Сейсмостойкость сооружений.

Лекция «Сейсмостойкость сооружений» Изучить материал лекции и письменно (от руки) ответить на вопросы. Ответы разместить в личном кабинете. Вопросы 1. Когда произошло зарождение современной теории сейсмостойкости? 2. Когда был создан первый в мире метод для расчета сейсмостойких конструкций? 3. Достоинства и недостатки статической теории сейсмостой­кости? 4. Достоинства и недостатки динамической теории сейсмостойкости? 5. Достоинства и недостатки спектральной теории? 6. Перечислить фамилии отечественных ученых, внесших вклад в развитие сейсмостойких сооружений. 7. Отличие карт ОСР-2015 от карт ОСР-2016? 8. Интенсивность сейсмических сотрясений в баллах для г.Читы? История развития теории сейсмостойких сооружений Зарождения современной теории сейсмостойкости относится к рубежу конца девятнадцатого века. В результате обследования последствий разрушительного землетрясения в Японии ( 1891 г. в Мино-Овари) японскими учеными были впервые получены данные максимальных сейсмических ускорений грунта. В странах Латинской Америки в1883 году начато использование шкалы Росси-Фореля для оценки силы землетрясения. В Швейцарии в конце девятнадцатого века создана первая шкала для оценки силы проявления землетрясения на поверхности земли. Появилась десятибалльная шкала в Росси (1834-1898). В Европе в 1902 году создана шкала Меркалли для оценки силы проявления на поверхности земли землетрясения. После землетрясения в Сан-Франциско и Мессине (1906-1908 г.)  проводились специальные инженерные исследования причин разрушения и повреждения зданий. С 1912 года во многих странах используется 12-ти балльная шкала определения интенсивности сейсмических колебаний. Международной ассоциацией сейсмологии и недр Земли в 1917 году для употребления в европейских странах утверждена 12-ти балльная шкала Меркалли-Канкани-Зиберга. В 1906 году японский исследователь Омори провел серию экспериментов по определению сейсмических сил, возникающих в кирпичных столбах, расположенных на платформе, подвергающейся горизонтальным колебаниям, аналогичным сейсмическим. Увеличивая интенсивность колебаний, экспериментальные столбы доводились до разрушения, при этом фиксировались наибольшие ускорения и определялись соот­ветствующие инерционные силы. Конструкции кирпичных столбов считались недеформируемыми. Потому ускорение в любой точке столба по его высоте принималось таким же, как ускорение в уровне его основания. Эти положения легли в основу теории, получившей название статической теории сейсмостой­кости. Японский исследователь Омори ввёл 7 бальную шкалу для оценки силы землетрясения на поверхности земли. Японский ученый Омори в 1923 году под впечатлением трагических последствий землетрясения Канто создает первый в мире метод для расчета сейсмостойких конструкций. Согласно теории Омори, максимальные значения сейсмических сил «S» определялись по формуле S=ks • Q, где Q-масса части сооружения; ks-коэффициент сейсмичности, представляющий собой отношение максимального значения ускорения основания «а» к ус­корению свободного падения «g». В этой теории величина коэффициента сейсмичности ks принималась на основе макросейсмических данных разрушительных землетрясений в соответствии с ожидаемой силой землетрясения. Эта трактовка коэффициента сейсмичности ks сохранялась до последнего времени. Статическая теория сейсмостойкости сыграла огромную роль в развитии теории сейсмостойкости, удалось получить количествен­ную оценку сейсмических сил, вызывающих разрушение сооружения. Недостатки статической теории связанны с предпосылкой о недеформируемости (абсолютной жесткости) сооружения при колебаниях. Статическая теория сейсмостойкости признана справедливой только лишь для достаточно жестких конструктивных систем. Необходимость учёта деформируемости сооружения при колебаниях при­вело к созданию динамической теории сейсмостойкости. Динамической теории сейсмостойкости с достаточной пол­нотой описывала динамическое поведение конструкции на основе хорошо разработанных методов расчета динамики сооружений. Если в статической теории сейсмостойкости достаточно было иметь данные только лишь о максимальных значениях ускорений, то в динамической теории сейсмостойкости возникает необходимость в описании закона движения грунта основания во времени. Попытка решения задачи расчета с одной степенью свободы была предпринята в 1920 году японским ученым Мононобе и Сато. Движение основания было принято по синусоидальному закону. В результате было получено решение, следующее из динамики сооружений и представленное в виде выражения: S=ks в Q, где в - коэффициент динамичности, зависящий от периода (частоты) собственных колебаний рассчитываемой системы сооружения и от периода (часто­ты) колебаний грунтового основания при землетрясении. Позднее, в 1927 году, отечественный исследователь К.С. Завриев устранил недостаток теории Мононобе, состоящей в использовании установивших­ся (стационарных) колебаний, и обосновал необходимость рассмотрения пере­ходных процессов. Это выражалось в том, что для движения основания при­нимался конусоидальный закон, что давало возможность отразить внезапный характер начала сейсмического воздействия. В последующих работах А.Г. Назарова была развита концепция сейсмического удара, предполагающая возможность представления сейсмического воздействия в виде импульса. Динамическая теория придала существенное ускорение развитию теории сейсмостойкости сооружений, однако при имеющейся в то время ограничен­ной информации относительно действительного характера движения грунта при землетрясении она могла основываться только лишь на схематическом его представлении в виде гармонического воздействия. Следующим этапом в истории развития теории сейсмостойкости является спектральная теория, представляющая собой существенное усовершенствование динамической теории за счет введения в обращение спектральных кривых, представляющих собой кривые, описывающие зависимости максимальных ускорений, скоростей или перемещений линейного осциллятора в функции пе­риода его собственных колебаний. Идея спектрального метода определения сейсмических сил впервые была предложена бельгийско-американским учёный М. Био в 1933 году. В США на основе инженерного анализа повреждения сооружений при землетрясениях 1923 года в Сан-Франциско и 1933 года в городе Лонг-Бич был разработан спектральный метод динамического воздействия на сооружения. Разработка спектральной теории сейсмостойкости в значительной степени стимулировала широкое развитие экспериментальных исследований и способствовала совершенствованию инструментальных методов, появлению численных методов обработки инструментальных данных. В США в 1931 году начала использоваться модифицированная Вудом шкала Меркалли для оценки силы проявления землетрясения на дневной поверхности. В СССР Госпланом принимается усовершенствованный вариант шкалы Меркалли-Канкани-Зиберга - ОСТ-ВКС4537. В СССР .Мушкетовым опубликована первая макросейсмическая карта сейсмического районирования Центральной Азии. Первая в мире официальная нормативная карта общего (обзорного) сейсмического районирования всей территории СССР Г.П.Горшкова была создана в 1937 году. В начале 40-х годов  прошлого столетия карта была включена в официальное издание «Правила антисейсмического строительства». В середине  40-х годов прошлого столетия советский ученый Корчинский создаёт теоретические основы спектрального метода расчета сейсмостойких конструкций на основе реальных акселерограмм (записей ускорений грунтов при землетрясениях). В 1948 году после землетрясения в Ашхабаде разработана  государственная программа сейсмостойкого строительства в СССР. Впервые в стране проведено крупномасштабное изучение причин массового обрушения и повреждения зданий гражданского и промышленного назначения. В СССР в 1949 году приняты «Технические условия проектирования зданий и сооружений для сейсмоактивных районов».В 1951 году утверждено «Положение по строительству в сейсмических районах», утверждена новая редакция шкалы ОСТ-ВКС4537 для определения интенсивности сейсмических колебаний как государственный стандарт ГОСТ-6249-52. В 1957 году опубликованы новые «Нормы и правила строительства в сейсмических районах» и карта общего сейсмического районирования (ОСР) под редакцией С.В.Медведева и  Б.А.Петрушевского. Ассоциация инженеров-конструкторов Калифорнии в 1959 году подготовила отчет по проблеме сейсмостойкого проектирования и выпустила переработанное издание рекомендаций по расчету на горизонтальные нагрузки, которые вошли во все последующие издания единых строительных норм США. В СССР в 1964 году начала использоваться 12-балльная шкала МSK-64, разработанная Медведевым (СССР), Шпонхойером (ГДР) и Карником (Чехословакия).В 1968 году была опубликована новая карта общего сейсмического районирования (ОСР) под редакцией С.В.Медведева. В 1970 году приняты новые «Строительные нормы и правила» учитывающие особенности строительства в сейсмоактивных регионах страны. В 1975 году советский ученый Н.Рустанович собрал и систематизировал записи колебаний поверхности земли в эпицентральных зонах сильных землетрясений. В 1977 году издан «Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР». Каталог стал основой для создания новой карты сейсмического районирования СССР - СР-78. В 1978 году принята новая карта сейсмического районирования СР-78 под редакцией  М.А.Садовского. Землетрясение 1988 года в Армении (Спитак) положило началу пересмотра утвержденных в 1981 году норм сейсмостойкого строительства  в СССР. В Европейском союзе в 1998 году начала использоваться макросейсмическая шкала ЕMS-98 для описания эффекта землетрясения. В России в 2000 году издан комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97. В 2001 году принята федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России». В настоящее время обязательным документом при проектировании сейсмостойких зданий является СП 14.13330.2018 "Строительство в сейсмических районах". В 2016 году произошло уточнение карт ОСР-2015 и выпуск комплектов карт ОСР-2016. Согласно новым картам количество сейсмоопасных районов увеличилось, исследователи связывают это с хозяйственной деятельностью человека, техногенными воздействиями на земную кору, инженерно-геологическими, технологическими, сейсмологическими и экологическими факторами. В связи с уточнением карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации в 2016 году (ОСР-2016) г. Чита относится к сейсмоопасным районам. В 2020г. карты ОСР-2016 вошли в СП 14.13330.2018. Таблица. Интенсивность сейсмических сотрясений в баллах Интенсивность сейсмических сотрясений в баллах для г. Чита А B C D Карта ОСР-2015 6 7 8 - Карта ОСР-2016 7 8 9 9 В опасных регионах должно быть оценено влияние инженерно-геологических, технологических, сейсмологических и экологических факторов на состояние устойчивости зданий и сооружений. а б в г Рисунок Чита на картах ОСР-2016 а- карта А, б- карта В, в- карта С, г- карта D Рекомендуемая литература 1. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. 2. СП 31 – 114 – 2004 Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах. 3. СП 20.1330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция