Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Прогнозування сейсмостійкості споруд під час вибухів циліндричних зарядів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Сучасний стан наукових досліджень прогнозування сейсмостійкості поверхневих об'єктів підчас вибухів

Розвиток наукових досліджень сейсмостійкості споруд під час землетрусів

Сейсмічні хвилі являють собою коливання земної поверхні, параметри яких закономірно змінюються в часі і просторі. По своїй дії на середовище сейсмічні хвилі можуть бути не пружними і пружними [14, 15]. Якщо при поширенні в середовищі сейсмічних хвиль викликані ними напруги перевищують межу пружності, то деформації даного середовища носять незворотний характер. Зокрема, у водонасичених і слабких грунтах тріщини виникають уже при інтенсивності коливань у VII балів. На деякій віддалі від епіцентру сейсмічні хвилі мають характер пружних хвиль, тобто по закінченні коливального процесу частки поверхні повертаються в положення рівноваги, а зв'язок між напругами і деформаціями підпорядковується законові Гука.

Існують різні визначення поняття сейсмічних хвиль і їхнього джерела – сейсмічного вогнища. Зокрема В.Н. Мосинец та інші автори, під сейсмічним вогнищем розуміють обсяг породи, у якому під дією вибуху розвиваються необоротні деформації і на границі якого напруги та деформації знижуються до пружної межі [16] При такому визначенні залишається неясним як співвіднести між собою можливі порушення в грунтах і пружний характер хвиль. Інші дослідники ототожнюють із сейсмічним вогнищем зону дроблення [17], або область у якій виділяється основна (90%) кількість енергії [18], а зону залишкових деформацій зв'язують з дією сейсмічних хвиль. Таке уявлення про сейсмічне вогнище, а так само як і про сейсмічні хвилі, краще узгоджується з можливими наслідками землетрусів.

У результаті проведення промислових вибухів зарядів вибухових речовин (ВР) у гірських та ґрунтових масивах проходять наступні процеси [19].

1. Руйнування масиву в безпосередній близькості навколо зарядної порожнини при , де r – відстань від центра (осі) заряду до відповідної точки породи;- діаметр заряду.

2. Руйнування окремих частин у масивах порід внаслідок їх співударяння під дією вибухових хвиль при .

3. Зміщення зруйнованої вибухом маси, в тому числі і розлітання кусків, формування розвалу і т.д.

4. Формування і поширення в атмосфері ударних повітряних хвиль.

5. Формування і поширення по масиву гірських чи ґрунтових порід сейсмічних вибухових хвиль.

У даній роботі вивчається останній із вказаних вище процесів. А саме, розглядається його вплив на об'єкти та споруди житлового та промислового будівництва, що охороняються, тобто підпадають під вплив сейсмічних вибухових хвиль (СВХ), індукованих промисловими вибухами.

На практиці при проведенні промислових вибухових робіт спеціалісти стикаються із постійно зростаючою сейсмічною небезпекою, причиною виникнення якої є таки явища [20]:

– розвиток фронту вибухових робіт у бік забудованих територій;

– застосування технологій, що передбачають одночасне підривання великих мас зарядів ВР;

– збільшення по мірі заглибленості кар'єрів обводненості підривних порід, що веде до зростання інтенсивності сейсмічних вибухових хвиль.

При проведенні вибухових робіт на гірських підприємствах поблизу різних об'єктів, що охороняються (будинки, споруди, газо- і нафтопроводи й т.п.), виникає завдання двоякого характеру. Із однієї сторони необхідно досягти найбільшої ефективності руйнування гірських порід масовими вибухами на кар'єрах, а з іншого боку – забезпечити сейсмічну безпеку об'єктів, що охороняються.

Значна частина як практичних, так і теоретичних досліджень, що стосуються визначення сейсмічних навантажень та забезпечення сейсмічної стійкості об'єктів пов'язана в першу чергу із необхідністю зменшення катастрофічного руйнівного впливу землетрусів. Під час сейсмічного впливу коливання основи, на якій розміщена споруда, передаються її фундаменту і, як наслідок, викликають складні коливання споруди. Останні накладаються на коливання створені землетрусом.

Геотехнічним сейсмічним розрахункам та методам аналізу динаміки споруд і фундаментів присвячені роботи Я.М. Айзенберга [21,22], А.Н. Бірбаєра [23, 24], С.В. Полякова [25, 26], Ю.И. Немчинова [27, 28, 29], О.А. Савінова [ЗО, 31], А. Е. Саргсяна [32], М. А. Клячко [33], П.З. Лугового[34, 35], В.Г. Кравця [36, 37], К.В. Єгупова [38, 39], Ю.И. Калюха [40], В.С. Кукунаева [41], Н.С. Ремез [42], Л.Р. Ставницера [43, 44], А.Г. Тяпіна [45, 46], В.Г. Беднякова [47-48], А.Н. Трофимчука [50, 51], А.М. Уздіна [52, 53], С.Г. Шульмана [54], Н.Ньюмарка и Э. Розенблюета [55], М. Біо [56, 57] та інших.

