Skader på armeret betonvæg kan være større end forventet i det store jordskælv i Seattle

Ved at bruge jordbevægelser genereret til en række simulerede jordskælv i størrelsesordenen 9 i det nordvestlige Stillehav, forskere tester, hvor godt armerede betonvægge kan stå op under sådanne seismiske hændelser.

Væggene har det måske ikke så godt, især i byen Seattle, sagde University of Washington postdoc-forsker Nasser A. Marafi, der studerede fænomenet til sin ph.d. afhandling.

Jordbevægelserne frembragt af en lang varighed, et stort jordskælv ville blive forstærket i det dybe sedimentære bassin, der ligger til grund for byen, og de fleste bygninger under 24 etager i byen er ikke designet til at tage højde for den potentielle skade, som sådanne bassineffekter forårsager, Marafi rapporterede på SSA-årsmødet 2019.

"Det, vi fandt, er, at resultaterne faktisk er meget mere skadelige, end vi ville forvente, " sagde Marafi.

Med et jordskælv med en styrke på 9, de maksimale historiedrift - der beskriver forskydningen mellem på hinanden følgende etager i en bygning - forudsagt for de armerede betonkonstruktioner er i gennemsnit 11 % større og er mere variable end dem, der bruges til jordskælvsbygningskoder, der ikke tager højde for bassineffekter.

Marafis analyse kan ikke altid forudsige, om en bestemt struktur lavet med armeret beton vil kollapse under et jordskælv med en styrke på 9 i Seattle, men undersøgelsen tyder på, at strukturer designet til de nuværende seismiske minimumsstandarder i gennemsnit kan have op til 33% sandsynlighed for sammenbrud, afhængigt af deres designspecifikationer.

Hans projekt er en del af en større forskningsindsats udført af forskere ved University of Washington og U.S. Geological Survey for at lære mere om, hvad man kan forvente af et jordskælv med en styrke på 9 i Pacific Northwest. Selvom der er en historisk og forhistorisk registrering af disse massive og skadelige jordskælv i Cascadia Subduction Zone, der er ingen seismiske optagelser af store jordskælv i regionen.

For at afhjælpe dette, forskerne har brugt computersimuleringer til at generere et sæt jordbevægelser, der kan forventes under adskillige scenarier i størrelsesorden 9 i regionen. "Så tager mit arbejde de jordbevægelser, som disse simuleringer forudsiger, og spørger, hvad det betyder for bygningsrespons. Hvordan reagerer bygninger på denne form for rystelser, som vi forudsiger fra denne simulering?" sagde Marafi.

Marafi brugte 30 af disse jordbevægelser til at teste mod 32 computergenererede modeller af armeret beton-kerne-vægstrukturer, mellem fire og 40 etager høje. Før design af betonmodellerne, han mødtes med ingeniører, der praktiserede i Seattle, for at sikre sig, at hans design var repræsentativt for, hvordan bygninger i øjeblikket er opført i byen.

Seismiske bølger, der passerer gennem de dybe og bløde sedimenter, der ligger under Seattle, sænker farten og hober deres energi op, resulterer i skadelige bølger med store amplitude, der kan blive fanget i bassinet. Bygninger i Seattle, der er på 24 etager eller mindre, behøver ikke at være designet til at modstå disse bassineffekter, men Marafi sagde, at dette ændrer sig. Den næste version af National Seismic Hazard Maps, der informerer om byggekoder, for eksempel, vil omfatte bassineffekter for Seattle, og byen vil sandsynligvis inkludere nogle bassineffekter i sine designkoder for strukturer på 24 etager eller derunder i 2021, han sagde.

Ændringerne betyder, at eksisterende bygninger i byen muligvis skal eftermonteres, og at nye bygninger vil blive bygget med "mere stål og mere beton, så strukturen er lidt større og ender med at blive en stærkere, stivere bygning, " sagde Marafi.