Основы строительства в сейсмических районах

Классификация методов антисейсмического усиления. Стационарные системы сейсмоизоляции. Адаптивные системы. Использование демпфирующих устройств имеет ряд особенностей. Специфика динамических гасителей колебаний. Традиционные сейсмозащитные мероприятия.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

22

Размещено на

Реферат

на тему

Основы строительства в сейсмических районах

Выполнил: студент

Середкина М.М.

1. Классификация методов антисейсмического усиления

Решение задач обеспечения целостности конструкции, или минимизации повреждений на основе конструктивных решений и специфических свойств зданий, является насущно необходимым в условиях регионов активных сейсмических проявлений. В современных конструктивных решениях нельзя повысить сейсмостойкость, только повысив величины сечений, прочность, вес. Конструкция может быть более прочной, но не обязательно экономически эффективной, потому что и вес, и инерционная сейсмическая нагрузка могут увеличиться еще больше. Требуются новые эффективные методы сейсмозащиты. Эти методы предусматривают изменение массы или жесткости, или демпфирования системы в зависимости от ее перемещений и скоростей. В настоящее время известно более 100 запатентованных конструкций сейсмозащиты. Традиционные методы получили широкое распространение в различных странах, подверженных сейсмической опасности, и являются общепризнанными. Однако специальные методы сейсмозащиты во многих случаях позволяют снизить затраты на усиление и повысить надежность возводимых конструкций. В последние десятилетия в Японии, США, Новой Зеландии, странах СНГ предложены десятки различных технических решений специальной сейсмозащиты зданий и инженерных сооружений. Многие из этих предложений реализованы на практике. Общая классификация систем сейсмозащиты может быть представлена в виде cхемы, представленной на рисунке. В соответствии со сложившейся терминологией в теории виброзащиты будем подразделять специальную сейсмозащиту на активную (имеющую дополнительный источник энергии) и пассивную.



В данный момент существуют предложения по активной сейсмозащите, включающей дополнительные источники энергии и элементы, регулирующие работу этих источников, однако ее реализация требует значительных затрат на устройство и эксплуатацию. Это исключает возможность широкого применения активной сейсмозащиты для строительных конструкций. Ниже рассматриваются специальные методы пассивной сейсмозащиты, не использующие дополнительных источников энергии. Эти метод подразделяются на сейсмогашение и сейсмоизоляцию.

В системах сейсмогашения, включающих демпферы и динамические гасители, механическая энергия колеблющейся конструкции переходит в другие виды энергии, что приводит к демпфированию колебаний, или перераспределяется от защищаемой конструкции к гасителю.

В системах сейсмоизоляции обеспечивается снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания, путем отстройки частот колебаний сооружения от преобладающих частот воздействия.

Различают адаптивные и стационарные системы сейсмоизоляции. В адаптивных системах динамические характеристики сооружения необратимо меняются в процессе землетрясения, «приспосабливаясь» к сейсмическому воздействию. В стационарных системах динамические характеристики сохраняются в процессе землетрясения.

Наибольшее распространение среди систем стационарной сейсмоизоляции получили сейсмоизолирующие фундаменты (СФ), которые достаточно широко применяются в отечественной и зарубежной практике сейсмостойкого строительства.

При проектировании зданий, оснащенных сейсмоизоляцией и демпферами, необходимо, помимо спектрального расчета, выполнять прямой динамический расчет с использованием инструментально зарегистрированных акселерограмм, что, в свою очередь, повышает требования к сейсмологическим прогнозам для площадки строительства.

Расчеты, выполненные Я.М. Айзенбергом, показали, что относительные горизонтальные сейсмические перемещения перекрытий в сейсмоизолированных зданиях существенно ниже, чем в неизолированных зданиях. Соответственно, повреждения при сильных землетрясениях в сейсмоизолированных зданиях значительно ниже, чем зданий неизолированных. Существенно ниже экономические потери. Применение сейсмических демпферов усиливает положительные эффекты.

Таким образом, применение сейсмоизоляции и сеймогашения при правильном проектировании может значительно повысить такие характеристики как:

· надежность зданий;

· сохранность и надежность оборудования;

· экономические показатели зданий;

· отсутствие необходимости восстановительных работ после сильных землетрясений;

· комфорт для жителей.

Сейсмоизоляция зданий и сооружений.

