Содержание к диссертации
4 ВВЕДЕНИЕ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сильные землетрясения всё ещё остаются одним из самых страшных стихийных бедствий на земле. В среднем в год в мире от землетрясений погибает 10000 человек, а материальный ущерб, в среднегодовом исчислении доходит до 400 миллионов долларов. Более 50 % территории России и 90 % территории Дагестана подвержены влиянию землетрясений, вызывающих серьёзный ущерб. Последние данные о сейсмической опасности территории России, приведённые в картах ОСР-97, показывают, что десятки миллионов человек живут в зданиях с дефицитом сейсмостойкости 2-3 балла, что представляет большую угрозу для жителей. Вместе с тем существенное увеличение площадей территории повышенной сейсмической опасности по картам ОСР-97 требует принципиально нового дифференцированного подхода к оценке сейсмической опасности регионов.
Необходим учет, как статистики землетрясений, так и разнообразной информации о сейсмичности и сейсмическом режиме (некогерентное излучения сейсмических волн протяженным очагом землетрясения, распределение по глубине очагов, период повторяемости сотрясений, позволяющий оценивать вероятность сейсмической опасности на рассматриваемой территории и обеспечивать одинаковую степень риска). Сохраняющаяся неопределённость и неполнота исходной сейсмологической информации становится весомым аргументом для проведения детальных исследований по уточнению региональной сейсмичности и количественному сейсмическому районированию конкретных территорий. Оценка сейсмической опасности территорий такой постановкой задачи позволяет уточнить и расширить спектр прогнозируемых параметров землетрясений, что важно как при оценке сейсмостойкости существующих зданий и сооружений, так и при обеспечении сейсмостойкости вновь проектируемых.
Региональные модели сейсмических воздействий не только позволяют уточнить сейсмическую опасность территорий, но и выбрать рациональные динамические характеристики и эффективные варианты конструктивных решений сооружений для исследуемых территорий. В конечном итоге это
5 приводит к снижению стоимости затрат на антисейсмическое усиление
сооружений или повышению их надёжности при сейсмических воздействиях.
В последние годы в большинстве стран мира находит признание концепции
двойного подхода к расчёту сооружений на сейсмические воздействия.
Расчёт сооружений рекомендуется проводить в упругой стадии работы на действие частых слабых воздействий (проектное землетрясение), с целью обеспечения нормальной эксплуатации сооружения, и на действие разрушительных землетрясений (максимальное расчётное землетрясение), с целью обеспечения жизни людей и сохранности ценного оборудования..
Во втором случае более эффективным оказывается проектирование сооружений введением в их структуру элементов активной сейсмозащиты. Исходя из этого, были предложены десятки вариантов систем сейсмоизоляции сооружений, включая дома на воздушных подушках, на воде и многие другие. Но строительство имеет свою специфику и сложившиеся технологии, поэтому практически приемлемыми оказались адаптивные системы с выключающимися связями и системы сейсмоизоляции с кинематическими фундаментами, со скользящими поясами, резинометаллическими опорами и другие. Установлено, что данные системы обладают большей чувствительностью к спектральным параметрам землетрясений, поэтому при их проектировании необходим учёт региональных особенностей проявляющихся при землетрясениях. Из выше отмеченного следует, что задачи обеспечения надёжности сооружений проектируемых в сейсмоопасных районах разработкой региональных моделей сейсмических воздействий и соответствующим выбором рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции, являются актуальными, позволяющими достичь большего эффекта при относительно низких затратах на обеспечение сейсмостойкости.
Степень разработанности проблемы. Исследования по разработке региональных моделей сейсмических воздействий, исходя из существующей сейсмологической информации о расположении очаговых зон, их силе, гипоцентральных и эпицентральных
расстояний и грунтовых условий территорий, а также с оценкой степени неопределённости этой информации не так много в литературных источниках. Среди имеющихся следует отметить работы Сувилова А.В. [1], Штейнберга В.В. [2], Хаузнера [3], Деглиной М.М. [4], Айзенберга ЯМ. [5, 6]. Специальные способы сейсмозащиты, основным назначением которых является снижение сейсмических нагрузок, получают в последние годы всё большее распространение. Среди них можно отметить системы с кинематическими элементами в виде сфер (Назин В.В., Безруков Ю.И.), опоры с плоскими торцами (Курзанов A.M.), опоры со сферическим основанием (Черепинский Ю.Д.) и с гравитационной сейсмоизоляцией (Катен-Ярцев А.С.). Другой распространённый тип сейсмоизоляции - это использование скользящих элементов с малым коэффициентом трения
[7, 8]. Результатом большинства выше перечисленных работ являются рекомендации по оптимизации параметров изучаемой системы сейсмозащиты. За критерий оптимальности принимаются различные характеристики: максимальная величина сейсмической реакции, инерционные силы или перемещения, а также показатели надёжности, затраты связанные с сейсмической опасностью и т.д.
