Диссертация (792538), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Зарегистрированная скоростьраспространения волнового фронта по земной поверхности (Рисунок 2.29) равнаv=km. На полигонах с плотным размещением датчиков скорость S-волн достиkmгает 2-3,5 км/с и более [1] и зависит от ориентации сейсмического источника (разлома). Если волны расходятся от источника вертикально, они достигают поверхности одновременно, сдвиг по фазе равен нулю, а скорость v - бесконечна.
При117этом фазовая скорость c распространения фронта волны от источника к поверхности сравнительно низкая (порядка сотен метров в секунду) и определяетсятолько механическими свойствами грунта.В практике строительных инженерных расчетов на сейсмостойкость принимают[74, 75], что фронт объемной сейсмической волны движется по поверхности с фазовой скоростью.
Как соотносится это предположение с эмпирической функциейкогерентности? Аппроксимация Абрахамсона построена для зарегистрированных«быстрых» волн со скоростью v , а в инженерных методах сейсмическая волна«медленная» - скорость распространения фронта принимается равной фазовойскорости c , причем v 10 c [1, 2]. Это означает, что время запаздывания для«медленной» волны будет больше:km ( c )10 , так как km = km . Известно, чтоvkm ( v )функция когерентности уменьшается с увеличением времени запаздывания.
Отсюда следует формальный вывод о том, что для «медленных» волн функция когерентности при тех же расстояниях должна быть меньше, чем на Рисунке 2.30,следовательно, область частот согласованного движения сужается. Так как этосужение связано с искусственным ужесточением воздействия, разумно договориться о том, чтобы и при инженерном подходе придавать сейсмической волнепространственную изменчивость, зафиксированную при реальных землетрясениях.Подводя итог, становится очевидным, что эмпирическая функция поверхностнойкогерентности Н.
Абрахамсона поможет определить, есть ли необходимость принимать в расчет пространственную изменчивость сейсмических движений грунта.При этом кроме размера фундамента необходимо иметь в виду реальные грунтовые условия, спектральный состав сейсмического воздействия и условности инженерного подхода.1182.11. Фильтрующие свойства жестких фундаментовВ расчетах на сейсмостойкость на основе интегральной модели сейсмическое воздействие представляется в виде вектора, содержащего три поступательные и триугловые (или ротационные) компоненты.
Этот вектор сейсмического воздействияесть результат осреднения волнового движения по объему грунта под фундаментом. Известно, что основным условием применения интегральной модели является достаточная жесткость фундамента, то есть такая, при которой фундаментдвижется как недеформируемое твердое тело с 6 степенями свободы [72, 75]. Подтаким фундаментом сейсмическая волна малой длины не даст существенноговклада в осредненное движение грунта, а значит, и в общую сейсмическую интенсивность.Вопрос о том, какие длины волн преобладают в сейсмическом движении, решается разложением трехкомпонентного поступательного сейсмического движения вспектр Фурье.
Зная диапазон несущих частот воздействия fi (Гц, i - номер несущей частоты) и скорость распространения поперечных волн с2 , длины сейсмических волн рассчитываются по формуле: i = с2 fi . Длинные волны (по сравнениюс характерным размером фундамента) определяют основной вклад в движениеконструкции, а короткие, соответствующие высоким частотам, – «отфильтровываются», а фактически гасят себя сами, давая в среднем малые перемещения подфундаментом (Рисунок 2.31). В результате сейсмическая интенсивность I несколько уменьшается20. Однако фильтрация происходит не только за счет осреднения, но и из-за рассеяния и дифракции коротких волн под фундаментом, а присильных землетрясениях – и из-за пластических деформаций, особенно характерных для мягких рыхлых грунтов.
К сожалению, экспериментальных данных о качественных и количественных оценках рассеивающих свойств фундаментов оченьмало, поэтому любой натурный эксперимент в этой области представляет боль-В сейсмических расчетах уменьшение интенсивности учитывают с помощью редуцирующих коэффициентов( -коэффициентов, см.п.1.4).20119шую ценность, помогая определиться с заданием величин понижающих коэффициентов.Рисунок 2.31. Осреднение коротковолнового движения под жестким фундаментомприводит к снижению сейсмической нагрузки.За рубежом дискуссия о фильтрующих свойствах жестких фундаментов возникаетпериодически, по мере поступления новых экспериментальных данных. Отметим,что она не касается воздействий с доминирующими длинными волнами, когда коротковолновая часть мала и фильтрация незначительна.
