5月2日美国波多黎各5.4级地震RED-ACT系统评估结果与实际震害情况对比
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，5月2日07时13分 (UTC -4)在美国波多黎各Tallaboa发生5.4级地震，震源深度9.0千米，震中位于北纬17.94度，西经66.73度。
二、强震记录及分析
20200502美国波多黎各5.4级地震获得了8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：
PR04记录台站位置北纬17.98度，西经66.67度(图1，其中红色标记为震中位置)，记录到水平向地震动峰值加速度为301.4cm/s/s，竖直向地震动峰值加速度为310.3cm/s/s。该地震动及反应谱如图2、图3所示。
图1 PR04台站位置
(a) EW
(b) NS
(c) UD
图2 PR04台站地面运动记录
图3 PR04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20200502美国波多黎各5.4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20200502美国波多黎各5.4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 20200502美国波多黎各5.4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 20200502美国波多黎各5.4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PR04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PR04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PR04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PR04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PR04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
据当地媒体报道[1][2]，波多黎各地区有一些老旧建筑受到局部破坏，且出现了普遍的停电现象。有至少50户人家被迫搬离住所，所幸没有人员伤亡报告。
震害较为严重的是砌体结构，表现为砌体外墙、阳台、窗间墙等的破坏、坠落，建筑碎片散落一地，如图11所示。此外，有道路出现严重开裂现象，有供电设施遭到破坏。
图11 当地部分震害较为严重的建筑（图源[1][2]）
本次地震中受损严重的大多是年代久远的历史建筑，包括一座博物馆。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。
(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12所示。
图12 DYFI响应推测的地震烈度图（图源USGS）
由图12可见，震中附近人员的振动感受主要介于Strong和Moderate之间，甚至部分人员感受达到Very strong，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13所示），绘制了相应的人员感受分析图（如图14所示），并且公开了收集到的人员对地震感受的具体反馈，可以作为评价RED-ACT分析人员加速度感受效果的佐证。
图13 EMSC收集到的人员主观感受分布图（图源EMSC）
图14 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至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，超市货架倾倒，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。
波多黎各通行西班牙语与英语，反馈信息中多以西班牙语为主，为了阅读方便，以下仅选取部分代表性的英语反馈信息，如表1所示。
表1 部分人员感受反馈信息
震中距
/km
人员感受
14
Same as January 7 very long walls wanted to break.
17
Very strong, got me out of bed. It follow by another shake, trees were moving. Qda Agua, Ponce.
19
Shelves went tumbling down at Walmart.
20
The house shook.
33
Was felt heavy and 20 seconds or more duration.
参考文献
[1] NBC News. 5.4-magnitude earthquake hits near Puerto Rico. Available at
https://www.nbcnews.com/news/latino/5-5-magnitude-earthquake-hits-near-puerto-rico-n1198611
[2] WINK News. Earthquake of 5.5 magnitude rattles Puerto Rico, damages buildings in city of Ponce. Available at https://www.winknews.com/2020/05/02/earthquake-of-5-5-magnitude-rattles-puerto-rico-damages-buildings-in-city-of-ponce/
[3] USGS. M 5.4 - 6km S of Tallaboa, Puerto Rico Available at
https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/uu60363602/dyfi/intensity
[4] EMSC. M 5.4 - PUERTO RICO REGION - 2020-05-02 11:13:19 UTC. Available at
https://www.emsc-csem.org/Earthquake/earthquake.php?id=853263#testimonies
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RED-ACT的科学原理
费一凡
陈星雨
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