Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и сравнение сейсмических норм различных стран мира 14
1.1. Состояние вопроса 14
1.2. Структура и особенности современных нормативных документов,
регламентирующих расчёты на сейсмостойкость 15
1.2.1. Задание исходной сейсмической информации 15
1.2.2. Моделирование и методы расчёта сооружений 16
1.2.3. Моделирование и расчёт взаимодействия сооружений с основанием 18
1.2.4. Двухуровневое проектирование сейсмостойких конструкций. Категории сейсмостойкости 20
1.3. Сравнение современных сейсмических нормативных документов 22
1.3.1. Задание исходной сейсмической информации 22
1.3.2. Учёт местных инженерно геологических условий 22
1.3.3. Спектры ответов24 % Ч
1.3.4. Определение усилий в элементах конструкций от сейсмических воздействий 25 г
1.4. Заключение 26
Глава 2. Задание исходной сейсмической информации .. 28
2.1. Характеристики движения поверхности грунта при сейсмических воздействиях, необходимые для расчёта сооружений на сейсмостойкость .28
2.2. Пиковые кинематические характеристики
2.3. Методики оценки продолжительности землетрясений 31
2.4. Частотный состав сейсмических воздействий 31
2.5. Факторы, влияющие на сейсмические движения грунта
2.5.1. Зависимость пиковых ускорений от эпицентрального расстояния 34
2.5.2. Зависимость продолжительности землетрясений от эпицентрального расстояния 36
2.5.3. Влияние близко расположенных очагов землетрясений на параметры колебаний грунта 36
2.5.4. Влияние местных геологических условий на параметры колебаний грунта 37
2.5.5 Влияние магнитуды землетрясений на параметры колебаний поверхности грунта 39
2.6. Заключение 41
Глава 3. Спектры ответов. максимальные реакции сооружений на сейсмические воздействия 41
3.1. Общие положения 42
3.2. Зависимости между спектрами ответов 43
3.3. Методы вычислений спектров ответов 46
3.4. Метод построения спектров ответов основанный на свойствах изображений Фурье финитных функций для нелинейных систем 47
3.5. Построение спектров ответов с учётом местных инженерно геологических условий 3.5.1. Сглаживание спектров ответов 51
3.5.2. Построение спектров ответов с учётом характеристик верхних слоев грунта 53 3.6 Методика расчёта локальных спектров ответов по акселерограммам реальных землетрясений, записанных на некотором удалении от площадки строительства 55
Глава 4. Обзор систем сеисмозащиты зданий и сооружений 57
4.1. Общие положения 57
4.2. Классификация систем активной сейсмозащиты
4.2.1. Системы, реализующие принцип сейсмоизоляции 60
4.2.2. Адаптивные системы 63
4.3. Системы с повышенным демпфированием 64
4.3.1. Системы с вязкими демпферами 64
4.3.2. Системы с гасителями колебаний 66
4.3.3. Расчет зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции и методика назначения сил трения в диафрагмах сухого трения 67
4.4. Выводы и рекомендации 70
Глава 5. Расчет зданий и сооружений на сейсмостойкость 72
5.1. Особенности расчёта протяжённых сооружений на сейсмические воздействия 72
5.2. Учёт неопределенностей при анализе взаимодействия основания с сооружением 5.3. Динамический метод расчёта зданий и сооружений во времени 74
5.4. Метод спектров ответа 76
5.5 Расчёт сейсмоизолирующих и энергопоглащающих устройств, для несущих конструктивных элементов зданий 77
5.5.1. Методика моделирования и расчёта сейсмоизолирующих устройств77
5.5.2. Моделирование сейсмоизолированных конструкций 81
5.5.3. Обзор и характеристики современных сейсмоизолирующих и энергопоглощающих устройств 85
5.5.4. Моделирование здания с диафрагмами сухого трения в Matlab 90
5.5.5. Исследование и сравнительный анализ различных систем активной сейсмозащиты 94
5.6. Заключение 103
Основные выводы и результаты 105
Приложение 1 107
Приложение 2 114
Список литературы
- Моделирование и методы расчёта сооружений
- Пиковые кинематические характеристики
- Методы вычислений спектров ответов
- Системы, реализующие принцип сейсмоизоляции
Введение к работе
Актуальность темы. Анализ данных о повреждениях и разрушениях зданий и сооружений при воздействии сильных землетрясений показывает, что большое количество объектов либо разрушаются, либо получают серьезные повреждения. В некоторых случаях разрушались сооружения, даже рассчитанные по существовавшим в то время Нормам. После этого обычно производятся ревизии и уточнение нормативных документов. В Японии, США, Канаде и в европейских странах за последнее десятилетие, документы, регламентирующие расчёты сооружений на сейсмостойкость пересматривались по нескольку раз.
В Китайской Народной Республике для проектирования зданий используются устаревшие нормативные документы, не учитывающие современные достижения сейсмологии и строительной механики. Территория КНР является зоной повышенной сейсмической активности, о чём свидетельствуют землетрясения за последнее время. Ввиду этого, необходима срочная разработка современных регламентов по усилению и расчету зданий и сооружений.
Целью работы является
- разработка единой методики расчета сейсмостойкости зданий оснащенных элементами активной сейсмозащиты с учетом пространственного характера движения сооружения.
- анализ и совершенствование существующих методов расчёта зданий и сооружений на сейсмические воздействия, для подготовки материалов, необходимых при разработке Норм Китайской Народной Республики, учитывающих достижения сейсмологии и современной строительной науки.
Объектами исследований являются здания и сооружения, подверженные сейсмическим воздействиям.
Предмет исследования: сейсмические воздействия на наземные здания и сооружения.
Методы исследования: аналитические оценки поведения конструкций зданий и сооружений при динамических воздействиях с использованием теории распространения волн и спектральной линейной теории сейсмостойкости. В основе этой теории лежит концепция спектров ответов.
Для достижения этой цели постановлены следующие задачи:
выполнить обзор и анализ существующих сейсмических нормативных документов различных стран;
используя опыт исследователей разных стран, оценить влияние различных факторов: магнитуды, эпицентрального расстояния, продолжительности и др., на характер сейсмических движений грунта;
разработать методы и программы для построения спектров ответа, учитывающие неопределённость задания исходных данных и локальные условия площадки строительства сооружений;
оценить воздействие поверхностных волн Рэлея на подземные сооружения мелкого заложения;
оценить воздействие сейсмических волн на подземные сооружения, расположенные в толще мягких грунтов для учёта резонансных явлений в поверхностных слоях;
подготовить материал для главы Норм КНР: «Расчёт зданий и сооружений, оснащенных сейсмоизолирующими устройствами на сейсмостойкость».
Достоверность результатов исследований подтверждается использованием современных компьютерных технологий, сопоставлением результатов расчетов с данными натурных наблюдений. Поэтому, достоверность и корректность полученных результатов не вызывают сомнения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выполнен анализ и сравнение российских и зарубежных, в т. ч. китайских, Нормативных документов, используемых при расчёте сооружений на сейсмические воздействия;
предложен метод построения сглаженных спектров ответов для упругих систем, учитывающий локальные геологические условия площадки строительства;
выполнен расчёт сейсмоизолирующих устройств зданий и сооружений с использованием концепции спектров ответов.
Практическая ценность:
разработаны предложения по структуре и содержанию строительных норм и правил «Строительство в сейсмических районах Китайской Народной Республики»;
подготовлен проект главы «Расчёт зданий и сооружений, оснащенных сейсмоизолирующими устройствами на сейсмостойкость» для Норм «Строительство в сейсмических районах Китайской Народной Республики».
Апробация работы: основные научные результаты докладывались на 14 Всемирной конференции по сейсмостойкому строительству (14WCEE) в Пекине (КНР), 14 октября 2008 г. и на научном семинаре в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко 21 марта 2009 г.
