缅甸 7.9 级地震,为何我国云南多地震感明显?

综合仪器烈度和强震动反应谱来看,本次地震表现出明显的远场大震 “鞭梢效应”。这也是“为什么距离震中那么远,高层震感还那么强”的原因。

3 月 28 日 14 时 20 分,缅甸发生 7.9 级地震。今年以来,全球发生 6 级及以上地震 18 次,本次地震是最大地震。我国云南多地震感强烈,贵州、广西等地有震感。震后,多地网友,特别是身处较高楼层的网友表示,震感非常强烈。

从地震发生位置看,震中距我国边境线最近约 294 公里,距云南瑞丽市政府驻地约 310 公里,距昆明市政府驻地约 776 公里。据灾情报告和网友反馈,我国云南西双版纳、临沧、德宏、楚雄、昆明、丽江、保山、大理等地震感强烈,贵州、广西等地亦有震感。

网络视频显示,云南一些高层建筑剧烈晃动,扬起巨大灰尘,市民紧急逃生。地震在我国境内造成的有感范围非常广泛。

从地震能量看,本次地震震级高,烈度大。中国地震局工程力学研究所强震动观测中心仪器烈度结果显示,中缅边境地区,最大仪器烈度高达 8.1 度,4.5 度以上的强有感地区分布非常广。清华大学陆新征教授团队分析了缅甸 7.9 级地震典型台站强震动记录图形显示,地震长周期部分较为丰富

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典型台站典型记录反应谱,图片来源:清华大学陆新征课题组

综合仪器烈度和强震动反应谱来看,本次地震表现出明显的远场大震 “鞭梢效应”这也是“为什么距离震中那么远,高层震感还那么强”的原因。

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缅甸地震后,有网友发帖称,在西安都有震感。随后西安市地震局辟谣,表示暂未监测到地震相关数据。地震期间,网上各类谣言四起,大家注意分辨,以官方信息为准。

缅甸 7.9 级地震,为何我国云南多地震感明显?

什么是鞭梢效应?

当我们握住鞭柄上下抖动时会看到,越靠近鞭梢,晃动越剧烈,这种现象称为“鞭梢效应”。鞭梢效应是一个力学常见现象,尤其在高耸建筑结构或细长杆件中更为明显。在结构受到外力作用时,由于结构自身的动力特性,导致结构顶部或末端产生较大的位移或振动,这种放大效应即为“鞭梢效应”。鞭梢效应对于结构的安全性和稳定性有着重要影响,因此在结构设计和分析中要充分考虑鞭梢效应的影响。

那什么是“地震时的鞭梢效应”呢?

我们知道,地震能量是通过地震波从震源向四处传播的,从而引起地面的水平晃动和上下震动。地震波经过长距离传播,其高频成分逐步衰减,代之以低频波为主。楼层越高,建筑体的自振周期与地震波的周期越接近,就会发生共振现象,引起剧烈晃动。

在地震作用下,高层建筑或其他建(构)筑物顶部细长突出部分,由于质量和刚度较小,振幅剧烈增大,形成较大的速度和较大的位移,像舞动的鞭子,这种现象称为地震时的“鞭梢效应”。

同底层相比,楼层越高,在地震中晃动的振幅会逐渐增大,鞭梢效应越显著。高层建筑结构的这种“放大效应”,使同一栋建筑内位于不同楼层的人对同一次地震产生不同的感觉,即楼层越高,晃动越明显,震感就越强烈。

地震鞭梢效应的破坏和影响

随着城市化的快速发展,城市人口越来越集中,现代建筑越建越高。一些高层建筑或其他建()筑物的顶部,因特定需要而建造一些小构件或细长的突出物,如突出墙面的楼梯间、电梯间、设备间、通讯塔、桅杆等。

这些附属结构的质量和刚度远远小于建筑的主体结构,当遭遇强烈地震作用时,它们的反应会比建筑主体结构反应更剧烈,晃动的振幅会剧烈增大,有时可比建筑主体结构的地震反应高出数十倍或更高,因而在地震中损毁的更严重。

地震鞭梢效应造成破坏的案例很多。比如 1556 年陕西华县特大地震,西安小雁塔的塔顶两层被震毁,如今只保留了余下的 13 层;比如 2008 年汶川大地震,许多远离震中的高层建筑主体结构基本完好,但大量电梯间等附属结构出现了严重破坏。

地震现场调查时,我们经常发现,虽然没有因房屋倒塌造成的人员伤亡,但却有因凸出的女儿墙、阁楼、楼梯间、空调挂机等的垮塌、坠落,而造成人员伤亡,这样的案例屡见不鲜。比如 2010 年玉树 7.1 级地震,因女儿墙坠落造成较多的人员伤亡。

如何减轻鞭梢效应的破坏?

震级高、烈度大、鞭梢效应显著,是本次地震有感范围大,高层建筑震感强的主要原因。怎样减轻地震“鞭梢效应”的破坏和影响呢?

一是严格按照抗震设防要求、标准和规范进行设计和施工,合理调整建/构筑物结构总体刚度与质量分布,从结构力学角度消除或减小产生鞭梢效应的不利因素,减小附属结构构件的截面地震应力,使其免遭破坏。

二是采取抗震加固方法,大力推广减隔震技术。通过建筑物抗震加固,设置隔震层,安装隔震垫、阻尼器,可大幅度减小建筑顶部附属结构的动力反应,甚至完全消除 “鞭梢效应”。

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