Гаскин - Сейсмостойкость зданий и транспортных сооружений

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

В.В. Гаскин, И.А. Иванов

СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ И ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Учебное пособие по дисциплине «Сейсмостойкость зданий и транспортных сооружений» для студентов специальности 290900 «Изыскание, проектирование и постройка железных дорог, путь и путевое хозяйство» и специальности 291500 «Экспертиза и управление недвижимостью»

Иркутск 2005

Рекомендуется УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов для межвузовского использования

Рецензенты: доктор технических наук В.А. Подвербный, профессор ИрГУПСа, кандидат технических наук А.Ю. Михайлов, доцент ИрГТУ Гаскин В.В., Иванов И.А. Сейсмостойкость зданий и транспортных сооружений: учебное пособие. - Иркутск: ИрГУПС, 2005. - 76 с.

Рассмотрены вопросы инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства различных зданий и транспортных сооружений.

Ил. 11. Табл. 5. Библиогр.: 28 назв.

© Гаскин В.В, Иванов И.А.

© Иркутский государственный университет путей сообщения,

2005

ПРЕДИСЛОВИЕ

Возникновение проблемы сейсмостойкости искусственных сооружений относится к началу их строительства, а методы ее реализации ранее носили эмпирический характер. И лишь после землетрясений в Ноби (1901) и Сан-Франциско (1906) эта проблема привлекла внимание исследователей.

Последствиями таких грозных как землетрясения стихийных бедствий являются разрушения зданий, плотин, мостов, сопровождающиеся пожарами аварии инженерных коммуникаций, а также большие человеческие жертвы. Страна, в которой произошло землетрясение, несет значительный материальный ущерб и основными путями снижения этого ущерба являются введение на стадии проектирования объекта требуемых антисейсмических мероприятий и должное качество выполнения строительно-монтажных работ.

В России имеется ограниченный объем предназначенной для ВУЗов методической литературы по сейсмостойкому строительству и в ней недостаточно освещены вопросы инженерной сейсмологии, сейсмостойкости промышленных и гражданских зданий, способы изучения их колебаний, восстановления и сноса. Не рассмотрены также вопросы обеспечения сейсмостойкости транспортных сооружений. Данное пособие является попыткой заполнить эти пробелы.

Надеемся, что изучение изложенного в настоящем учебном пособии специального курса, посвященного особенностям проектирования, строительства, восстановления и сноса поврежденных землетрясениями зданий и сооружений в сейсмических районах будет способствовать уменьшению общего национального ущерба от сейсмических воздействий.

Глава 1. Инженерная сейсмология

1.1. Землетрясения

Землетрясения - это стихийные бедствия, которым подвержены многие районы земного шара. В результате землетрясений происходят оползни, обвалы в горах, изменяются русла рек, часть суши опускается и становится дном, дно морей поднимается и становится сушей. На море землетрясения сопровождаются огромными волнами, которые заливают и опустошают большие площади прибрежных земель. Землетрясения вызывают ужас у людей и животных, влекут за собой большие человеческие жертвы.

Но люди заметили, что при землетрясениях разрушаются не все здания и сооружения, поэтому стали присматриваться к этой проблеме и пытаться создавать сооружения, способные противостоять землетрясениям. Для того чтобы узнать, какие факторы вызывают разрушение зданий, необходимо было разобраться во многих вопросах, связанных с землетрясениями. Однако изучать землетрясения нелегко, в связи с тем, что происходят они внезапно и продолжаются небольшой промежуток времени.

Первая попытка создать теоретические предпосылки для расчета и проектирования сейсмостойких зданий и сооружений была сделана в прошлом столетии японским ученым Омори. Но ее применение на практике не гарантировало надежность зданий при сильных землетрясениях, так как метод Омори более всего подходил для проектирования зданий с жесткой конструктивной схемой. Более обоснованное представление о работе зданий и сооружений было получено лишь после разработки динамического метода расчета. Однако проблема сейсмостойкости зданий и сооружений далеко не исчерпывалась лишь вопросом определения сейсмических нагрузок.

