Недостаток информации о реальных параметрах воздействия при сильных землетрясениях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Недостаток информации о реальных параметрах воздействия при сильных землетрясениях

Смирнов С.Б.,

Ордобаев Б.С.,

Абдыкеева Ш.С.

По нашей инициативе строго обоснованной в 1,2 в Кыргызском Государственном Университете Строительства, Транспорта и Архитектуры в октябре 2009 года были проведены принципиально важные тестовые эксперименты. В них исследовалась способность стандартных маятниковых сейсмических приборов точно отображать заданные колебания виброплатформы, имитирующих колебания грунта при землетрясениях разной интенсивности.

При этом были получены ожидаемые нами крайне важные результаты. Согласно официальной сейсмической теории, маятниковые приборы должны в точности отображать параметры установившихся гармонических колебаний их основания (будь то грунт или виброплатформа). Поэтому предложенные нами эксперименты, казалось бы, не имели смысла, т.к. их результат был предсказуем и самоочевиден с точки зрения официальной сейсмической науки.

Тем не менее, мы настояли на необходимости проведения таких экспериментов.

Для того чтобы объяснить их смысл, а также сделать понятным смысл и значение полученных результатов, надо изложить суть наших теоретических изысканий, приведших к проведению подобных экспериментов.

Начиная с 1992 года, в ряде работ (например, в [2-6]) мы регулярно утверждали, что маятниковые сейсмические приборы не отображают реальные параметры импульсных сейсмических движений грунта, занижая величины их ускорений и скоростей. Эти утверждения были основаны на всесторонних исследованиях аномальных сдвиговых форм при массовых сейсмических разрушениях зданий и их элементов. Эти формы не могли быть вызваны теми низкоскоростными колебаниями грунта, которые всегда фиксируются стандартными сейсмометрами и акселерометрами. Они могут быть вызваны лишь волновыми импульсами, создающими скорость в грунте не ниже чем 2м/c, которая может вызвать волновой срез колонн и стен [3-5].

Результаты этих исследований приведены во многих наших публикациях. сейсмический виброплатформа сдвиговый

На основе анализа этих результатов мы дали свою интерпретацию сейсмических процессов, приводящих к появлению сдвиговых форм разрушения зданий, описанную в работах [1,7,8]. Ее суть состоит в следующем:

- при землетрясениях в поверхностной толще грунта, ответственной за разрушения зданий, происходят два качественно разных процесса; первичный - волновой процесс и вторичный - колебательный процесс. При этом первый процесс, может, накладываться на второй;

- они принципиально различны по своим параметрам (скоростям и ускорениям грунта), по силе и механизму воздействия на сооружения, по длительности, а также по наличию информации об этих процессах;

- первичный - сугубо волновой процесс внешне проявляется в виде резких толчков и является главной причиной сейсмических разрушений зданий и сооружений. Его почти не фиксируют маятниковые сейсмические приборы на фоне последующих колебаний грунта. Суть этого процесса, описанного в [7, 8] состоит в следующем;

- поперечные сейсмические волны (то есть волны сдвига), пробегая вверх через податливую поверхностную толщу грунта, имеющую большой градиент модулей E и G, резко замедляются, но при этом существенно наращивают свой разрушительный потенциал, увеличивая скорость верхних слоев грунта. Отражаясь от поверхности грунта, волны удваиваются и без того возросшую скорость грунта, наносят мягкие боковые удары по фундаментам зданий и производят волновой срез их колонн и стен.

Одновременно с этим эффектом усиления поверхностная толща поглощает часть энергии волн за счет неупругих деформаций грунта.

При прохождении волн по кратчайшему вертикальному пути это поглощение минимально и составляет примерно 20%. В дальних зонах возле границ области разрушения длина пути волн сквозь неупругую верхнюю толщу возрастает более чем 5 раз и поэтому волны, идущие к зданиям напрямую от гипоцентра, полностью теряют свою разрушительную силу, т.к. поглощение энергии волн за счет не упругости составляет уже 100%.

Именно поэтому в отличие от эпицентральных и средних волн, где разрушения производят первичные волны сдвига (совместно с продольными волнами) в зонах вдали от эпицентра, возле границ области разрушения тот же сейсмический срез зданий производят уже не первичные, а вторичные волны сдвига, порожденные непосредственно под зданиями продольными волнами, которые пробегают на глубине свыше 100 м с большими скоростями.

Поверхностная толща грунта (глубиной 100-150 м) имеет очень большой градиент в величинах своих модулей деформации E и сдвига G. Именно поэтому она обладает уникальным свойством усиливать более чем на порядок волновую скорость массы грунта за счет резкого снижения фазовой скорости пересекающих ее волн [7, 8].

Судя по характеру типовых сейсмических срезов железобетонных колонн, волновые скорости верхних слоев грунта при толчках имеют величины не ниже 2х м/с и достаточно крутой фронт своего подъема и падения, которому отвечают краткие всплески ускорений. Эти всплески, разумеется, не могут уловить маятниковые акселерометры, нацеленные на фиксацию только колебаний грунта.

После каждого кратковременного толчка, т.е. после резкого волнового сдвига поверхностной толщи грунта, длящегося не более чем 0,2 сек, наступает вторичный - колебательный процесс. Сдвинутая волнами толща начинает совершать собственные затухающие сдвиговые колебания, детально описанные в [1].

Принципиальная разница между волновыми и колебательными сейсмическими движениями грунта всегда движется только в сторону от гипоцентра, то есть не меняет знак своих скоростей и перемещений, а при колебаниях грунт периодически меняет знак своей скорости и перемещения, то есть меняет направление движения на противоположное.

Скорости и ускорения колебаний грунта значительно ниже, чем при волновых импульсных толчках, а период колебаний близок к одной секунде.

При этом они вообще никак не отображают волновые импульсные толчки.

В работах [2-4] мы утверждаем, что приборы - маятники, в принципе не способны отображать разрушительные сейсмические импульсы, так как они срезают пики их ускорений в своих записях.

Впоследствии в [1] мы впервые обратили внимание на незамеченный ранее важный эффект. Он состоит, в том, что горизонтальные колебания основания маятниковых приборов, имеющие скорость V(t) генерируют в пружинах маятников кратковременное появление волн сдвига и волновых касательных напряжений ф = VC-1G, которые существенно влияют на картину движения маятников. (здесь G - модуль сдвига, аС - скорость волны сдвига в пружине маятника).

В частности, движение маятника вдогонку за смешением его движущегося основания происходит в основном не за счет возвратной квазистатической реакции его изогнутой пружины, а за счет волновых касательных напряжении ф, вызванных действием на него скорости V, возникающей при колебательных движениях основания маятника и никак не учитываемых официальной теорией акселерометров и сейсмометров [9].

Вообще этот очень важный волновой эффект никак не учитывается при интерпретации стандартных акселерограмм и сейсмограмм [9].

Это должно приводить к существенному искажению реальных параметров гармонических колебаний основания маятника (то есть грунта или виброплатформы), записываемых маятниковыми приборами официальной теории [9].

Для того чтобы проверить и экспериментально подтвердить этот вывод, нами были намечены тестовые экспериментальные исследования, которые были проведены в КГУСТА в октябре 2009 года.

Суть программы состоит в следующем:

на виброплатформе моделировался основной тон реальных сейсмических колебаний грунта с технической частотой в 1 герц. В широком диапазоне ускорений от 0,1 q до 0,5 q.

Выводы

1. Главный вывод, из полученных нами результатов экспериментов состоит в том, что благодаря тотальному использованию только лишь маятниковых сейсмических приборов, мы до сих пор не можем иметь, и не имеем необходимой информации о разрушительных сейсмических воздействиях и это объясняет все неудачи в сейсмозащите зданий и сооружений.

2. В ближайшее время необходимо создать приборы, которые действительно смогут измерить реальные параметры

сейсмических движений грунта. Затем эти приборы следует разместить во всех потенциально сейсмоактивных зонах и это позволит довольно скоро получить, наконец, точную информацию о разрушительных сейсмических воздействиях.

3. Придется отказаться от антирезонансной стратегии сейсмозащиты зданий. Признать, что реальной причиной сейсмических срезов несущих элементов зданий являются не их околорезонансные колебания, а волны сдвига. Это определит новую по-настоящему эффективную стратегию сейсмозащиты зданий.

4. Придется разработать качественно новую методику прочностного расчета зданий при землетрясениях и на этой основе создавать принципиально новые "коды" и "нормы" по проектированию и расчету сейсмических зданий и сооружений.

Литература

1. Смирнов С.Б "Сдвиговый механизм сейсмических колебаний грунта и качественно новые эксперименты для получения их реальных параметров, вызывающих волновой срез колонн и стен в зданиях", Объединенный научный журнал, 2009, № 12, стр. 51-55.

2. Смирнов С.Б "О принципиальной ошибке в традиционной трактовке записей инерционных сейсмических приборов", Жилищное строительство, 1995, № 1, стр. 23-25.

3. Смирнов С.Б. "Ударно-волновая концепция сейсмического разрушения сооружений", энергетическое строительство, 1992, № 9, стр.70-72.

4. Sergey Smirnov "Discordances between seismic destruction and present calculation", International Civil Defense Journal, 1994, №1,p.p.6-7,28-29, 46-47.

5. Смирнов С.Б. "Обоснование причин разрушения сейсмических зданий и эффективные меры их сейсмозащиты", энергетическое строительство, 1994, № 4, стр.

6. Смирнов С.Б. "Исследование аномальных форм в сейсмических разрушениях зданий, противоречащих официальной теории сейсмозащиты и опровергающих официальный взгляд на причины разрушения зданий при землетрясениях", Объединенный научный журнал, 2008, № 9, стр.51-59.

7. Смирнов С.Б. "Упругая отдача сдвигаемой толщи грунта как реальная причина сейсмического среза зданий", Объединенный журнал, 2008 №11 стр. 57-60.

8. Sergey Smirnov "Seismic shears of buildings are the result of output of upper soil thickness, displaced by abyssal seismic waves", The integrated Scientific Journal, Moscow, Russia, 2009, № 7, p.p. 64-68.

9. Ray W. Clough, Joseph Penzien. "Dynamics of Structures", New York, 1975, 320 p.

Размещено на Allbest.ru