2023年帕扎尔吉克(Pazarc?k)7.8级地震期间,伊斯肯德伦(?skenderun)四栋相邻建筑物在严重液化作用下的抗震性能研究

【字体: 时间:2026年03月10日 来源:Soil Dynamics and Earthquake Engineering 4.6

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  研究2023年Pazarc?k地震中?skenderun海岸填海区四栋钢筋混凝土建筑物的液化引发沉降,通过FLAC软件进行二维非线性动力有效应力分析,输入地震动由附近强震动站记录调整获得,验证了结构-土壤-结构相互作用(SSSI)模型的有效性,揭示了多建筑群系统响应机制。

  
明-谭·多安(Minh-Tam Doan)|乔纳森·D·布雷(Jonathan D. Bray)|豪尔赫·马塞多(Jorge Macedo)|黛安·M·穆格(Diane M. Moug)
台湾国立科技大学土木与建筑工程系,台北,10607,台湾

摘要

2023年Mw 7.8级的Pazarc?k地震在土耳其?skenderun沿海的填海区域造成了严重的液化损伤。地震后的勘察和现场特征研究为分析?skenderun地区的建筑性能提供了充足的信息。利用附近岩石场地和硬质土壤场地记录的地面运动数据,重建了?skenderun沿海深层土壤剖面中显著阻抗对比区域的输入地面运动。通过非线性有效应力地震场响应分析,计算了?skenderun强震区域的地面震动情况,并验证了输入数据、现场特征和场响应模型的有效性。这些输入数据被用于?ay区四栋建筑的二维非线性动态有效应力分析,以研究垫层基础上中高层钢筋混凝土结构的液化引起的沉降现象。土壤响应通过校准的PM4Sand和UBCHyst本构模型进行模拟。在Pazarc?k地震期间,由于表层沙层液化,建筑物被“嵌入”在地下。分析结果可靠地再现了地震期间的结构性能,并为受液化影响的密集建筑物的性能提供了有益的见解。

引言

2023年Mw 7.8级的Pazarc?k地震是Kahramanmara?地震序列中的主震,引发了土耳其东南部地区的广泛地质技术灾害,特别是在?skenderun和G?lba??,包括液化、滑坡以及堤坝和土坝等土木结构的损坏[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]]。在沿海城市?skenderun,地震导致了严重的液化现象和建筑物破坏。该地区下伏着由海岸和河流作用形成的第四纪冲积层以及为填海工程而铺设的年轻填充物。这些土壤条件使得?skenderun容易发生液化及其相关效应,如地面沉降、侧向扩展和建筑物沉降。许多住宅建筑在填海土地上经历了较大的液化沉降,建筑沉降也影响了周围地面的变形模式。建筑物在硬质垫层上的向下移动通常会导致相邻地面凹陷(形成凸形表面),而宽基建筑物在柔性浅基础上的沉降则表现为凹形(中心沉降大于边缘),[2]。地质极端事件勘察(GEER)团队记录的液化引起的建筑物沉降范围从可忽略不计到740毫米不等[1,2]。
具有充分地面运动数据、建筑性能和地下条件记录的可靠案例历史仅限于少数地震,例如2010-2011年的坎特伯雷地震序列。例如,Luque和Bray [12,13]以及Bray和Luque [14]对新西兰基督城中央商务区的重要建筑物进行了回溯分析,以评估导致浅基础建筑物液化沉降的潜在机制。他们的发现与现场观察结果以及离心试验中观察到的主要机制一致[[15], [16], [17]],并重新确认了这些机制。然而,大多数先前的研究集中在单个建筑物的地震性能上,而非建筑群[[12], [13], [14]]。最近,研究人员主要通过物理实验和数值模拟研究了动态结构-土壤-结构相互作用(SSSI)的影响。Hayden等人[19]、Kirkwood和Dashti [20]以及Hwang等人[21]发现,由于邻近建筑物的存在增加了约束,相邻建筑物的基础沉降较小。相比之下,其他响应指标(如基础旋转/倾斜、谱加速度和上部结构需求)则没有显示出一致的趋势,其变化可能取决于建筑物属性、间距、液化土壤的厚度以及地面运动特性[19,[21], [22], [23]]。迄今为止,仅有有限的研究对记录详尽的案例历史进行了回溯分析,以验证离心试验和数值模拟中观察到的动态SSSI相关机制。Pazarc?k地震的?skenderun案例历史为研究液化土壤下建筑物的响应提供了机会,并推动了非线性动态SSSI分析的发展。
本文评估了?skenderun ?ay区四栋相邻建筑物的地震性能,这四栋建筑物位于坐标36.5906N, 36.1789E,对应于Arnold等人[24]中的区域1。这四栋建筑物为钢筋混凝土(RC)框架结构,采用填充墙(RCF-IW)和RC垫层基础。地震后的勘察记录了这四栋建筑物的液化沉降情况,平均沉降范围为470毫米至710毫米[1,2]。使用来自这四栋建筑物的圆锥贯入试验(CPT)数据简化了液化触发程序,结果表明液化触发安全系数(F_L)和液化后的承载能力系数(F_BC)均远低于1。在这种情况下,基于Bray和Macedo [25]以及Bullock等人[26]的方法估算的液化沉降量可能会偏高且存在不确定性。此外,这些方法可能无法捕捉到系统层面的响应,如SSSI。针对这四栋RCF-IW建筑物的非线性动态有效应力分析有助于更深入地了解系统响应[[12], [13], [14]]。通过对这四栋建筑物的非线性动态有效应力SSSI分析,研究了Pazarc?k地震期间地震荷载与建筑物及地下条件之间的相互作用。
对这四栋建筑物的地震分析主要使用了有限差分软件FLAC 8.1版本[27]以及PM4Sand模型[28](用于沙土材料)和UBCHyst模型[29](用于粘土材料)对Kahramanmara?地震序列中的Pazarc?k主震进行了模拟。现场输入地面运动数据基于附近强震台站(SMS)的记录,以获取?ay区深层土壤剖面中显著阻抗对比区域的运动信息。这些非线性动态分析的结果与实测的建筑物沉降情况进行了比较,并对分析结果进行了关键解读。

