[논문 리뷰] Kahramanmaras-Gaziantep, Turkiye Mw 7.8 Earthquake on February 6, 2023: Preliminary Report on Strong Ground Motion and Building Response Estimations

George Papazafeiropoulos, Vagelis Plevris|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 25.

Structural Health Monitoring Techniques인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 OpenSeismoMatlab로 처리된 지진기록을 사용하여 2023년 Mw 7.8 카라만마라스-가지안티프 지진의 강한 지진운동과 건물 응답을 분석한다. 그 결과, 일반적인 설계 수준을 크게 초월한 고스펙트럼 가속도와 뚜렷한 수직 지반운동으로 인해 구조물이 심각하게 과부하되었으며, 활성 지구역에서 더 높은 설계 스펙트럼 값이 반영된 터키 지진 설계 코드 개정이 필요하다는 것을 밝혀냈다.

ABSTRACT

The effects on structures of the earthquake with magnitude 7.8 on the Richter scale (moment magnitude scale) which took place in Pazarcik, Kahramanmaras, Turkiye at 04:17 a.m. local time (01:17 UTC) on February 6, 2023, are investigated by processing suitable seismic records using the open-source software OpenSeismoMatlab. The earthquake had a maximum Mercalli intensity of XI (Extreme) and it was followed by a Mw 7.5 earthquake nine hours later, centered 95 km to the north-northeast from the first. Peak and cumulative seismic measures as well as elastic response spectra, constant ductility (or isoductile) response spectra, and incremental dynamic analysis curves were calculated for two representative earthquake records of the main event. Furthermore, the acceleration response spectra of a large set of records were compared to the acceleration design spectrum of the Turkish seismic code. Based on the study, it is concluded that the structures were overloaded far beyond their normal design levels. This, in combination with considerable vertical seismic components, was a contributing factor towards the collapse of many buildings in the region. Modifications of the Turkish seismic code are required so that higher spectral acceleration values can be prescribed, especially in earthquake-prone regions.

연구 동기 및 목표

• 강한 지진기록을 활용하여 2023년 Mw 7.8 카라만마라스-가지안티프 지진이 건물 성능에 미친 영향을 평가하기 위해.
• 터키 지진 설계 코드의 설계 스펙트럼 규정과 실제 지진 요구량 간의 격리 평가를 위해.
• 응답 스펙트럼 및 누적 동적 분석을 포함한 피크 및 누적 지진 측정치의 정량화를 위해.
• 수직 지반운동 성분이 구조물 붕괴에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 고위험 지역에서의 지진 내성 향상을 위한 설계 코드 수정을 제안하기 위해.

제안 방법

• 메인진동 동안의 강한 지진기록을 오픈소스 소프트웨어 OpenSeismoMatlab를 사용해 처리하기 위해.
• 두 개의 대표적 기록에 대해 탄성 응답 스펙트럼과 일정 연성(등연성) 응답 스펙트럼을 계산하기 위해.
• 다양한 지진 강도에서의 구조물 용량을 평가하기 위해 누적 동적 분석(IDA) 수행하기 위해.
• 다수의 기록에 대한 가속도 응답 스펙트럼을 터키 지진 설계 코드의 설계 스펙트럼과 비교하기 위해.
• 다양한 주기에서 피크 지반 가속도(PGA), 피크 지반 속도(PGV), 및 스펙트럼 가속도(Sa) 분석하기 위해.
• 수직 지진 성분이 구조물 요구량과 붕괴 위험에 기여하는 정도 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 지진 요구량이 터키 지진 설계 코드에서 규정한 설계 스펙트럼을 얼마나 초월했는가?
• RQ2 수직 지반운동 성분이 구조물 응답과 붕괴 가능성에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ3 메인진동 동안 관측된 스펙트럼 가속도 값은 코드에서 규정한 값과 비교해 어떻게 되었는가?
• RQ4 기록된 운동의 응답 스펙트럼이 터키 코드의 탄성 설계 스펙트럼과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 누적 동적 분석 결과에 따르면, 설계 용량을 초월한 구조물 과부하 정도는 어느 정도였는가?

주요 결과

• 지진 동안 터키 지진 설계 코드에서 규정한 값보다 훨씬 높은 스펙트럼 가속도가 발생했으며, 특히 일반 건물의 응답에 관련된 주기에서 두드러졌다.
• 구조물은 의도한 설계 수준을 크게 초월한 지진 요구량에 노출되어 심각한 과부하 상태임을 시사했다.
• 강한 수직 지반운동 성분의 존재가 관측된 건물 붕괴에 상당한 기여를 했다.
• 기록된 운동의 가속도 응답 스펙트럼이 여러 주기 동안 일관되게 터키 지진 설계 코드의 설계 스펙트럼을 초과했다.
• 본 연구 결과는 고지진성 지역에서 더 높은 스펙트럼 가속도 값을 반영해야 한다는 필요성을 뒷받침한다.
• 메인진동과 그의 Mw 7.5 후진동은 많은 RC 건물의 내구성을 뛰어넘는 지반운동을 발생시켜 광범위한 실패를 초래했다.