Идея сейсмоизоляции была реализована еще в средние века. Так, при строительстве среднеазиатских минаретов в фундаменты укладывались специальные «камышовые пояса» или подушки из сыпучего материала. Однако теория сейсмоизоляции получила развитие только в последние 20-25 лет. Первые работы в этой области были направлены на снижение инерционных сейсмических нагрузок путем снижения периода основного тона колебаний сооружения. Рассмотрение нормативных графиков коэффициентов динамичности, приведенных в нормах различных стран, показывает, что амплитуды спектральных кривых по мере увеличения периода собственных колебаний убывают. Это обстоятельство послужило причиной многочисленных предложений, обеспечивающих низкочастотную настройку сооружений вообще, и к применению разнообразных систем их сейсмоизоляции в особенности.

Существующие системы сейсмоизоляции на основании принятой выше классификации подразделяются на две группы:

· адаптивные

· стационарные

Причем стационарные системы могут иметь или не иметь возвращающую силу, действующую на сейсмоизолированные части сооружения. Приведем некоторые конструктивные примеры, иллюстрирующие принцип работы систем сейсмоизоляции.

2. Стационарные системы сейсмоизоляции

Наиболее типичным приемом устройства сейсмоизоляции при наличии возвращающей силы являются здания с гибким нижним этажом. Гибкий этаж может быть выполнен в виде каркасных стоек, упругих опор, свай и т. п. Один из возможных вариантов конструктивного исполнения гибкого этажа представлен на рис.1. Конструкция состоит из гибких опор, выполненных из пакета упругих стержней небольшого диаметра, между размещенных надземной и подземной частями здания.



Упругие опорные элементы в виде подвесок использованы в здании по проекту Ф.Д. Зеленькова в Ашхабаде. Схематичный чертеж фундамента на рис.2.

Рис.2. Схема фундамента.

Принцип сейсмоизоляции заключается в смещении периода собственных колебаний сооружения (для жестких конструкций обычно T= 0,3 - 1 секунда) в область более высокого периода (T = 2-3 секунды), что позволяет существенно снизить ускорения воздействующие на пролетные строения при землетрясении. То есть позволяет «изолировать» пролетное строение от фундамента конструкции. Это достигается путем размещения подходящих эластичных опорных частей для возможности обеспечения необходимых перемещений фундамента и опор относительно пролетного строения.

Эти две задачи сейсмоизоляции одновременно реализованы в резино-металлических сейсмоизоляторах со свинцовым сердечником, которые используются для усиления сейсмостойкости мостов и сооружений. Эффективность таких опорных частей обусловлена высокой диссипацией энергии свинцовым стержнем. Такая опорная часть ведёт себя как упруго-пластический элемент: обеспечивает сейсмоизоляцию и ограничивает воздействие сейсмической нагрузки на сооружение. Резино-металлические сейсмоизоляторы со свинцовым сердечником обеспечивают дополнительные демпфирующие свойства опорной части при сейсмическом воздействии. Свинцовый сердечник рассеивает энергию, в то время как резино-металлический сейсмоизолятор обеспечивает перемещения и рецентрирование. Свинцовый сердечник имеет свойство рекристаллизации и сохраняет свои характеристики при неограниченном количестве циклов перемещения.

Свойства резины:

На рис.3. ниже представлена конструкция резино-металлических сейсмоизоляторах со свинцовым сердечником и гистерезисные кривые резиновых опорных частей без свинцового сердечника (пунктирные линии) и со свинцовым сердечником (сплошные линии). Наличие свинцового сердечника существенно улучшает демпфирующие свойства опорных частей.

Рис. 3. Конструктивные примеры резинометаллических опор.

Рис.4. Гистерезисные кривые: сдвигающая сила (кН) - перемещение(мм):

для обычной резинометаллической опорной части (пунктирные линии) и для резинометаллической опорной части со свинцовым сердечником (сплошные линии).

Здания на резинометаллических опорных частях получили широкое распространение за рубежом: в Японии, Англии, Франции. Исследования сооружений на резинометаллических опорах указывают на их высокую надежность, однако стоимость самих фундаментов оказывается значительной и может достигать 30% от стоимости здания. Некоторые конструктивные примеры резинометаллических опор, используемых за рубежом, представлены на рис. 3.

Серьезной проблемой при проектировании сооружений на упругих опорах явилась сложность обеспечения их прочности при значительных взаимных смещениях сейсмоизолированных частей фундамента. Это послужило причиной широкого распространения кинематических опор при сооружении сейсмоизолирующих фундаментов. Здания на гравитационных кинематических опорах были построены в Севастополе,Навои,Алма-Ате, Петропавловске-Камчатском.

Пример конструкции сейсмоизоляции гр...