部分内容摘录

地震震动

2023年2月6日,Kahramanmara?地震序列以Mw 7.8级的Pazarc?k主震开始,9小时后发生了Mw 7.5级的Elbistan地震。随后发生了多次余震。图1a显示了Kahramanmara?地震序列中两次主震的表面断层破裂[30]。?skenderun地区的几乎所有损坏都是由Mw 7.8级的Pazarc?k地震引起的,而Mw 7.5级的Elbistan地震对?skenderun的震动影响较小。

地下剖面

使用14次CPT测试和1次地震CPT(SCPT-IS-26)对?ay区(建筑物J、I、G和H)的地下条件进行了表征,如图3所示。这些CPT测试由Macedo等人[37]在2023年Kahramanmara?地震后于2024年3月18日至3月27日期间进行。本研究假设CPT数据(包括圆锥尖端阻力q_c和套管摩擦f_s)在2023年Kahramanmara?地震序列后没有显著变化,这与

数值模型描述

使用二维(2D)有限差分程序FLAC 8.1版本[27]及其显式拉格朗日方案对这四栋建筑物的非线性动态有效应力SSSI进行了分析。先前的研究(即[[12], [13], [14], [15]]表明,2D分析能够合理捕捉土壤-结构相互作用(SSI)问题的关键方面,包括液化引起的建筑物沉降的主要机制。然而,复杂的三维(3D)SSSI

自由场响应分析

分析使用了来自TK-3115 SMS(方法1)和TK-3116 SMS(方法2)的输入地面运动的EW和NS分量,以观察不同输入地面运动变化之间的差异。这些分析采用了以下基准土壤参数:D_r = 60%(对于单元2)和加载率因子f = 1.5,以估算单元3和4的动态s_u相对于静态s_u的值。关键地震响应参数包括PGA、超额孔隙水压力比(r_u,max)和最大剪切

动态结构-土壤-结构相互作用(SSSI)分析

对建筑物J和I(A-A′部分)以及建筑物H和I(B-B′部分)的非线性动态分析确定了Pazarc?k地震期间这四栋建筑物的主要沉降机制。这些非线性动态分析的结果以建筑物沉降、r_u和γ_max的形式呈现。基准模型使用了第5节描述的关键土壤参数,以及建筑物H和I的平均承载压力估计值q = 140 kPa

结论

对?skenderun沿海地区四栋多层RCF-IW建筑物进行了系列2D非线性动态有效应力分析,这些建筑物在2023年Pazarc?k地震期间经历了显著的液化沉降,旨在评估导致建筑物沉降的关键机制,并了解分析捕捉液化场地结构-土壤-结构相互作用(SSSI)效应的能力。输入地面运动数据来源于
CRediT作者贡献声明
明-谭·多安(Minh-Tam Doan):撰写——初稿、审稿与编辑、可视化、调查、形式分析、数据整理。乔纳森·D·布雷(Jonathan D. Bray):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、项目管理、概念构思、方法论、验证、资源获取。豪尔赫·马塞多(Jorge Macedo):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、方法论、验证、资源获取。黛安·M·穆格(Diane M. Moug):撰写——审稿与编辑、撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了美国国家科学基金会(NSF)通过“民用基础设施工程计划”(Grant No. CMMI 2338023-24, ?25, ?26)的支持。此外,本研究还利用了NSF支持的GEER协会(Grant No. CMMI1826118)收集的数据。本文中的任何观点、发现、结论或建议仅代表作者本人,并不一定反映NSF的观点。任何商业、公司或产品名称的使用均出于
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