Объём и структура диссертации: диссертации состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 170 страниц машинописного текста, 35 иллюстраций, 6 таблиц, 1 приложение, списка литературы из 111 наименования.
Моделирование и методы расчёта сооружений
Во многих Нормах рекомендуется учитывать эффекты взаимодействия сооружения с основанием для всех конструкций, если они не сооружаются на скалистых или им подобных грунтах [56, 58, 78]. Наиболее распространёнными и рекомендуемыми методами расчёта взаимодействия сооружений с основанием является прямой метод расчёта, а также расчёт с применением импедансных функций.
Так же анализируя, взаимодействия сооружения с основанием в разных Нормах рекомендуется учитывать: - нелинейное поведение грунта, - неопределенности при анализе взаимодействия основания с сооружением, связанные, связанные со слоистым строением грунтового массива и изменчивостью модуля сдвига при малых деформациях, - трёхмерный характер демпфирования грунтового основания при взаимодействии сооружения сейсмическими волнами.
Для заглублённых в грунт конструкций должны учитываться изменения амплитуд и частотного спектра колебаний грунта в зависимости от глубины.
Свойства грунта рекомендуется определять на основе полевых и лабораторных экспериментов, а так же из справочных данных, приведённых в нормативных документах.
Модули сдвига - G и коэффициенты демпфирования - должны определяться как функция деформации сдвига и уровня всестороннего сжатия.
При определении коэффициентов демпфирования для грунтовых оснований рекомендуется использовать частотно независимую теорию внутреннего трения, наиболее точно описывающую поведение грунта при динамических нагружениях. При использовании прямого метода расчёта взаимодействия основания с сооружением рекомендуется: выполнять следующие требования и условия: - расположение и тип границ грунтового полупространства должны подбираться таким образом, чтобы они существенно не искажали реакцию отклики конструкции, для чего необходимо использоваться близкие к прозрачным границы метода конечных элементов. - исходные движения границ модели должны быть совместимы с проектным землетрясением, - уравнения движения границ должны учитывать и зависеть от свойств грунта, типов волн, распространяющихся во время землетрясения, а также вида предполагаемой границы. В некоторых Нормах при расчёте взаимодействия основания с сооружением рекомендуются выбирать размеры конечных элементов (1/5 от длины волны) и шаг дискретизации по частоте. Анализ взаимодействия сооружения с основанием, выполняемый с помощью импедансного метода состоит из следующих этапов: - определение исходного сейсмического воздействия на жесткое безмассовое основание, - определения импедансной функции, - анализа взаимодействия системы «грунт - сооружение». Система, учитывающая взаимодействие грунта с сооружениями состоят из модели сооружения или ее модального представления, а так же пружин и демпферов, присоединённых на уровне основания. В некоторых Нормах предлагаются значения эквивалентных жёсткостей и -демпфирующие свойств пр окикш демпферов. Исходное сейсмическое воздействие представляет собой кинематическое возбуждение безмассового! жесткого основания. Предлагаются и другие модели и методы расчёта взаимодействия сооружений с грунтом при землетрясениях. 1.2.4. Двухуровневое проектирование сейсмостойких конструкций. Категории сейсмостойкости
Важное положение, которое получило распространение в Нормах различных стран, является переход на многоуровневое проектирование сейсмостойких конструкций. В. большинстве Норм предлагается выполнять расчёт конструкций на воздействие землетрясений двух различных уровней. В Японских нормах учитываются землетрясения трёх уровней.
Уровень колебаний землетрясения первого типа, на которые должны рассчитываться сооружения, не может быть превышен за время эксплуатации сооружения. Это землетрясения малой и умеренной интенсивности с повторяемостью 1 раз в 50-100 лет. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы при таких сейсмических воздействиях не появилось повреждений, которые бы нарушили эксплуатационные характеристики конструкций. При, воздействии землетрясений такого типа все элементы сооружений должны работать в упругой стадии, остаточные деформации не допускаются и не должна возникнуть необходимости в ремонте.
