Диссертация (792538), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Афтершок Нортриджского землетрясения магнитудой 5.2 произошел 20 марта 1994 года, при этом пиковое ускорение грунта в горизонтальном направлении достигало 0.27g, в вертикальном – 0.10g, расстояниедо эпицентра составляло 1.2 км.Рисунок 2.32.
Устройство фундамента, из [27].В феврале и апреле 1994 года были проведены два эксперимента, первый послеНортриджского землетрясения, второй – спустя месяц после его афтершока. Целью первого эксперимента было измерение собственных частот поврежденногоздания. Схема расположения датчиков на здании показана на Рисунке 2.33. Вто-122рой эксперимент был более информативным. Кроме выявления изменений в собственном спектре из-за новых повреждений после афтершока (оказалось, что собственные частоты изменились незначительно), проводились измерения движениягрунта вокруг здания.
Датчики были установлены на парковке в 46 точках на расстоянии от 15 до 20 м от здания. Схема расположения внешних датчиков показанана Рисунке 2.34. В ходе эксперимента в течение трех минут с частотой 400 отсчетов в секунду записывались микросейсмы техногенного происхождения – колебания, вызванные работой тяжелой техники в промышленном районе Лос-АнжелосаСан-Фернандо и движением автомобилей по двум близлежащим трассам (150 м кзападу и 50 м к северу от здания). Во время эксперимента отель был закрыт, выключено электро- и водоснабжение, отключены лифты.Рисунок 2.33.
Расположение датчиков и направления измерений, из [27].Спектры Фурье ускорений грунта по трем направлениям на парковке показалимножество пиков в диапазоне от 1 до 10 Гц, спектры нарастают до частоты около4 Гц (пики у частоты 4 Гц вызваны движением автомобилей), а затем имеют ниспадающий тренд примерно до частоты 9-10 Гц (Рисунок 2.35). Интересно, что вамплитудном спектре Фурье на парковке не было выявлено никаких пиков вышеуровня шума, связанных с раскачиванием или с поступательным движением са-123мого здания, то есть колебаний грунта, «наведенных» конструкцией, обнаруженоне было.Рисунок 2.34.
Схема расположения датчиков на парковке у здания, из [27].Анализ перемещений, полученных по каналам 1, 2, 3, 13 (Рисунок 2.33) показал,что колебания грунта приводят к кручению, увеличивающему динамическую реакцию конструкции на 20-40%. При сравнении данных с каналов 1 и 13 выяснилось, что перемещения в точке 1 на 10-20% больше, чем в точке 13. Это говорит отом, что фундамент совершал повороты относительно смещенного центра жесткости.Для полного описания волновой картины в зоне вокруг здания, был выполненкорреляционный анализ полученных данных: выбрана опорная точка и для всехостальных точек вычислена взаимная корреляционная функция. Корреляционныйанализ дал возможность определить запаздывание по времени и пространственноераспределение волн.
Было установлено, что микроколебания грунта вызваны высокочастотными волнами Рэлея, проходящими по поверхностным слоям грунта.124По запаздыванию была определена скорость волн – около 250-300 м/с, а такжеустановлена пространственная картина распределения фаз и амплитуд волновогодвижения (Рисунок 2.36, линии равных фаз показаны штриховой линией, амплитуд - сплошной линией, направление NS). Рисунок 2.36 показывает, что при прохождении волн с запада на восток фундамент действительно поворачивается относительно точки, близкой к юго-восточному углу. Такое движение говорит обольших эксцентриситетах фундамента, которые вызвали заметные крутильныеколебания здания. Эксперимент был выполнен после нескольких сильных землетрясений и афтершока, поэтому авторы [27] предполагают, что нерегулярностьволновой картины и смещение центра жесткости фундамента связаны с локальным «расцементированием» грунта рядом со сваями, местным разрыхлением,трещинами и нарушением целостности грунта в некоторых зонах свайного фундамента и парковки, с возможным повреждением одной или нескольких свай.
Всеграфики контуров горизонтальных и вертикальных амплитуд деформаций показали, что фундамент здания ведет себя не как жесткое тело, а деформируется припрохождении падающих волн. При этом происходит совместное движение фундамента и основания по горизонтали. По вертикали, предположительно, фундамент и основание двигаются раздельно в зоне северо-западного угла здания.Анализируя данные, приведенные в [27], дадим свои принципиальные выводы:1.
