Använda markrörelser som genererats för en rad simulerade jordbävningar med magnitud 9 i nordvästra Stilla havet, forskare testar hur väl armerade betongväggar kan stå sig under sådana seismiska händelser.

Väggarna mår kanske inte så bra, särskilt i staden Seattle, sa University of Washington postdoktor Nasser A. Marafi, som studerade fenomenet för sin doktorsexamen. avhandling.

Markrörelserna som produceras under lång tid, en stor jordbävning skulle förstärkas i den djupa sedimentbassängen som ligger bakom staden, och de flesta byggnader under 24 våningar i staden är inte utformade för att ta hänsyn till de potentiella skador som orsakas av sådana bassängeffekter, Marafi rapporterade vid SSAs årsmöte 2019.

"Vad vi fann är att resultaten faktiskt är mycket mer skadliga än vad vi förväntar oss, sa Marafi.

Med en jordbävning på magnituden 9, de maximala våningsdrifterna – som beskriver förskjutningen mellan på varandra följande våningar i en byggnad – som förutspås för armerade betongkonstruktioner är i genomsnitt 11 % större och är mer varierande än de som används för jordbävningsbyggnadskoder som inte tar hänsyn till bassängeffekter.

Marafis analys kan inte alltid förutsäga om en viss struktur gjord med armerad betong kommer att kollapsa under en jordbävning med magnitud 9 i Seattle, men studien tyder på att strukturer som är utformade enligt nuvarande seismiska minimistandarder kan ha upp till 33% sannolikhet i genomsnitt för kollaps, beroende på deras designspecifikationer.

Hans projekt är en del av en större forskningsinsats av forskare vid University of Washington och U.S. Geological Survey för att lära sig mer om vad man kan förvänta sig av en jordbävning med magnitud 9 i Pacific Northwest. Även om det finns ett historiskt och förhistoriskt register över dessa massiva och skadliga jordbävningar i Cascadia Subduction Zone, det finns inga seismiska registreringar av stora jordbävningar i området.

För att råda bot på detta, forskarna har använt datorsimuleringar för att generera en uppsättning markrörelser som kan förväntas under flera scenarier med magnitud 9 i regionen. "Sedan tar mitt arbete de markrörelser som dessa simuleringar förutspår och frågar vad detta betyder för byggnadsrespons. Hur reagerar byggnader på den här typen av skakningar som vi förutsäger från den här simuleringen?" sa Marafi.

Marafi använde 30 av dessa markrörelser för att testa mot 32 datorgenererade modeller av armerad betongkärna-väggkonstruktioner, mellan fyra och 40 våningar högt. Innan du designar betongmodellerna, han träffade ingenjörer som praktiserade i Seattle för att se till att hans design var representativ för hur byggnader för närvarande är uppbyggda i staden.

Seismiska vågor som passerar genom de djupa och mjuka sedimenten som ligger under Seattle saktar ner och samlar sin energi, vilket resulterar i skadliga vågor med stora amplituder som kan fångas i bassängen. Seattle-byggnader som är 24 våningar eller mindre behöver inte designas för att motstå dessa bassängeffekter, men Marafi sa att detta håller på att förändras. Nästa version av National Seismic Hazard Maps som informerar om byggregler, till exempel, kommer att inkludera bassängeffekter för Seattle, och staden kommer sannolikt att inkludera vissa bassängeffekter i sina designkoder för strukturer på 24 våningar eller mindre till 2021, han sa.

Förändringarna innebär att befintliga byggnader i staden kan behöva eftermonteras och att nya byggnader skulle byggas med "mer stål och mer betong, så att strukturen blir något större och till slut blir en starkare, styvare byggnad, sa Marafi.