Уровень землетрясения второго типа, на которое также должны рассчитываться сооружения, значительно выше первого. Это землетрясение, которое происходит значительно реже землетрясения (с повторяемостью 1 раз в 500 или 1000 лет) первого и может обладать большой разрушительной силой. Тем не менее, сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы даже при таком сейсмическом воздействии не произошло разрушение основных несущих конструкций. Возможны повреждения отдельных элементов зданий и сооружений, появление пластических шарниров и остаточных деформаций, но при этом сохраняется ремонтопригодность сооружений. Кроме того, во многих Нормах подчёркивается, что после таких воздействий сооружения должны находиться в таком состоянии, чтобы по ним могли перемещаться экипажи служб спасения. Предложения о необходимости перехода на многоуровневое проектирование зданий и сооружений для сейсмических районов предлагался и Российскими исследователями: «Многоуровневое проектирование зданий и сооружений для сейсмических районов» (материалы VI Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству, Сочи 2005 год автор к.т.н., доцент Кузнецова И.О.), но пока это предложение в Российских Нормах до сих пор не принято. , , При назначении расчётных уровней землетрясений в зарубежных нормах используется классификация сооружений по степени их важности. К важным сооружениям предъявляются повышенные требования по сейсмостойкости. В японских Нормах сооружения по степени ответственности делятся на две группы: А и В. В европейских нормах EUROCODE 8 сооружения делятся на три категории: важные, обычные и маловажные.[79, 58] \ К категории важных зданий и сооружений относятся мосты, сохранность которых необходима для обеспечения транспортировки грузов, особенно, при чрезвычайных ситуациях, разрушение которых может привести к многочисленным жертвам, а также - уникальные мосты, расчётный срок эксплуатации которых значительно превышает срок эксплуатации обычных зданий и сооружений.
Пиковые кинематические характеристики
В результате обработки большого количества акселерограммы разными учёными получены зависимости пиковых ускорений от эпицентрального расстояния и магнитуды землетрясений. Эти зависимости были систематизированы американским учёным Donovan [72] и представлены и в табличной форме. Установлено, что уменьшение пиковых значений ускорений по мере удаления от эпицентров, существенно отличаются в разных районах земного шара. Например, многие сейсмологи утверждают, что в восточных районах США и Канады сейсмические колебания ослабевают медленнее, чем в западных областях этих стран, другими словами землетрясения в этих "областях ощущаются на более дальних расстояниях от эпицентров. Как следует из работы Donovan [72] подобный эффект наблюдается и при распространении сейсмических волн в Японии.
В результате обработки 645 акселерограмм 47 сильных землетрясений с магнитудами 4.7 и выше, записанными в период между 1953 до 1993 годами, американскими ученными Campbell К. W. и Bozorgnia Y. получены эмпирические зависимости пиковых ускорений от эпицентрального расстояния, учитывающие типы источников землетрясений и грунтовые условия.
Позднее американские учёные Boore D. М., и др. [62] после обработки 275 акселерограмм землетрясений получили зависимости пиковых ускорений, в которых используются следующие параметры: расстояние от сейсмостанции до эпицентра, магнитуда землетрясения, средняя скорость волн сдвига верхнего тридцатиметрового слоя грунта.и тип очага землетрясения.
