В среднем на Земле в год происходит более 20 сильнейших и 100 … 120 потенциально разрушительных землетрясений. По-гречески землетрясение – seimos, т.е. сейсмические явления связаны с колебаниями земной поверхности. Около 70 % землетрясений происходит на глубине до 60 км. В некоторых районах землетрясения происходят на глубине до 300 км и более.
Очагом землетрясений называют пространство, внутри которого заключены все сопровождающие землетрясения первичные деформации. Наблюдаемые на поверхности деформации и нарушения являются вторичными.
Интенсивность землетрясений оценивают в баллах. В последние годы в нашей стране используют международную шкалу MSK-64 (по начальным буквам фамилии ее создателя). Шкала MSK-64 подразделяет землетрясения на 12 баллов: I – IV баллов – слабые, V – VII баллов – сильные, VIII – XII баллов – разрушительные. Описательная часть шкалы состоит из трех разделов: 1) степень повреждения сооружений, выполненных без антисейсмических мер; 2) остаточные явления в грунтах и изменения в режиме грунтовых вод; 3) прочие признаки, включая реакции людей на землетрясения.
Мерой интенсивности землетрясения служит магнитуда – величина, пропорциональная выделенной в очаге землетрясения энергии, равной десятичному логарифму амплитуды наибольшего колебания грунта по отношению к некоторому стандартному колебанию. Шкала магнитуд (от 0 до 8,7 баллов) разработана Ч. Рихтером. Разница магнитуд на единицу соответствует различию энергии землетрясений в 30 раз. Магнитуда определяется через амплитуду m α поверхностной волны и расстоянием R до эпицентра землетрясения:
M = lg α m +1,32 lg R
Для сильных землетрясений а = 1,5; b = 11,8; для слабых а = 1,8; b = 11.
Длина разрыва на поверхности земли связана с магнитной формулой
M = 6,03 + 0,76 lg L .
Сейсмически опасные районы разделяют на зоны с одинаковым сейсмическим воздействием, составлены карты сейсмического районирования. Расчет и проектирование сооружений производят на особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий, представляемых инструментальными записями ускорений и синтезированными акселерограммами. Для анализа поведения конструкций при сейсмических воздействиях производят статическое моделирование и оценку показателей риска.
Последствия землетрясений оценивают по шкале Бюро МСССС (1973), согласно которой здания классифицируют по трем типам:
А – здания из рваного камня, сельские постройки;
Б – кирпичные крупноблочные дома, здания из естественного тесаного камня;
В – здания панельные, каркасные железобетонные и деревянные хорошей постройки.
Различают: легкие, умеренные и тяжелые повреждения, разрушения и обвалы.
Причиной землетрясений является следующее: земная кора толщиной 30 … 60 км расчленена на блоки разного объема и формы. Блоки (платформы) перемещаются в пространстве с разной скоростью. Это создает условия для перераспределения и периодической концентрации напряжений в граничных областях – разломах. Накопление и разрядка энергии вызывает разрыв и смещения соседних блоков, что и порождает сейсмические волны и колебания.
Составлены карты распределения сейсмической энергии. Для каждого района определена максимальная величина интенсивности и разработаны карты сейсмического районирования и микрорайонирования. На картах указаны не только максимальные интенсивности, но и категории повторяемости. Для первой категории – раз в 100 лет, второй – в 1000 лет, третьей – в 10 000 лет. Срок службы сооружений, в среднем, значительно меньше промежутков между землетрясениями максимальной для данного района интенсивности.
Замкнутые линии, соединяющие землетрясения одинаковой интенсивности называют изосейстами. На территории страны имеются службы сейсмического наблюдения и инженерно-сейсмометрическая. Приборы, фиксирующие параметры колебаний, находятся в ждущем режиме. Строятся графики смещений – сейсмограммы, скоростей – велосиграммы, ускорения – акселерограммы.
Сейсмическое микрорайонирование включает:
• сбор, анализ и обобщение данных предшествующих землетрясений;
• инженерно-геологические и макросейсмические исследования; инструментальные инженерно-сейсмологические и другие геофизические исследования;
• комплексную интерпретацию полученных данных; составление карты сейсмического микрорайонирования.