Длины доминирующих волн при скорости с2 =300 м/с для пиков около 8 Гц(Рисунок 2.35) равны 8 Гц = 300 8 = 37.5 м, для пиков порядка 4 Гц - 4 Гц = 300 4 = 75 м. Размеры здания 19х46 м, то есть длины доминирующих волнпревышают минимальный размер фундамента. Таким образом, при заданныхгрунтовых условиях и частотном диапазоне воздействия фундамент не можетпроявить заметные фильтрующие свойства за счет осреднения сейсмическогодвижения.
Сопоставляя размер фундамента и фазовую скорость волн, можно сделать вывод о том, что модель сейсмического движения фундамента ротационно-125дилатационная, то есть следует ожидать не только поступательного движения, нои заметных угловых движений.Рисунок 2.35. Амплитудные спектры Фурье, из [27].126Рисунок 2.36. Пространственная картина волнового движения, из [27].2. Имеет место «фундаментальный парадокс»22 - ситуация, когда фундамент работает не в расчетном режиме, снижая интенсивность сейсмического воздействия, анаоборот, неравномерно передает воздействие на здание, возбуждая сильные крутильные колебания.
Причина в том, что грунт основания достиг предельного состояния, деформирован неоднородно, с заметными пластическими деформациями.Колебания такого фундамента в горизонтальной плоскости можно представитькак движение жесткой пластины на произвольно расставленных нелинейных опорах разной жесткости (Рисунок 2.37). Неравномерное распределение жесткостейсвязей приводит к непредсказуемому смещению центра жесткости фундамента(точка С на Рисунке 2.37) и к крутильным колебаниям здания.О «фундаментальном парадоксе» см.Сейсмозащитные устройства: актуальные проблемы сейсмобезопасности.
Под ред. Н.П. Абовского.М.: Издательство «Проспект», 2015, 87 с.Абовский Н.П., Инжутов И.С., Хорошавин Е.А., Палагушкин В.И. О роли фундаментов в сейсмостойком строительстве. Сейсмозащитный фундамент // "ОФМГ". - 2012. - № 5. - С. 28-29.22127k3k2Ckik1kNРисунок 2.37. Модель нелинейной работы системы фундамент + основание.3. Фундамент оказался недостаточно жестким. Причина его деформативности неочень понятна – либо из-за малой изгибной жесткости свайного ростверка, либоиз-за его возможных повреждений, либо из-за потери грунтом несущей способности. Со времени постройки отеля в 1965 г. технологии устройства и расчета сейсмоизолирующих фундаментов значительно продвинулись23.
Сегодня строительство на слабых грунтах предусматривает гораздо более жесткие фундаменты:мощные фундаментные плиты и фундаментные платформы, сплошные плитносвайные фундаменты, устройство искусственного основания в виде плитносвайного ростверка с сейсмоизолирующей грунтовой подушкой и т.д. В идеалефундаменты на слабых грунтах должны быть действительно жесткими по всемтрем направлениям сейсмического воздействия, с обеспеченной несущей способностью грунта, с прогнозируемым демпфированием и рассеиванием сейсмическихдвижений.
Только при таких условиях можно говорить о фильтрации сейсмических волн под жестким фундаментом и о снижении интенсивности воздействия.О новых технологиях в этой области см.:Уздин А.М., Сандович Т.А., Аль-Насер-Мохомад Самих Амин. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений.
-С.-Петербург: ВНИИГ, 1993. - 175с.Ильясов А.Б., Уздин А.М. О системном подходе к анализу динамического взаимодействия “сооружение - фундамент - основание” при расчете сейсмостойких сооружений// "ОФМГ". - 2014. № 3. - С. 28-29.Ставницер Л.Р. Сейсмостойкость оснований и фундаментов. - М.: Изд-во АСВ.
- 2010. -447 с.231283. Динамика строительных конструкций при интегральной модели воздействия3.1. Переносные сейсмические силыРасчетная схема конструкции включает деформируемые элементы, сосредоточенные массы и абсолютно твердые тела. Так как деформируемые элементы дискретизируются (например, методом конечных элементов) и приобретают вид упругосоединенных узловых масс, под расчетно-динамической моделью (РДМ) конструкции будем понимать закрепленную дискретную совокупность инерционныхэлементов: сосредоточенных масс и абсолютно твердых тел, связанных между собой внутренними связями. При движении инерционных элементов относительнодруг друга вдоль этих связей возникают внутренние упругие восстанавливающиесилы и силы вязкого сопротивления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