Продолжительность сильных движений грунта зависит от расстояния до эпицентров землетрясений. Учёными Chang, F.K. и Krinitzsky, E.L в работе [70] представлены зависимости продолжительности землетрясений. Из этих зависимостей следует, что продолжительность сильных колебаний мягких грунтов приблизительно в два раза больше, чем в скальных. Как следует из работ [86,87,88] другого исследователя Housner, G.W, по мере удаления от разломов продолжительность сильных колебаний грунта может увеличиваться, при этом интенсивность колебаний будет уменьшаться. Интересные зависимости представлены в книге [104] «Earthquake Engineering and Structural Dynamics» (Сейсмическая инженерия и динамика сооружений). После обработки и анализа 984 акселерограмм горизонтальных колебаний и 486 акселерограмм вертикальных колебаний горизонтальных колебаний 106 землетрясений, учёными Novikova E.I. and Trifunac, M.D было установлено:
Исследования, выполненные в последние годы, показали, что вблизи источников землетрясений колебания грунта характеризуются большими перемещениями и довольно острыми и большими пиковыми значениями скоростей. Это является результатом того, что волны напряжений двигаются в направлении разлома, что вызывает импульсы большой продолжительности. Такие воздействия опасны для сооружений с низкими собственными частотами. 2.5.4. Влияние местных геологических условий на параметры колебаний грунта
Грунтовые условия существенно влияют на затухание колебаний при распространении сейсмических волн. Сотрудники научно исследовательского института «Earthquake Engineering Research Institute, Berkeley, California SeedH.B. and Idriss I.M., в работе [107] представили кривые рис. 2.2, показывающие влияние типов грунтов на характер изменение пиковых значений ускорений грунта в зависимости от расстояния до эпицентра. Анализ кривых показывает, что на одинаковых расстояниях от источника выделения энергии в скальных породах пиковые ускорения выше, чем в более слабых грунтах.
Кривые зависимостей пиковых ускорений от расстояния до эпицентра для скальных грунтов (верхняя кривая) и мягких пород
В более поздних исследованиях [90,92], в которых использовались записи колебаний грунта при землетрясениях Mexcico City 1985 и Loma Prieta 1989, установлено, что ускорения, проявившиеся в мягких грунтах в 1.5-4.0 раза превышают ускорения скальных пород, если максимальные ускорения в скальных грунтах не более O.lg. Для ускорений более высокого уровня (порядка 0.3g - 0.4g) соотношения между ускорениями в слабых грунтах и ускорениями в скалистых грунтах близки к единице. В работе [65] при учёте местных геологических условий для определения пиковых ускорений предлагается использовать коэффициенты усиления колебаний грунта рис.2.3.
Коэффициент усиления колебаний мягкого поверхностного слоя в зависимости от расстояния до эпицентра (Campbell [65]). Для учёта влияние локальных геологических условий на движение грунта в последнее время используется понятия: категории грунтов, которые определяются в зависимости от средних скоростей распространения волн сдвига 30 метрового поверхностного слоя. В последних редакциях норм UDC и NEHRP рекомендуется считать жёстким грунтами, в которых скорость распространения волн сдвига равна или м превышает 1500 —, к мягким грунтам относятся грунты, в которых скорость с м распространения волн равна или менее 180 —. с В последние годы многими исследователями установлено, что грунтовые условия существенно влияют на пиковые значения скоростей и ускорений. Замечено, что большие пиковые горизонтальные скорости чаще проявляются в мягких грунтах по сравнению со скальными породами. Статистические исследования колебаний земной поверхности при землетрясениях, выполненная Mohraz [99], показала, что отношение средних скоростей к средним ускорениям в мягких породах значительно больше такого же отношения в скалистых грунтах. Novikova E.I. and Trifunac, M.D [104] установили, что при одинаковых магнитудах и эпицентральных расстояниях продолжительность сильных сейсмических колебаний с частотой 0.63 Гц, записанных на площадках с осадочными породами на 4-6 с продолжительнее, чем на площадках со скальным основанием и приблизительно на 1 с продолжительнее для колебаний с частотой 2.5 Гц. Для колебаний с частотами от 0.63 до 21 Гц влияние грунтовых условий на продолжительность сильных движений незначительно.
Методы вычислений спектров ответов
В работе рассматривается система стационарной сейсмоизоляции в виде диафрагм сухого трения (ДСТ). Сейсмоизоляция признается в настоящее время одним из эффективных средств повышения сейсмостойкости сооружений
Расчет зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции производится двумя методами: по спектрам реакций землетясений, построенным по регистрированным акселерограммам или по синтетическим акселерогреммам, генерированным для данной строительной площадки и прямым динамическим расчетом во временной области. В качестве расчетных усилий из двух вариантов принимают наиболее неблагоприятные. Значение периода свободных колебаний Т зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции с горизонтальной жесткостью, соответствующей эффективной жесткости сейсмоизоляторов, определяется по формуле: Т = 2х\-Я-, (4.1) где О- суммарная вертикальная статическая нагрузка (вес суперструктуры); эфф _ жесткость системы сейсмоизоляции, равная сумме эффективных жесткостей всех, составляющих ее сейсмоизоляторов; g — ускорение свободного падения.
Расчетное горизонтальное перемещение на уровне системы сейсмоизоляции, определяется по формуле: Dilak Wf (4 2) где значения коэффициентов а и к0 определяются соответственно по Таблицам. Значения коэффициента В(п) приведены в Табл. 4.1. Таблица 4. Критическое затуханиеЙВ% 5 7 10 15 20 В(п)( 1 1,15 1,33 1,56 1,75 Значение коэффициента к{ принимается , соответственно для районов с интенсивностью 7 и 8 баллов 2 к = 1, а для 9 балльного района — к = 0,8.
При наличии эксцентриситета между центром жесткости системы сеисмоизоляции и центром масс суперструктуры значение общего расчетного перемещения с учетом кручения сейсмоизоляторов принимают равным: А б=1,т (4.3)
Общее расчетное перемещение (4.3) должно быть меньше, чем перемещение сейсмоизоляторов, соответствующее их эффективной жесткости ІСзфф при цикличных испытаниях. Горизонтальные перемещения на уровне верха сейсмоизоляторов при расчете по акселерограммам землетрясения определяются по формуле Da=(j \(r,n), (4.4) где г{Т,п)- спектр реакции землетрясения по выбранной для данной строительной площадки реальной или синтетической акселерограмме. Системы сеисмоизоляции при расчете по акселерограммам могут быть моделированы линейной или нелинейной зависимостью "сила-перемещение". При линейной системе сеисмоизоляции сооружение рассматривается как жесткое тело. При нелинейной системе сеисмоизоляции, которая представляется билинейной зависимостью "сила-перемещение", следует учытывать влияние высших форм.
Ниже приводятся данные, позволяющие в первом приближении регламентировать назначение силы трения в ДСТ рассматриваемого типа. Для подбора параметров ДСТ согласно имеющимся исследованиям достаточно рассматривать простейшую систему с одной степенью свободы, описываемую уравнениями: при закрытом демпфере сухого трения
Выполнен анализ систем сейсмозащиты зданий и сооружений, используемых в РФ и за рубежом. Отмечается, что системы сейсмоизоляции размещаются между фундаментом и суперструктурой (частью сооружения над сейсмоизоляцией) или между несколькими нижними этажами и суперструктурой.
Сейсмоизоляция применяется для зданий и сооружений с основными периодами собственных колебаний в пределах 0,1-1,0 с при обычном фундаменте (без сейсмоизоляции) и не более 3,0 с с сейсмоизоляцией.
По конструктивным решениям применяются два типа систем сейсмоизоляции: системы расположенные ниже уровня отмостки вокруг здания (рис.4. 15а), и системы, расположенные выше уровня отмостки на высоте не более двух этажей (рис.4. 15 6, в). Выбор того или иного типа сейсмоизоляции обуславливается грунтовыми условиями и функциональным предназначением здания.
Для сейсмоизоляторов, соединенных с суперструктурой и фундаментом болтами, сила отрыва, действующая на сейсмоизоляторы, не должна превышать значения, приводящего к росту растягивающего напряжения в изоляторах больше чем на 1 МПа.
Системы, реализующие принцип сейсмоизоляции
Для систем с многоточечными опорами, при задании движения имеется два метода расчёта спектров ответа.
Первый метод это метод огибающего спектра. Огибающий спектр, используется как исходный спектр одинаковый для всех опор, с заданной величиной демпфирования и направления движения. Для определения максимальной реакции системы, используется метод спектров ответов для конструкции с единственной опорой.
Второй - многоспекторный метод используется, когда известны относительные фазовые характеристики, соответствующие отличающимся движениям каждой из опор. Производится расчёт спектра ответа при движении каждой опоры. Реакции от движений всех опор складываются с учётом фазовых сдвигов.
Воздействия относительных смещений опор, должны определяется при наиболее неблагоприятных комбинаций пиковых смещения опор или при соответствующем представлении относительных фазовых характеристик, связанных со смещениями различных опор.
Найденные реакции, полученные с помощью первого или второго метода спектрального анализа, складываются с реакциями, вызванными относительными смещениям опор, с использованием правила ККСК (корень квадратный из суммы квадратов). 5.5 Расчёт сейсмоизолирующих и энергопоглащающих устройств, для несущих конструктивных элементов зданий. Воздействие землетрясений на несущие конструкции зданий можно существенно уменьшить, применив для этой цели специальные сейсмоизолирующие опорные части и поглотители энергии [12, 11].
В последние годы после сильных землетрясений в различных частях земного шара во многих странах были разработаны новые типы опорных частей, усовершенствованы нормативные документы по расчёту сейсмоизолированных сооружений на сейсмостойкость. На первом предварительном этапе подбора и проектирования виброизолирующих опорных частей в Нормах многих стран [54] допускается использование упрощённых моделей. В настоящее время в Российских нормах, отсутствуют, рекомендации по расчёту сейсмоизолирующих устройств, поэтому подробно изложим методики расчёта сейсмоизолирующих устройств, которые получили широкое распространение за рубежом.
Для уменьшения сейсмических воздействий на сооружения необходимо запроектировать конструкцию таким образом, чтобы исключить возникновение резонансных явлений на частотах, в областях которых аккумулируется большая часть энергии при землетрясениях. Изменение параметров пролётных строений, влияющих на существенное изменение (масс, жёсткости) собственных частот, как правило, не представляется возможным, поэтому наиболее приемлемым способом защиты от сейсмических воздействий является установка специальных опорных частей и демпфирующих устройств. Наиболее удобным методом для выбора, расчёта и конструирования сейсмоизолирующих устройств является метод с использованием спектров ответов. Как показывает анализ разрушений сооружений при землетрясениях, повреждения происходят вследствие горизонтальных колебаний поверхности грунта [108].
Метод спектров ответов. Метод спектров ответов является в настоящее время наиболее широко распространенным методом расчёта инженерных сооружений на сейсмостойкость. Спектр ответов представляет собой график максимальные значения реакций (максимальных перемещений, максимальных скоростей, максимальных ускорений) на заданные движения грунты для всех возможных систем с одной степенью свободы. Спектры ответов позволяют, не только определять как будет реагировать сооружение на сейсмическое воздействие, но и учитывать демпфирующие свойства, грунтовые условия и многие другие факторы, необходимые для конструирования и расчёта конструкций. Для построения спектров ответов разработаны программы, исходными данными для которых являются синтензированные акселерограммы колебаний поверхности грунта строительной площадки при возможных землетрясениях. На рис. 5.1 представлена акселерограмма колебаний поверхности грунта и соответствующий ей спектр ответов.
Для расчётов используются сглаженные спектры ответов, полученные в результате усреднения спектров ответов нескольких сильных землетрясений. С энергетической точки зрения спектры ответов показывают области частот, в которых сконцентрирована большая часть энергии землетрясений. Анализ спектров ответов показывает, что, изменяя собственную частоту колебаний и демпфирование системы, можно существенно уменьшить реакцию сооружения на сейсмическое воздействие.
Установка достаточно эластичных опорных частей взамен обычных позволяет удлинить период собственных колебаний от величины меньшей 1 с до 3-5 секунд. Это в свою очередь может уменьшить динамический коэффициент в 3-8 раз по сравнению со зданиями с обычными опорными частями. Демпфирующие устройства так же являются необходимыми элементами сейсмоизоляции. Демпфирующие устройства в некоторых случаях
