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

грунта, определенный как модуль комплексного преобразования Фурье от функции W0(i), описывающей акселерограмму. Другой прием состоит в следующем: удвоенную продолжительность полуцикла колебаний по акселерограмме принимают условно за период колебаний; подсчитывают число различных периодов на акселеро­ грамме и строят гистограмму их распределения, характеризующую относительную частоту повторения того или иного периода [82]. Характеризуют частотный состав и записи колебаний грунта с по­ мощью многомаятнпковых сейсмометров [90] *.

На основе указанных материалов можно заключить, что сейс­ мические колебания грунта имеют сложный многочастотный состав и характеризуются непрерывным спектром в диапазоне периодов от 0,03-7-0,1 сек до 1,5—2,0 сек и более. Максимум спектральных кривых, соответствующий преобладающим периодам колебаний, обычно располагается в пределах 0,2—0,7 сек. Низший предел это­ го диапазона соответствует относительно малым эпицеитральным расстояниям и скальным и плотным грунтам. С увеличением эппцентрального расстояния и при рыхлых грунтах спектральный максимум смещается в сторону длинных периодов. В некоторых случаях на амплитудном спектре ускорений наблюдается несколько пиков, соответствующих резонансным периодам грунтовых слоев. Можно считать, что сильным землетрясениям соответствуют более

8 и 9 баллов. Эти значения по традиции сохранились в нормах ряда стран. Встречаются они и в расчетных формулах наших норм [132]. Однако, как видно из табл. 1.2, фактические максимальные ускоре­ ния грунта по инструментальным данным в несколько раз больше величин, соответствующих указанным значениям К с, которые луч­ ше согласуются со среднеквадратичными значениями ускорении. Поэтому смысл коэффициента сейсмичности наших норм уже не соответствует данному выше определению (т. е. формуле 1.1); его следует рассматривать как условный масштабный множитель, оп­ ределяющий изменение интенсивности колебаний с возрастанием силы (балльности) землетрясения (см. § II.2).

* При решении задач теории сейсмостойкости вероятностными методами в качестве характеристик колебаний грунта принимают корреляционные функции и спектральные плотности ускорений [46].

18

принятые в шкале ИФЗ, да­ ны в табл. 1.3. Там же при­

водятся ускорения грунта, приписываемые землетрясениям различ­ ной силы. Верхние пределы этих ускорений несколько меньше фак­ тических наибольших значений, зарегистрированных по акселеро­ граммам (см. табл. 1.2). Вероятность того, что максимальные уско­ рения не выходят из приведенных в табл. 1.3 диапазонов, состав­ ляет примерно 0,7 [82].

§ 1.4. ПРОБЛЕМА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ДОРОЖНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

Здания н сооружения, расположенные в сейсмических районах, испытывают в процессе землетрясений воздействие дополнительных факторов, вызывающих возникновение сейсмических усилий н из­ менение условий работы конструкций.

Совокупность этих факторов, обусловливающих повреждение сооружений, в дальнейшем мы называем сейсмическим воздействи­ ем, а результат их действия на сооружения — сейсмическим эф­ фектом.

Опыт прошлых землетрясений .показывает, что сейсмическое воздействие обладает огромной разрушительной мощью. В анналах мировой истории отмечен целый ряд катастрофических землетрясе­ ний, стерших с лица земли большие города и огромные населенные районы [85, 120]. •

Только за последние 10— 15 лет человечество испытало несколь­ ко разрушительных землетрясений, приведших к огромному мате­ риальному ущербу, разрушению большого числа зданий и соору­ жений, гибели многих людей (Чили, 1960 г.; Иран, 1962 г.; Скопле, Югославия, 1963 г.; Ниигата, Япония, 1964 г.; Аляска, 1964 г.; Калифорния, 1971 г. и др.).

Существенно страдает при разрушительных землетрясениях до­ рожная сеть. Повреждения дорог и дорожных сооружений описаны в § 1.5. Здесь предварительно отметим, что разрушение дорожной сети вызывает очень большой материальный урон и ее восстановле­ ние требует значительных средств. Существенны также убытки от перерыва движения по дорогам. В ряде случаев при сильных землетрясениях отмечались опрокидывания железнодорожных со-

19

ставов, сход поездов с рельс, аварии с автомобилями. Такие явления могут стать непосредственными причинами человеческих жертв.

В тех случаях, когда район разрушений охватывает крупные населенные пункты, повреждение дорожной сети приводит к допол­ нительным тяжелым последствиям. Сразу же после разрушитель­ ного землетрясения в пострадавшем районе возникает ряд острых проблем, связанных с ликвидацией пожаров, опасением жителей поврежденных домов, обеспечением населения временным жильем, продовольствием, медицинской помощью. В таких случаях необхо­ димо выполнить транспортные операции большого объема. Для примера отметим, что при землетрясении 1966 г. в Ташкент, поте­ рявший 84 000 квартир [111], в первые же дни было переброшено большое число палаток, походных кухонь и другого оборудования.

Выход из строя путей сообщения затрудняет переброску в по­ страдавший район противопожарных п аварийно-спасательных ко­ манд, доставку восстановительных средств, медикаментов, продо­ вольствия. Это усугубляет бедствия пострадавшего района и восстановление путей сообщения становится одной из первоочеред­ ных задач. В отчете о фукуйском землетрясении 1948 г. указывается, что наиболее катастрофичным оказалось повреждение мостов и железнодорожных насыпей в связи с невозможностью доставки остродефицитных материалов для восстановительных работ [208]. Во время южно-калифорнийского землетрясения 1952 г. к восста­ новлению поврежденной железнодорожной трассы приступили уже через несколько часов после землетрясения [163].

Из сказанного следует, что обеспечение бесперебойной и интен­ сивной работы дорожной сети непосредственно после разрушитель­ ного землетрясения является одним из важных условий смягчения и скорейшей ликвидации последствий катастрофы. Поэтому в об­ щем комплексе защитных строительных мероприятий, осуществля­ емых в сейсмических районах, обеспечение сейсмостойкости дорож­ ной сети играет очень важную роль.

Особого внимания требуют дорожные искусственные сооруже­ ния. Ликвидация сейсмических повреждений земляного полотна, верхнего строения пути или покрытия производится сравнительно простыми техническими средствами и восстановление (хотя бы вре­ менное) этих элементов дорог обычно не требует большого време­ ни. Повреждения таких искусственных сооружений, как мосты и тоннели, приводят к наиболее тяжелым последствиям в смысле длительности перерыва движения, а их восстановление связано с проведением сложных и трудоемких работ. Поэтому в нормах сей­ смостойкого строительства большинства стран для мостов и других инженерных сооружений предусмотрены повышенные гарантии

сейсмостойкости [181].

Обеспечение сейсмостойкости сооружений достигается надлежа­ щим их проектированием с учетом сейсмического воздействия. Условия сейсмостойкости следует учитывать на всех этапах проек­ тирования от выбора места сооружений и назначения их общей схемы до разработки конструктивных деталей.

20

Основные указания по проектированию сейсмостойких сооруже­ ний даны в нормах ‘сейсмостойкого 'строительства [132]. Однако формальное соблюдение требований норм недостаточно для обеспе­ чения должного качества проектов. Нужно иметь в виду, что сейс­ мическое воздействие и процесс сейсмического (динамического) разрушения сооружений носят очень сложный характер, затрудня­ ющий выбор целесообразных технических решений. Расчеты на сейсмические воздействия, основанные на менее привычных для инженера методах динамики сооружений, также достаточно слож­ ны. По этим причинам обоснованное проектирование сейсмостойких сооружений возможно лишь при тщательном изучении и сознатель­ ном применении данных анализа последствий землетрясений, спе­ циальных исследований и опыта проектирования, обобщенных теорией сейсмостойкости.

Ряд особенностей конструкции мостов (наличие большепролет­ ных элементов, способных совершать горизонтальные и простран­ ственные колебания; значительная протяженность в плане; разли­ чие динамических свойств пролетных строений и опор; существен­ ная роль бокового сейсмического давления грунта на устои) ■обусловливает своеобразие их поведения при землетрясениях. Специфичны в отношении сейсмостойкости также и конструкции тоннелей и труб.

Указанные особенности не позволяют непосредственно распро­ странить на дорожные сооружения общие рекомендации теории сейсмостойкости, сформулированные в основном для гражданских и промышленных зданий. Необходимость специальных исследова­ ний и разработки специфических приемов проектирования и расче­ та дает основание рассматривать вопросы сейсмостойкости дорож­ ных сооружений как самостоятельную проблему теории сейсмостой­ кости. Практическое народнохозяйственное значение этой проблемы было пояснено выше.

Отметим, что она представляет интерес и в теоретическом пла­ не: исследование особенностей поведения дорожных сооружений расширяет проблематику теории сейсмостойкости и способствует развитию новых ее аспектов и методов.

Исследования по сейсмостойкости дорожных сооружений как и по теории сейсмостойкости в целом имеют недавнюю историю [46]. Этапы развития исследований тесно связаны с разрушительными землетрясениями, которые доставляли новые данные о сейсмиче­ ском эффекте и оживляли интерес к вопросам сейсмостойкости.

Первые исследования по сейсмостойкости дорожных сооруже­ ний относятся к началу XX в. В результате анализа последствий разрушительного землетрясения 1891 г. японскими учеными Кикучи и Омори были разработаны некоторые рекомендации по проек­ тированию мостов.

В частности, была предложена конструкция опоры равного сопротивления с вогнутым параболическим очертанием наружных. граней. К этому времени относятся и первые натурные определения динамических параметров мостовых опор.

21