑（图源UGS）
根据UGS的数据库和当地媒体的报道，本次地震中受损严重的主要是历史砌体建筑。该类建筑由于建造时相关抗震设计规范尚不完善，因此容易遭到地震的破坏。
由于目前尚未搜集到关于当地桥梁破坏的信息，暂时认为当地没有桥梁发生破坏。
(2) 加速度感受对比
① DYFI
Did you feel it? (DYFI)[3]是美国地质勘探局（USGS）开发的一个系统，其利用互联网从经历地震的人们那里获取地震信息。DYFI系统通过大量互联网用户填写的调查问卷，得到来自地震震中附近的震感报告数据。通过收到的这些报告，DYFI给出了推算得到的烈度响应图，如图13所示。
图13 DYFI响应推测的地震烈度图（图源USGS）
由图13可见，震中附近人员的振动感受主要介于Strong和Moderate之间，人员感受到的加速度明显。
② EMSC
European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC)[4]也进行了一些震中地区人员的主观感受评价的信息收集（如图14所示），绘制了相应的人员感受分析图（如图15所示），并且公开了收集到的人员对地震感受的具体反馈。
图14 EMSC收集到的人员主观感受分布图（图源EMSC）
图15 EMSC收集到的人员主观感受分析图（图源EMSC）
在震中地区附近（30km以内），分析图显示人员的感受主要介于Largely felt和Damaging之间。在具体的反馈信息中人们普遍感受到非常强烈的地震动，房屋剧烈摇晃，室内物品掉落，感觉到强烈的恐惧与不适并且由于地震发生在当地时间的清早，相当部分的反馈者称从地震中被震醒。
表2列举了部分代表性的反馈信息。
表2 部分人员感受反馈信息
震中距
/km
人员感受
6
First bad earthquake in Utah since 1992. This was terrible.
10
At home (top floor of a 2 story with basement house) slight rumble at first, followed by violent shaking and stuff falling over. Left hairline cracks in one section of driveway. Widened a crack in the asphalt out in the road in front of house. Lasted about 30ish seconds.
12
Was sitting at home, in the basement, on the couch with my wife. The whole house shook back and forth for about 30 seconds. One of the most terrifying things in my life.
15
I was in the 1989 in SFO, the Loma Prieta, downtown on the 20th FL. in the Alcoa Bldg (built on rollers). This was far far scarier. Lived in SF two decades & never once got scared. I thought they were fun! Yeah no more. Water line under trailer broke. Stuff fell off walls, tables, fridge. I'm 58 & this was the scariest thing I've ever been thru. Went from sleeping one second to running screaming for my life the next. Shaking like a leaf, crying. I was literally whimpering. I didn't think I could whimper. And the aftershocks continue as I type this.
29
Woke me up from sleeping, water bottles fell off my nightstand cologne fell off my dresser.
参考文献
[1] The Utah Geological Survey. A digital clearinghouse for the 2020 M5.7 Magna, Utah earthquake. Available at:
https://geodata.geology.utah.gov/pages/search.php?search=%21collection609
[2] The Salt Lake Tribune. Toll of damaged historic buildings in Utah earthquake rises to 126. Here’s a map. Available at: https://www.sltrib.com/news/2020/03/24/toll-damaged-historic
[3] M 5.7 - 4km NNW of Magna, Utah. Available at:
https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/uu60363602/dyfi/intensity
[4] M 5.7 - WASATCH FRONT URBAN AREA, UTAH - 2020-03-18 13:09:29 UTC. Available at:
https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/uu60363602/dyfi/intensity
RED-ACT震害应急评估结果讨论
1. 1月19日新疆伽师6.4级地震美国PAGER系统和清华RED-ACT系统评估结果对比
2. 美国加州7.1级地震破坏力分析小结：分析结果、与实际震害对比及思考
4. 透过"热闹"看"门道" | 0516昭通4.7级地震分析与讨论
RED-ACT的科学原理
陈星雨
费一凡
---End---
相关研究
新论文：抗震&防连续倒塌：一种新型构造措施