Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf

тить соответствующие мероприятия. В ряде случаев целесообразным может оказаться устройство гиб­ ких соединений или звеньев на участках ожидаемых значительных смещений. Участки, примыкающие к зоне тектонических наруше­ ний, требуют усиления обделки.

Опыт землетрясений показывает, что часто тоннели выходят из строя вследствие повреждения подходов к ним. Поэтому проекти­ рование должно обеспечить сейсмостойкость откосов притоннельных выемок, склонов над порталами, подходных галерей.

В заключение отметим, что проектировать крупные тоннели в районах высокой сейсмической активности весьма сложно. Проек­ тированию должно предшествовать тщательное изучение сейсми­ ческого режима района строительства. В сложных инженерно-гео­ логических условиях желательны инструментальные наблюдения и модельные испытания. Перед проектированием упомянутого выше тоннеля под заливом Сан-Франциско в течение шести лет инстру­ ментально изучали колебания дна залива [189].

§ V.9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБ И ПОДПОРНЫХ СТЕН

Сейсмостойкость труб под насыпями может быть обеспечена соответствующим выбором их материала и конструкции, а также повышением сейсмической устойчивости тела насыпей и откосов косогоров.

В отношении материала предпочтение следует отдавать гофри­ рованным стальным трубам и железобетонным трубам замкнутого контура. При сейсмичности 7 баллов могут применяться бетонные трубы любого вида. При более высокой сейсмичности желательно проектировать бетонные трубы прямоугольного сечения с плитным железобетонным перекрытием. Применение труб из каменной клад­ ки в сейсмических районах нецелесообразно.

Наиболее сильно страдают при землетрясениях оголовки труб. Их следует устраивать на сплошном фундаменте. На участках сей­ смичностью 8 и 9 баллов нормы требуют, чтобы оголовки труб воз­ водили из железобетона [132]. Рекомендуется также делать желе­

150

Г л а в а

VI

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДОРОЖНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

§ V I.1. ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ. СЕЙСМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ. РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ НАГРУЗОК

На сейсмические воздействия рассчитывают дорожные сооруже­ ния с расчетной сейсмичностью 7 баллов и более.

Для учета сейсмического воздействия в расчетах зданий и со­ оружений, кроме обычно действующих нагрузок, дополнительно рассматривают сейсмические нагрузки и вызываемые ими сейсми­ ческие усилия. Кроме этого, при проверке прочности и устойчиво­ сти сооружений и их элементов с учетом сейсмических усилий, изменяются некоторые коэффициенты условий работы и вводятся дополнительные коэффициенты, отражающие специфику сейсми­ ческого воздействия. Здесь мы рассмотрим сейсмические нагрузки. Порядок проверки несущих элементов с учетом сейсмических уси­ лий и соответствующие расчетные коэффициенты приведе­

ны в § VII.9.

В расчетах дорожных искусственных сооружений на сейсмичес­ кие воздействия учитывают следующие сейсмические нагрузки:

1.Сейсмические силы (силы инерции) от веса частей сооружения

ивременной вертикальной нагрузки.

2.Сейсмическое горизонтальное (боковое) давление грунта на подпорные сооружения.

3.Сейсмическое (гидродинамическое) давление воды на опо­

ры мостов.

4. Сейсмическое горное давление на обделки тоннелей. Значения всех указанных нагрузок определяют в зависимости

от расчетной сейсмичности сооружения, порядок установления ко­ торой был указан в § IV. 1.

Расчет дорожных сооружений на сейсмические воздействия про­ изводится по методу предельных состояний.

Вследствие аварийного характера сейсмического воздействия и чрезвычайно редкой его повторяемости сейсмические силы вмес­ те с другими нагрузками составляют особое сочетание нагрузок. В условиях сейсмического воздействия нагрузка от торможения или силы тяги, горизонтальные поперечные удары подвижного состава и силы трения в опорных частях не могут проявиться в полной мере или совсем погашаются. Совпадение землетрясения

152

расчетной силы с навалом судов на опоры моста, с нахождением на мосту колесной или гусеничной нагрузок, а также с действием ледовой и ветровой нагрузок расчетной силы весьма маловероятно. Поэтому при расчете с учетом сейсмических нагрузок все указан­ ные выше нагрузки не следует принимать во внимание. Также ма­ ловероятно одновременное действие землетрясения расчетной силы и максимальных расчетных значений постоянных и временных вер­ тикальных нагрузок. Согласно указаниям раздела «Дорожные со­ оружения» СНиП П-А.12-69 [132], в расчетах с учетом сейсмичес­ ких воздействий постоянные нагрузки следует принимать норма­ тивной величины', а временные вертикальные нагрузки от подвижного состава железных дорог или колонн автомобилей — расчетной величины (без динамического коэффициента) с допол­ нительным множителем 0,7. Эта величина соответствует принятому в технических условиях проектирования мостов множителю коэф­ фициентов перегрузки временных нагрузок при особых сочетаниях нагрузок [145].