Точно предсказать величину и характер сейсмических воздействий невозможно. Землетрясения меньшей интенсивности возникают чаще. Они не вызывают серьезных повреждений, но являются причиной постепенного накопления дефектов, снижающих сейсмостойкость. До землетрясения в конструкциях существует напряженное состояние, вызванное действием собственного веса, полезных нагрузок, неравномерных осадок, температурных напряжений. Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, вызывая в разные моменты времени напряжения одних или разных знаков.
Исследования сейсмостойкости строительных материалов осуществляют в экспериментах на циклическое нагружение двух типов. При первом (мягком) выдерживают постоянными амплитуды нагрузок, а деформации меняются от цикла к циклу. При втором (жестком) нагружении оставляют постоянными амплитуды деформаций (перемещений), а меняют амплитуды напряжений.
Основными параметрами испытаний являются: число циклов, уровень нагрузки, период цикла, коэффициент асимметрии цикла.
Отношение динамического предела прочности Rd к статическому R прямолинейно уменьшается с ростом lgN (N – число циклов нагружения). Опыты показали, что чем большая работа затрачивается в первых циклах загружения, тем при меньшем числе циклов можно ожидать разрушения; чем большими возможностями пластического деформирования обладают конструкции, тем менее опасными для них оказываются отдельные перегрузки. Наличие концентраторов напряжений (отверстий, надрезов, трещин, резких изменений размеров элементов) приводит к значительному снижению пределов циклической прочности. Часто опыты проводят в режиме статических знакопеременных изменений нагрузки или перемещений. При постоянных амплитудах перемещений отмечено постепенное "размягчение" материала – снижение максимальной нагрузки, соответствующей одной и той же амплитуде изменений. При проектировании сейсмические воздействия учитывают в районах с интенсивностью 7, 8 и 9 баллов. Сейсмичность площадки строительства корректируют в зависимости от вида и состояния грунтов К первой категории относят: скальные грунты всех видов; крупнообломочные; вечномерзлые при температуре –2 °С и ниже, при строительстве и эксплуатации по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии (принцип I).
Ко второй категории относят: скальные грунты выветрелые; пески гравелистые крупные и средней крупности, плотные и средней плотности, маловлажные и влажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 для супесей; вечномерзлые нескальные грунты эксплуатируемые при температуре выше –2 °С при строительстве и эксплуатации по принципу I.
К третьей категории относят: пески рыхлые; пески гравелистые, крупные и средней крупности, мелкие и пылеватые, не вошедшие во II категорию; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу допущения оттаивания (принцип II).
При вынужденных колебаниях существенно изменяется напряженно-деформированное состояние конструкций в результате роста неупругих деформаций. Фибровые деформации, прогибы, трещины возрастают до 2 … 3 раз. Частота вертикальных колебаний зависит от конструктивных особенностей, уровня нагрузки, длительности ее действия и граничных условий защемления.
Колебания пространственной системы происходят по случайному закону. Любой фрагмент зданий представляет собой систему с бесконечно большим числом элементарных масс (бесконечно большим числом степеней свободы). Во многих случаях ее можно заменить системой с конечным числом масс, сосредоточенных в характерных точках, например, в местах расположения наибольших вертикальных нагрузок . Сосредоточенные массы можно распределить равномерно вдоль элементов системы. Простейшей системой является система с одной степенью свободы. Так, водонапорную башню упрощенно можно представить в виде защемленного в основании стержня с массой в уровне центра тяжести бака. Поперечную раму заменяют также стержнем с массой на уровне центра тяжести ригеля. Жесткость стержня равна сумме жесткостей стоек.
При расчете часто отказываются от учета затухания колебаний, т.е. запас механической энергии при колебаниях не изменяется. Такие системы называют консервативными, в отличие от реальных диссипативных, обладающих свойством рассеивать энергию. Колебания, которые происходят после устранения внешних воздействий, называют собственными.
Для высоких гибких сооружений свободные колебания могут быть учтены приблизительно:
• расчетная схема сооружения рассматривается как система с 5 – 8 сосредоточенными массами Qi;
• ординаты xi форм свободных колебаний в зависимости от тона вычисляются как для консольного стержня постоянного
сечения;
• в одной из точек системы k от сил Pi = Qi xi вычисляется статический прогиб;
• в зависимости от тона колебаний определяется соответствующий период свободных колебаний
( ) Т = 2π fk / gxk .
Поможем написать любую работу на аналогичную тему