Необходимо было также знать несущую способность строительных конструкций, загруженных импульсивной знакопеременной сейсмической нагрузкой, учитывать работу грунтов и т.д.

Таким образом, в проблеме сейсмостойкости зданий и сооружений различают три аспекта: необходимо уметь описывать само сейсмическое воздействие; уметь правильно моделировать работу здания, т.е. грамотно конструировать расчетные схемы объектов расчета; знать работу материала. Познакомимся с некоторыми землетрясениями, происшедшими в различных частях земного шара.

В 1755 г. сильнейшее землетрясение и вызванные им волны цунами разрушили г. Лиссабон. Были превращены в развалины около 15000 домов, погибла четверть населения города. В Индийской провинции Ассам в 1897 г. землетрясение разрушило все на территории 350 тыс. кв. км. Возникли трещины в грунте, реки изменили течение, некоторые дома погрузились в мягкий грунт до крыш.

Землетрясение 1908 года в Италии с гипоцентром под дном Мессинского пролива было одним из самых сокрушительных. Разрушено 98% зданий, погибло около 100 тыс. человек.Токийское землетрясение 1923 года разрушило города Иокогаму и Токио. Оно сопровождалось взрывами газовых магистралей и пожарами. Более I млн. зданий было разрушено, более 400 тыс. зданий сгорело и более 200 тыс. зданий смыла морская волна. Погибло свыше 150 тыс. человек. Дно бухты Сагама вдоль тектонической линии поднялось к северу на 200 м и опустилось к югу на 100 м.

Ашхабадское землетрясение 1948 года силой 8 баллов сильно повредило здания из сырцового кирпича и железобетонные. В 1966 г. произошло землетрясение в г.Ташкенте с очагом под центром города. Разрушены здания из глинобита, самана и некоторые сейсмостойкие здания современной постройки.

Землетрясения в г. Газли силой 8-9 баллов по отечественной 12-балльной шкале вызвало значительные разрушения и выявило небрежность и низкую квалификацию проектировщиков и строителей ряда крупнопанельных жилых зданий, а землетрясение 1986 г. в Молдавии (г. Кишинев) силой 7-8 баллов подтвердило должную сейсмостойкость строящихся в Молдавии 9-этажных крупнопанельных домов серии 135.

Катастрофические силой 7,8 балла 19 сентября и 7 баллов 20 сентября 1985 года (шкала Рихтера) землетрясения, поразившие всю страну, произошли в Мексике. Наиболее значительным разрушениям подверглись центральные и южные районы г. Мехико. Погибло около 7 тыс. человек, тысячи людей были ранены. До основания разрушено более 500 многоэтажных зданий современной постройки. Специалистами установлено, что разрушившиеся высокие здания имели асимметричную форму в плане, были расположены слишком близко к более низким зданиям (эффект соударения). А определенное количество разрушенных зданий было построено строительными фирмами, экономившими на антисейсмических мероприятиях. Мощность этого землетрясения была обусловлена эффектом усиления колебаний обводненных аллювиальных отложений в долине Мехико, а его причиной явился разрыв земной коры, вызванный смещением на расстояние от одного до двух метров плиты земной коры под названием "плита Кокос" относительно неподвижного соседнего участка.

Строение Земли, температура, давление и скорости распространения сейсмических волн. Земля представляет собой сферическое тело с радиусом порядка 6400 км. Строение Земли изучалось с разных позиций. Одним из основных методов ее исследования официальной наукой является геофизический метод сравнения параметров колебаний разных точек на земной поверхности при землетрясениях.

Землетрясения проявляются в виде колебаний поверхности Земли, вызванных высвободившейся внутри Земли энергией. Особенности этих колебаний зависят от свойств геологических структур, расположенных вдоль линии распространения сейсмических волн. Поэтому исследования картины распространения колебаний позволяют обратным путем судить о внутреннем строении Земли. В соответствии с результатами таких исследований Земля состоит из трех слоев разной природы: ядра или центросферы, мантии и земной коры или литосферы (рис.1).