Історично склалося так, що значна частина досліджень, які стосуються визначення сейсмічних навантажень та забезпечення сейсмічної стійкості об'єктів, пов'язана з необхідністю зменшення катастрофічного впливу землетрусів.

Першою визнаною теорією сейсмостійкості називають статичну теорію визначення сейсмічних навантажень, запропоновану японським вченим Ф. Оморі в 1900 році. Згідно неї сейсмічні навантаження на споруду визначаються з умов абсолютної недеформованості будівельної споруди, вважаючи, що в усіх точках останньої діють однакові сейсмічні сили. Однак, така статична теорія виявилась наближено справедливою лише для вельми жорстких споруд, деформації яких у порівнянні зі зміщенням основи надзвичайно малі. Для високих споруд, в яких нерівномірність деформувань по висоті є значною, статична теорія не могла дати правильні результати.

Спроба створити динамічну теорію сейсмостійкості належить іншому японському вченому Н. Мононобе, який розглядав споруду як пружне тіло, що деформується. Він запропонував вважати, що основа споруди здійснює коливання за гармонічним законом і розглянув коливання споруди, представленої у вигляді системи з одним ступенем свободи. Була отримана формула для визначення сейсмічних сил у наступному вигляді:

де – коефіцієнт динамічності, що залежить від співвідношення періоду вільних коливань системи Т і періоду – переважаючих коливань Грунту при землетрусі. Недоліком досліджень Н. Мононобе є ігнорування початкової фази сейсмічних коливань.

У загальній формі основи динамічного методу розрахунку споруд і будівель на сейсмостійкість були закладені К.С. Заврієвим у 1927 році. Ним було запропоновано розглядати сейсмічні коливання ґрунту як гармонічні незатухаючі, що починаються за законом косинуса. В якості початкових умов було прийнято вважати, що в початковий момент руху грунту прискорення досягає своєї максимальної величини, а швидкість дорівнює нулю. Сейсмічні сили визначались як і у Н. Мононобе, але врахування початкових умов руху ґрунту без врахування сил затухання призвело до збільшення коефіцієнта динамічності вдвічі в порівнянні з теорією Н. Мононобе. Подальше застосування такого підходу до дослідження багатомасових систем дозволило К.С. Заврієву разом з А.Г. Назаровим отримати необхідні залежності для визначення сейсмічних навантажень на споруди з різним розподілом мас по висоті [58].

Подальший розвиток динамічної теорії визначення сейсмічних навантажень належить американському вченому М. Біо [56, 57], який у 1934 році запропонував метод оцінки сейсмічних впливів з використанням інструментальних записів коливань поверхні ґрунту під час землетрусів. За результатами обробки значної кількості реєстрацій максимальної амплітуди зміщень і розрахунку на їх основі прискорень коливань М. Біо побудував стандартний спектр прискорень, який був покладений в основу Каліфорнійських норм 1951 року. Розроблений М. Біо метод знайшов свій подальший розвиток у роботах А.Г. Назарова, який у 1947 році запропонував побудову спектральної кривої за допомогою спеціально розробленого багатомаятникового сейсмометра.

Важливими для оцінки сейсмічних впливів можна назвати також дослідження Г. Хаузнера, Р. Мартела, радянських вчених С.В. Медведева, І.Л. Корчинського, Е.Є. Хачияна та ін. Так, наприклад, І.Л. Корчинським на підставі аналізу сейсмограм та аналізу відповідних наслідків землетрусів був запропонований метод визначення сейсмічних сил для багатомасових систем з урахуванням затухання при коливанні споруди.

Відповідно до нормативної методології розрахунку сейсмічних навантажень під час землетрусів в Україні, що приведена в ДБН В. 1.1- 12:2006 "Будівництво в сейсмічних районах України", будівлі та споруди необхідно розраховувати на сейсмічні навантаження – проектні землетруси та максимальні розрахункові землетруси, які визначаються в залежності від періодів повторюваності землетрусів у даному регіоні. Для цього нормативами та практикою передбачено два методи розрахунку споруд на особливе співвідношення навантажень з урахуванням сейсмічних впливів:

– спектральний метод (при використанні спрощених моделей споруд, що враховують поступальні коливання для розрахунку будівель та споруд простої геометричної форми з симетричним та регулярним розміщенням мас та жорсткостей і з найменшим розміром у плані не більше 30 м, а також при використанні розрахункових моделей, які, крім поступальних, враховують також і крутильні (обертові) сейсмічні впливи для розрахунку будівель та споруд несиметричних у плані або по висоті та ін.);

– прямий динамічний метод (для відповідальних споруд – об'єктів підвищеного рівня відповідальності, будинки та споруди з принципово новими конструктивними рішеннями, що не пройшли експериментальної перевірки та ін.) із застосуванням інструментальних записів прискорень ґрунту під час землетрусів або стандартного набору синтезованих акселерограм, тобто виходячи з їхньої імовірнісної появи.

