2014年9月11日

在纳帕地震中摇摇欲坠的地面和弹跳的桥梁

我乘坐美国铁路公司的加州国会走廊,现在包括一个怪异的延伸,他们通过的地点,在最高的地面运动纳帕地震就在几周前被记录下来。就在I-80大桥的南桥台Carquinez海峡联合太平洋铁路公司(Union Pacific)就在那里行驶通过c和h炼油厂一个浅层钻孔地震仪记录到0.99g的加速度,几乎是全部重力使土壤和建筑物由南向北倾斜。

一列国会走廊的火车经过纳帕地震最强烈的震动记录地点。显然,这里的地震测量对很多基础设施都有重大影响。图片©Hunter Lohse,来自www.railpictures.net

一列国会走廊的火车经过纳帕地震最强烈的震动记录地点。显然,这里的地震测量对很多基础设施都有重大影响。图片©Hunter Lohse,来自www.railpictures.net

这个加速度的极端量级是一个局部异常,记录的第二高的加速度是~0.66g在纳帕市中心,那里是严重的破坏集中。我们知道在这些官方地震台之间,加速度超过1g,人行道的石板被掀翻.正式的强震记录可以通过一个由美国地质调查局和加州地质调查局维护的网络数据库获得工程中心强运动数据

南纳帕地震是该地区二十多年来最强烈的一次地震,所以CESMD的工作人员解释道

“从那时起,许多结构和地点都被测量了,所以这是许多这样的站点的第一套重要数据。[新仪器化的]结构包括主要的加州运输收费桥梁在海湾地区,Caltrans还支持了地下工程(井下)阵列的安装。”

事实上,整个湾区有许多重要的新建筑(特别是,大型住宅塔楼林康山和新东部跨在这次6.0级地震中,他们首次记录了重大地面运动的反应。这些数据允许工程师校准和验证他们的结构响应模型,以验证他们的抗震设计是如何工作的,或者在地震后快速识别潜在的受损结构。

宇航员俯瞰旧金山湾周围的桥梁。金门中心上方,卡其内海峡对岸右下。纳帕地震震中在画面右下角。

宇航员俯瞰旧金山湾周围的桥梁。金门上方中央,卡奎内斯海峡在右下象限。纳帕地震震中在画面右下角。照片通过宇航员里克。马斯特拉吉奥

卡奎内斯海峡是有记录以来地面运动最高的地方,美国铁路公司(Amtrak)每天在它上面呼啸36次100000辆以上的汽车,为抗震设计和结构响应提供了一个完美的例证。除了南岸的钻孔地震仪捕捉到现场震动的“地面真相”外,高耸于其上的东行和西行州际高速公路桥梁都采用了大量仪器来测量结构对地面震动的反应。

西行卡奎内斯吊桥地震仪器的平面图和俯视图

西行卡奎内斯吊桥地震仪器的平面图和俯视图

值得注意的是,西行的州际车道穿过一座全新的悬索桥,完工于2003年取代了1929年的钢桁架结构,其1958年的孪生仍然是东行的车道。之间的差异加速度计记录地面, 56岁金属桁架桥, 10岁的吊桥即使对一个非专业人士来说,也是很有启发性和明显的。

该地点距离震中19公里。在地面上,这里的地震是剧烈的,脉冲的,而且相对较短。纵波很强,接着是S波,两秒多一点,把仪器往北拉。高振幅震动持续约5秒,然后减弱。

工程中心强震数据- 8月24日南纳帕6.0级地震最高记录(99%g)现场记录

在金属桁架桥上(下图为加速度图),当桥梁共振时,这种运动被引导到一个主频。在桥上,可以察觉到的震动持续时间是地下震动的两到三倍。桥的各个位置都有明显的不规则高频运动,因为粗糙的金属结构的小而坚硬的部件从地面传输原始的高频能量。塔顶(通道8、23)和跨中(通道34)的振幅始终高于桥墩和桥台(通道6、13、32)。要想了解这个结构是如何反应的,就把这里标记的通道匹配起来这个图桥上的仪器。

卡奎内斯大桥东行纳帕地震反应

悬索桥完全是另一回事。随着p波的出现,震动强烈而突然地开始,而当s波通过时(最上面的两个记录,通道54和74,显示了牢固地安装在地面上的桥梁部件,因此非常类似于“地面真实”的震动),桥梁已经开始振荡。在这里,结构共振是强烈的和深刻的明显…它持续至少40秒。两个主导频率出现(更可能明显比这更定量分析粗略目测),但你可以看到尤其在位移记录(例如,通道35位移)的主要1赫兹信号以及另一个~ 0.2赫兹(每周期5秒)显示接近尾声。你会觉得这是一种强烈的,有节奏的弹跳。令人毛骨悚然的!

卡奎内斯西行大桥结构对纳帕地震的响应。注意非常周期性的振荡,以及桥的东侧和西侧之间的抗腐蚀关系

这些悬索桥记录的一个值得注意的特点是,主跨中间的桥面东侧和西侧之间的确切反作用关系。比较频道35和39,或32和33。当西边下降时,东边上升。这个图案代表了桥的扭转,这在塔科马海峡大桥的坍塌(臭名昭著的“疾驰格蒂”),以及不太出名但却令人印象深刻的Ibañez悬索桥在智利艾森港发生6.0级地震时的反应:

这个CESMD数据库可以通过互动地图整个旧金山湾区的强震记录超过0.5%g。工程师们会很清楚这个地点,但我发现在海湾地区的不同地点、不同的建筑和不同的高度,检查震动的感觉是很有趣和有用的。看看地图上你附近的地震记录,或者选择你最喜欢的湾区标志性建筑,看看它“表现如何”。
南纳帕6.0级地震强震台站互动图