Значительное влияние на эффективность использования активных методов сейсмозащиты оказывают особенности сейсмического воздействия и в первую очередь его спектральный состав. Поэтому основным выводом большинства работ по исследованию различных видов сейсмоизоляции является то, что, рекомендации по назначению оптимальных параметров сейсмозащиты, полученные для конкретных конструктивных решений и определённых сейсмологических условий, не всегда можно распространить на другие системы и другие региональные данные.
Вид конкретного вида сейсмозащиты должен быть адаптирован к конкретным местным условиям. Целью настоящих исследований является совершенствование нормативной базы для расчёта сейсмостойкости сооружений и выбора рационального типа сейсмозащиты путём разработки региональной модели
сейсмических воздействий и ветствующего выбора рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
определены количественные характеристики колебаний грунта при землетрясении с учётом региональных особенностей сейсмической опасности (фактической повторяемости);
составлена программа для генерирования искусственных акселлерограмм;
установлены зависимости между параметрами искусственных акселлерограмм и количественными характеристиками прогнозируемых землетрясений для г. Махачкалы и на этой основе создан региональный расчётный ансамбль искусственных акселлерограмм для использования в расчётах сооружений на сейсмостойкость.
построены спектры реакции возможных землетрясений для данной территории;
построена региональная спектральная кривая коэффициента динамичности Р для использования в практических расчётах зданий и сооружений- исследована сейсмическая реакция и надёжность зданий на кинематических фундаментах при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий;
исследована сейсмическая реакция и надёжность зданий -со скользящим поясом при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий
построение спектров реакции возможных землетрясений для территории
г. Махачкалы;
построение региональной спектральной кривой коэффициента
динамичности р для использования в практических расчётах зданий и
сооружений, строящихся в г. Махачкале.
к* исследование сейсмической реакции и надёжности зданий на кинематических фундаментах при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий в
г. Махачкале;
исследование сейсмической реакции и надёжности зданий со
скользящим поясом при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий в г. Махачкале;
выбор рациональных параметров и систем сейсмоизоляции для
сейсмологических условий г. Махачкалы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложена методика комплексного учёта региональных сейсмических условий при оценке сейсмостойкости сооружений в случае ограниченной информации о колебаниях поверхности грунта при землетрясениях.
Разработана методика статистического анализа зданий с сейсмоизолирующим поясом и зданий на кинематических фундаментах системы Черепинского.
При этом для систем со скользящим поясом выполнен одновременный учет сил трения и упругодемпфирующих ограничителей перемещений. Для кинематических фундаментов учтен реальный вид поверхности катания.
3. Впервые оценены математическое ожидание и дисперсия перемещений,
перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной
схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и
ограничителями перемещений
Предметом исследований являются спектральные характеристики колебаний грунтов от ожидаемых в г. Махачкале землетрясений, расчётные модели воздействия, сейсмическая реакция и надёжность сооружений при этих воздействиях, и рациональные параметры сооружений, в том числе и систем сейсмоизоляции, для конкретных территорий г. Махачкалы. В работе исследуются параметры систем сейсмоизоляции с кинематическими опорами и систем со скользящим фундаментным поясом в зданиях разной этажности.
В качестве объекта исследования для разработки региональной модели сейсмических воздействий и выбора рациональных параметров сейсмозащиты принят г. Махачкала, являющийся столицей Республики Дагестан с населением около 500 тыс. человек.
Теоретической базой исследований являются работы российских и зарубежных учёных по разработке региональных моделей сейсмического воздействия [1, 2, 3, 5, 6, 7, 102, 103], методы расчёта линейных и нелинейных систем на сейсмические воздействия [8, 9, 10, 71, 86, 87, 88, 98, 112, 113], также результаты теоретических и экспериментальных исследований систем сейсмоизоляции на кинематических опорах [11, 12] и систем со скользящими фундаментными поясами [8,9,10,13,70,71].
Практическая значимость работы заключается в разработке методики снижения сейсмического риска, основанной на системном подходе к проектированию сооружений: изучение сейсмологических условий конкретной территории; определение спектральных параметров колебаний грунтов при прогнозируемых сейсмических воздействиях; разработка региональной модели сейсмического воздействия; исследование сейсмической реакции и надёжности сооружений с различными конструктивными решениями при данной модели воздействия; выбор рациональных параметров сооружений и системы сейсмозащиты из условия максимума надёжности на конкретной территории. Проектным институтом г. Махачкалы разрабатывается проект жилого дома на кинематических фундаментах использованием рекомендаций приведённых в данной работе.
Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международной научной конференции посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999 г), на IV Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием (Сочи, 2001 г.) и на V Российской Национальной Конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным уастием (Сочи, 2003 г.) По результатам диссертации имеются одиннадцать публикаций, из них 6 в журнале «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений»