Для спектрального методу пропонується вибір розрахункової схеми в залежності від геометричних розмірів споруди у вигляді:

– багатомасового консольного стержня;

– багатомасової перехресної системи;

– просторової динамічної моделі споруди.

У випадку прямого динамічного методу використовуються акселерограми максимального розрахункового землетрусу. Прямий динамічний розрахунок виконується із застосуванням розрахункових сейсмічних впливів як функції від часу. Вони являють собою спеціально синтезовані акселерографи і в загальному випадку є трьохкомпонентними (дві горизонтальні та вертикальна складові) функціями прискорення від часу. При цьому значення кінематичних та силових характеристик визначаються на всьому часовому інтервалі сейсмічного впливу на споруду та після закінчення його дії. Набір розрахункових акселерограм для території України представлений у Додатку до норм ДБН В.1.1-12:2006 "Будівництво в сейсмічних районах України". Результати в цьому випадку визначаються моделями, що використовуються.

У більш складних моделях задається розрахунковий вплив на нижній межі Грунтового шару (на відмітці скельних порід) та моделюється рух всього шару грунту і споруди на ньому.

Крім детерміністських використовуються також імовірнісні методи розрахунку очікуваних сейсмічних впливів на споруду.

Для розрахункових схем встановлюються наступні необхідні параметри. Ґрунт пропонується описувати з допомогою сейсмічних параметрів – швидкостей пружних хвиль, констант затухання та щільності. Ґрунтові умови повинні визначатись сукупністю таких факторів як фізико-механічні властивості ґрунтів (швидкості повздовжніх та поперечних хвиль, щільність), їх вологістю, потужністю ґрунтової товщі та рельєфом поверхонь розділу в ґрунті. На стадії проектування рекомендується задавати проектні впливи на рівні підошви без врахування верхніх шарів ґрунту.

Сейсмічні впливи пов'язані з поширенням коливань від джерела хвиль, що міститься в земній корі. На велику відстань від сейсмічних джерел поширюються пружні поверхневі хвилі – хвилі Релея та Лява. Вимоги до сейсмостійких будівель представлені А.Н. Бирбраером у книзі [24]. Розрахунки проводяться тут з використанням спектрів відгуку або акселерограм. Вказано, що при землетрусах частоти коливань не перевищують 33 Гц. Форма будівель у плані повинна бути простою та симетричною, що забезпечує безпечне положення центра ваги будівлі. При занадто великій ширині будівлі, яку можна співставити з довжиною сейсмічної хвилі, в ґрунті можуть виникати обертальні коливання в плані, що приводять до підвищених навантажень на кутові елементи. У [24] також розглянуті методи врахування взаємодії з основою. Відмічається, що динамічна взаємодія з основою здійснює більший вплив на сейсмічні коливання споруд. Одним з основних способів оцінки взаємодії є порівняння вихідної та трансформованої акселерограм і спектрів прискорень.

Врахування взаємодії з основою особливо необхідне для відповідальних споруд та будівель вище 16 поверхів. Точне вирішення даної проблеми пов'язане зі значними математичними та обчислювальними труднощами. Але і результати, отримані навіть такими складними методами, можна розглядати лише як деяку більш або менш близьку до реальності оцінку, так як в усіх цих методах для спрощення використовуються численні важливі допущення. Існує також значний розкид та невизначеність вихідних даних. Вихідне сейсмічне збудження може бути задано лише дуже наближено. Реальна основа може значно відрізнятись від горизонтально слоїстої, важко також точно визначити положення та товщину шарів, які до того ж можуть змінюватись у межах площадки і т.д. До значних похибок приводить наближеність використовуваної квазілінійної моделі ґрунту та невизначеність його характеристик, які і не можуть бути достатньо точно визначені, і змінюються в межах одного шару. Неточність також може вноситись і відмінністю фактичних обрисів фундаменту від простіших форм (кола та прямокутника), для яких, в основному, і розроблені формули.

Додатковим джерелом похибок є піддатливість фундаментної плити та підземних стін, що, як правило, не береться до уваги. Для дуже жорстких споруд, наприклад, будівель АЕС, даний фактор зазвичай є другорядним. Прискорення фундаменту залежить також від напрямку падіння сейсмічних хвиль, який досить важко визначити точно. Тому за напрям падіння сейсмічних хвиль приймається напрям нормалі до шарів основи. Заглиблення, що присутні у всякому фундаменті, приводять до підвищення резонансної частоти та збільшення випромінювання енергії коливань в основу, що є сприятливим при сейсмічному впливі.

Однак, незважаючи на значний розвиток досліджень сейсмостійкості об'єктів під час землетрусів і велику кількість наукових робіт у даній галузі, відмінності, що лежать в основі процесів виникнення землетрусів та техногенних вибухів – а саме визначення сейсмічних навантажень, що діють на об'єкти, які охороняються, унеможливлюють застосування розроблених методик оцінки сейсмічного впливу на поверхневі об'єкти, що охороняються. Тому виникає необхідність у дослідженні сейсмічного ефекту від промислових вибухів зарядів ВР у Грунтовому масиві.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси