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

Важная роль в более поздних исследованиях по сейсмостойко­ сти дорожных сооружений принадлежит Японии. Вследствие высо­ кой сейсмичности территории и густоты дорожной сети эта пробле­ ма в Японии чрезвычайно актуальна. Японскими специалистами Мононобэ и Нава были тщательно обследованы повреждения до­ рожных сооружений при разрушительном землетрясении 1923 г.

[201].

Материалы этих обследований долгое время служили основой для практических рекомендаций [17, 159]. Много ценных данных доставило также обследование пострадавших дорожных сооруже­ ний при последующих разрушительных землетрясениях на террито­ рии Японии [179, 208].

Теоретические исследования сейсмических колебаний мостов в Японии интенсивно развиваются с 50-х годов. В ряде работ рас­ смотрены динамические характеристики и сейсмические колебания висячих мостов и их пилонов, сейсмическое давление воды на опо­ ры, методы динамического расчета высоких опор, фундаментов на свайном основании и на кессонах [195, 196, 197, 198, 199]. Обзор не­ которых из этих исследований дан в работах [19, 65]. В японском сейсмостойком строительстве применяются оригинальные схемы мостов, конструкции опорных частей [179, 180]. Подробно они опи­ саны в гл. V.

Натурные обследования сейсмических повреждений дорожных сооружений проводили также в США, Новой Зеландии, Индии, Ка­ наде [59]. В США проведены натурные динамические испытания мостовых сооружений [171]. Начиная с 30-х годов в связи со строи­ тельством ряда больших мостов исследования по сейсмостойкости опор и пролетных строений выполнены в США, Мексике, Новой Зеландии.

В Советском Союзе интенсивная теоретическая и практическая разработка вопросов сейсмостойкого строительства началась в 20-х годах. В связи с большим объемом дорожного строительства обеспечению сейсмостойкости дорожных сооружений у нас с нача­ ла уделялось должное внимание. Показательно в этом смысле стро­ ительство Туркестано-Сибирской железнодорожной магистрали (1927— 1930 гг.), где впервые в истории железнодорожного строи­ тельства были осуществлены систематизированные 'антисейсмиче­ ские мероприятия в отношении дорожных сооружений [98]. Иссле­ дования по сейсмостойкости земляного полотна и дорожных соору­ жений проводил В. О. Цшохер' [158]. Вопросы повреждения дорожных сооружений при землетрясениях и сейсмостойкого дорож­ ного строительства широко освещены в работах Н. Н. Ботвинкина, В. А. Тельфера, В. А. Киселева, В. О. Цшохера и В. А. Быховского

[16,23,68,159].

В Закавказской школе антисейсмиков, возглавляемой К. С. Завриевым, исследования сейсмостойкости мостовых сводов, под­ порных стен, каменных мостов были выполнены А. Г. Назаро­ вым, Г. М. Ломизе, Г. Д. Цискрели. Они обобщены в работе К. С. Завриева [43].

22

Впослевоенный период исследования по сейсмостойкости до­ рожных сооружений в основном велись в Тбилисском институте инженеров железнодорожного транспорта (ТБИИЖТ). С 1958 г. они продолжены в Грузинском политехническом институте имени В. И. Ленина. В 1956 г. в ТБИИЖТе был составлен раздел «Дорож­ ные сооружения» утвержденного в 1957 г. нормативного документа по сейсмостойкому строительству [99]. В его развитие был разрабо­ тан проект Инструкции по расчету искусственных сооружений в сейсмических районах [109] *.

В1958 г. по решению МПС СССР при ТБИИЖТе была органи­ зована специальная экспериментальная база [61], которая с 1959 г.

реорганизована в лабораторию сейсмостойкости искусственных со­ оружений при кафедре мостов и железобетонных конструкций Гру­ зинского политехнического института имени В. И. Ленина. В пери­ од 1958— 1971 гг. в этой лаборатории выполнен ряд теоретических и экспериментальных (модельных и натурных) исследований по сейсмостойкости мостов, в результате которых разработана методи­ ка расчета дорожных сооружений на сейсмические воздействия к составлены рекомендации для нормативных документов [132, 86, 131].

Эти исследования и их результаты освещены в последующих главах.

Исследования по сейсмостойкости дорожных сооружений ведут­ ся и в других научных организациях. В Центральном научно-иссле­ довательском институте транспортного строительства (ЦНИИСе) исследуются вопросы сейсмостойкости тоннелей и земляного полот­ на, разрабатываются нормативные документы [20, 41]. Ряд работ в этой области выполнен в Институте строительной механики и сей­ смостойкости Академии наук Грузинской ССР, Фрунзенском поли­ техническом институту Институте сейсмостойкого строительства Госстроя Туркменской ССР, Институте механики и сейсмостойкого строительства АН Узбекской ССР.

В результате вышеуказанных исследований за последние годы достигнуты определенные успехи как в теории сейсмостойкости до­ рожных сооружений, так и в практике их проектирования. В част­ ности, обоснован и разработан применительно к мостам динамиче­ ский метод расчета на сейсмостойкость по спектральным кривым. С 1962 г. этот прогрессивный метод расчета, принятый в СССР для гражданских и промышленных зданий, введен в нормы и для до­ рожных сооружений.

Однако, ввиду большого разнообразия дорожных сооружений, ряд вопросов теории их сейсмических колебаний и практики проек­ тирования не изучен в полной мере и уровень исследований в этой области все еще отстает от общего уровня развития сейсмостой­ кого строительства.

* В связи с введением в СНиП динамического метода расчета на сейсмостой­ кость эта инструкция, основанная на статической теории, в дальнейшем не была утверждена.

23

§ 1.5. СТЕПЕНЬ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДОРОЖНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ

Для теории сейсмостойкости обследование последствий разру­ шительных землетрясений служит одним из основных источников информации о сейсмическом эффекте. Инженерный анализ этих последствий позволяет установить типичные повреждения сооруже­ ний, оценить их относительную сейсмостойкость, выявить слабые узлы несущих конструкций, наметить конструктивные антисейсми­ ческие мероприятия и уточнить теоретические расчетные представ­ ления [59].

При обследовании последствий землетрясений большое внима­ ние уделяется дорожным сооружениям; помимо многочисленных отчетов по отдельным землетрясениям, данные об их повреждениях в систематизированном виде представлены в работах [23, 158, 177,. 187]. Обобщение материалов о сейсмических повреждениях дорож­ ных сооружений дано в работе автора [59]. Ниже эти материалы, дополненные новыми данными, представлены в сокращенном виде.

Повреждения дорог и дорожных сооружений наблюдаются при силе землетрясения в 7 баллов и более1. Общее представление об ущербе, испытываемом дорожным хозяйством при разрушитель­ ных землетрясениях, могут дать следующие сведения: при японском землетрясении 1923 г. (9— 11 баллов по различным районам) сум­ марная протяженность участков железных дорог с поврежденным земляным полотном составила 20% общей их протяженности. В Токио землетрясение в 9 баллов и возникший вслед за ним пожар повредили 27% площади покрытия улиц [201]. При чилийском земле­ трясении 1960 г. (8— 10 баллов) пострадало около 20% протяжен­ ности всех железнодорожных линий [178]. На Аляске в результате землетрясения 1964 г. (10— 11 баллов) из 860 км железнодорожной линии было повреждено около 300 км, т. е. 35% полной протяжен­ ности; в денежном выражении убыток составил 35 млн. долл. [173]. При землетрясении 1968 г. в Токачиоки (Япония) на перегоне же­ лезнодорожной линии с насыпями общей протяженностью 30 км было обнаружено 86 мест с поврежденными и разрушенными насы­

данными. При семибалльных землетрясениях наблюдаются лишь единичные случаи повреждений. В основном это разрушение подпор­ ных стен (преимущественно сухой кладки), оголовков труб, расст­ ройство сопряжений мостов с подходами. Однако могут испыты­ вать некоторые повреждения и конструкции мостов. Например, при семибалльном землетрясении 1966 г. в Паркфилде (Калифорния) отмечены трещины в бетонных столбах опор и деформации попереч­ ных связей металлических стоечных опор балочных мостов эстакад-

1 Здесь и в дальнейшем сила землетрясения везде оценивается по шкале ГОСТ 6249—52 (см. § 1.1).

24

*По протяженности 6%.

*”' % дан по протяженности.

иого типа [209]. При восьмибалльных землетрясениях повреждения хотя и редки, но охватывают все виды сооружений (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены). При силе землетрясения 9 и 10 баллов повреждения носят массовый характер и приводят к тяжелым по­ следствиям, вплоть до полного разрушения сооружений. Некоторые количественные данные, иллюстрирующие описанную картину, при­ ведены в табл. 1.4.

Данные о сейсмических повреждениях дорожных сооружений подтверждают отмеченную в гл. I зависимость локального проявле­ ния силы землетрясения от местных инженерно-геологических усло-

25

также тоннели) повреждаются в гораздо большей степени, чем в условиях плотных грунтов. Для примера отметим, что при земле­ трясении 1964 г. на Аляске на железной дороге Портейдж — Впттьер из 58 больших мостов, основанных на рыхлых грунтах, 51 мост был полностью или частично разрушен [190]. Это значительно пре­ вышает средний процент разрушения мостов при данном землетря­ сении. Неблагоприятное влияние слабых грунтов особо подчерки­ вается также в работах [177, 187].

Имеются некоторые статистические данные, характеризующие зависимость повреждения мостов от их материала. В табл. 1.5 приводятся данные, достаточно обоснованные по количеству иссле­ дованных сооружений. Как видно из нее, среди капитальных мостов менее всего страдают стальные, а затем железобетонные мосты; наиболее сильно повреждаются каменные мосты. Такая картина распределения повреждений по материалу подтверждается пове­ дением сооружений других видов, в частности, гражданских и промышленных зданий [159, 140]. Вместе с тем весьма высокая сте­ пень повреждения деревянных мостов, указанная в табл. 1.5, неха­ рактерна для деревянных конструкций, обладающих при надлежа­ щем осуществлении высокой сейсмостойкостью [140]; это объясня­ ется такими конструктивными недостатками обследованных мостов, как тяжелая проезжая часть (с грунтовым покрытием), плохое крепление прогонов пролетных строений к насадкам опор и др. [201].

Анализ сейсмических повреждений показывает, что поведение дорожных сооружений и процесс их разрушения при землетрясени­ ях носят четко выраженный динамический характер. На ряде при­ меров можно подтвердить влияние частотного состава колебаний

26