Речь идет о жестких фундаментах на мягких грунтах – в таких грунтах скорость поперечных волн относительно мала и преобладают более короткие сейсмические волны. По мнению ведущих зарубежных специалистов, проблема в том, что не все натурные эксперименты, проводимые путем сравнения записей на свободном поле и на фундаментах зданий, однозначно подтверждают наличие эффекта фильтрации. Так, авторыработы [27], в которой детально описан такой эксперимент, пишут: «При рассмотрении эффекта взаимодействия основания и конструкции фундамент частосчитают абсолютно жестким. Это уменьшает число степеней свободы модели идает хорошие результаты для длинных, по сравнению с размерами фундамента,волн.
Для коротких волн такое предположение может привести к неконсервативной оценке деформаций в конструкции и, скорее всего, к завышенным оценкамрассеяния энергии падающей волны и демпфирования…. Работы Хаузнера 21 …Хаузнер [Housner G.W. Interaction of building and ground during an earthquake. Bull Seismol Soc Am 1957; 47: 179–86], при сравнении амплитудных спектров внутри здания и на свободном поле, пришел к выводу, что протяженныйфундамент «сглаживает» высокочастотные компоненты движения грунта и поэтому здания на длинных жесткихфундаментах более устойчивы к сейсмическим воздействиям. Однако проведенные через 44 года повторные расчеты выявили ошибку в расчетах и показали, что на самом деле разница невелика.21120заставили многих инженеров думать, что большие фундаменты отфильтровываютвысокочастотные спектральные составляющие движения грунта. Хотя фильтрация есть всегда, она становится завышенной при предположении абсолютнойжесткости фундамента. Полномасштабный эксперимент показывает, что даже прималых амплитудах воздействия фундамент здания деформируется при прохождении волн».Объектом исследования упомянутого в цитате из работы [27] натурного эксперимента послужило семиэтажное здание отеля в Лос-Анжелесе 1965 г.
постройки,эксплуатировалось до 1994 г. Размеры в плане 62х150 футов (около 19х46 м). Несущая способность железобетонного монолитного каркаса здания обеспеченавнутренней частью каркаса, состоящей из колонн и перекрытий, и внешней - изколонн и обвязочных балок (сейсмопоясов); внешняя часть каркаса за счет обвязочных балок имеет большую жесткость (примерно в два раза), чем внутренняя.Колонны расположены с шагом 20 футов (около 6 м) в поперечном направлении и19 футов (около 5.8 м) в продольном. Здание симметричное, если не принимать вовнимание легкую рамную конструкцию лестницы и лифтовой шахты в одном изторцов. Первый этаж располагается на уровне 2 фт.
(0.61 м) от плотного грунта.Толщина пола 1 этажа - 4 дюйма (около 10 см), железобетонные этажные перекрытия толщиной: 2 этажа – 10 дюймов (25.4 см), 3-7 этажей – 8.5 дюймов (около22 см), крыши – 8 дюймов (около 20 см). Фундамент здания состоит из кустов 40футовых (12.2 м) висячих свай по 2-4 штуки диаметром 24 дюйма (0.61 м), оголовники свай высотой 38 дюймов (0.96 м) скреплены балками ростверка (Рисунок2.32).
Каждая свая рассчитана на продольную нагрузку 100 kips (ок. 445 кН) и поперечную нагрузку 20 kips (ок. 89 кН). Над оголовниками центрируются все несущие колонны здания. Грунтовое основание представляет собой аллювий(наносные отложения), состоит из песка и заиленного песка со средней скоростьюпоперечных волн порядка 300 м/с.За период с 1971 по 1994 г. отель испытал 11 сильных землетрясений магнитудойот 4.9 до 6.6.
Особенно серьезные повреждения были зафиксированы во время121Нортриджского землетрясения 17 января 1994 г. (Northridge earthquake) магнитудой 6.6, пиковое ускорение грунта в горизонтальном направлении достигало0.44g, в вертикальном – 0.27g, расстояние до эпицентра 1.5 км. Во время землетрясения пострадали в основном внешние конструкции каркаса на северной июжной стороне, усиленные обвязочными балками. В серединах несущих колонн 5этажа, связанных обвязочными балками, образовались глубокие поперечные трещины, колонны 3 и 4 этажей также были повреждены, но в меньшей степени. Видимых повреждений внутренней части каркаса, перекрытий и фундамента не отмечено. Пришла в негодность внутренняя отделка гостиницы – растрескалисьштукатурка и кирпичная кладка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