Для сейсмических нагрузок нормами установлены только рас­ четные значения; их вычисляют непосредственно, без предвари­ тельного определения нормативных значений и коэффициентов пе­ регрузки. Как известно, нормативные величины временных нагру­ зок обычного типа определены как максимальные их значения в условиях нормальной эксплуатации сооружений [42, 135]. Одна­ ко к сейсмическим нагрузкам это определение не подходит: земле­ трясения создают аварийную ситуацию для сооружения и в усло­ виях нормальной эксплуатации эти нагрузки вообще не могут действовать. Для практических расчетов нормативные сейсмичес­ кие нагрузки также не нужны. По этим соображениям в отношении сейсмических нагрузок понятия нормативных величин и коэффици­ ентов перегрузки нормами вообще не определяются [132]. Такой же порядок принят в проектной практике и в отношении других нагрузок аварийного типа (действие взрывной волны, удары снеж­ ных лавин [148]).

Требования сейсмостойкости дорожных искусственных сооруже­ ний (см. § IV.2) предусматривают обеспечение неповреждаемости конструкций и сохранение эксплуатационных качеств сооружения при сейсмическом воздействии расчетной силы. Сообразно с этим при учете сейсмических нагрузок для всех сооружений обязатель­ ны расчеты по первому предельному состоянию на прочность, устой­ чивость формы и устойчивость положения. Ввиду малочисленности циклов сейсмических колебаний развитие усталостных явлений в материалах и конструкциях исключено. Поэтому расчеты на вынос­ ливость с учетом сейсмических нагрузок не требуются. Ввиду весь­ ма малой продолжительности сейсмического воздействия кратков-

1 В общей части СНиП П-А.12-69 предписывается принимать расчетные зна­ чения постоянных нагрузок с коэффициентом 0,9. Для нагрузок от веса частей конструкций это приводит к тем же результатам. Некоторая разница получается для нагрузок от веса покрытия, засыпок, выравнивающего слоя, но она не имеет практического значения.

153

ременное возрастание раскрытия трещин или упругих деформаций конструктивных элементов в процессе землетрясений не представ­ ляет опасности. Поэтому расчеты по второму и третьему предель­ ным состояниям с учетом сейсмических воздействий нормами не предусмотрены. Только в некоторых случаях может потребоваться вычисление сейсмических смещений элементов сооружений для ус­ тановления необходимых зазоров в деформационных швах (см. гл. V II). Все указанные выше расчеты ведутся по расчетным сейс­ мическим нагрузкам.

§ VI.2. МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИЛ

ИУСИЛИЙ

С1962 г. в нашей стране для дорожных искусственных сооруже­ ний нормами узаконен динамический метод определения сейсми­

ческих сил по спектральным кривым [132, 86].

Основные преимущества метода спектральных кривых перед другими расчетными методами теории сейсмостойкости указаны в § II.2. Возможность применения этого метода для искусственных сооружений была обоснована специальными экспериментально-тео­ ретическими исследованиями, описание которых дано в гл. II— III. Здесь дополнительно отметим следующее: с точки зрения практики проектирования весьма важно оценить достоверность количествен­ ных результатов расчетного определения сейсмических сил и их со­ ответствие фактическим значениям. С этой целью в ГПИ име­ ни В. И. Ленина был проведен количественный анализ сейсмичес­ ких повреждений дорожных искусственных сооружений с сопоставлением фактических и расчетных сейсмических усилий. В основу анализа были положены данные натурных обследований, изложенные в гл. I. К сожалению, в большинстве случаев факти­ ческие прочностные характеристики поврежденных конструкций и фактическая сила землетрясения, вызвавшая повреждения (в оцен­ ке по нашей сейсмической шкале), могут быть установлены только с большой долей приближения. Это сильно затрудняет определение фактических сейсмических (разрушающих) усилий. Несмотря на это, в ряде случаев удается получить достоверные оценки. Особый интерес представляют в этом отношении сдвиги по опорам неза­ крепленных или слабозакрепленных пролетных строений (см. § 1.6). Сопротивляемость пролетных строений сдвигу в таких случаях оп­ ределяется силами трения, которые могут быть оценены более точ­ но. Результаты исследования показали, что фактические сейсми­ ческие усилия, определенные по наблюденным повреждениям до­ рожных сооружений, хорошо согласуются с расчетными усилиями, вычисленными по спектральной методике наших норм. Эта мето­ дика удовлетворительно описывает и качественную картину дина­ мического разрушения сооружений при землетрясениях.

Следует отметить, что формулы статической теории дают, как правило, заниженные значения сейсмических усилий и не объясня­ ют наблюдаемых повреждений. Таким образом, применение дина­

154