О реальных разрушительных сейсмических толчках, которые игнорирует официальная сейсмическая наука

Размещено на http://allbest.ru

11

О реальных разрушительных сейсмических толчках, которые игнорирует официальная сейсмическая наука

Ситуация сложившаяся в сфере сейсмозащиты, явно неблагоприятна, и об этом напоминает каждое следующее разрушительное землетрясение.

Главным признаком этого неблагополучия является, официально принятая «антиколебательная» стратегия сейсмозащиты, которая не позволяет исключить масштабные сейсмические разрушения даже самых современных и сейсмостойких зданий, удовлетворяющих требованиям сейсмических строительных норм и кодов.

Все ныне принятые меры и методы сейсмозащиты нацелены на защиту только лишь от низкочастотных колебаний грунта. Они изложены в требованиях современных строительных норм и кодов, соблюдение которых должно гарантировать здания от сейсмических разрушений, если интенсивность землетрясений не превосходит расчетного уровня бальности.

Однако, в реальности гарантии всех этих норм не работают. На практике сейсмостойкие здания часто разрушаются вопреки гарантиям сейсмических норм при неопасном для зданий уровне бальности, не превышающем расчетного уровня [1,2]. Т.е. в реальности, сейсмические строительные нормы существенно завышают реальную сейсмостойкость зданий. Путем расчета по СНиП получаем для этих зданий, что их теоретическая сейсмостойкость оказывается абсурдно высокой [3].

Исходя из фактов массового разрушения серийных зданий при 9тибальных землетрясениях (по шкале MSK), следовало бы официально запретить возведение таких зданий в 9ти бальных сейсмических зонах. Однако, в реальности такого запрета нет ни в одних сейсмических нормах, и это создает дополнительный риск для граждан, проживающих в таких зданиях в этих зонах.

Все вышеизложенное говорит о том, что все строительные сейсмические нормы и коды, основаны на грубо колебательной модели землетрясений, существенно занижающей расчетные сейсмические напряжения в несущих элементах зданий по сравнению с их реальной величиной [1,3].

Наиболее убедительный пример этого занижения, нам дало разрушительное землетрясение в Японском городе Кобе в январе 1995 года. Согласно официальным данным, приведенным в [4,5] баллов, его интенсивность не превысила расчетного уровня бальности ( по Японской шкале). Тем не менее, там было разрушено много современных и сейсмостойких зданий из стали и железобетона. Именно там впервые произошли множественные хрупкие разрушения сварных швов в стальном каркасе, необъяснимые с позиции чисто колебательной модели сейсмического воздействия грунта на сооружение.

В Кобе, где качество строительных материалов было безупречным, удалось наконец, раз и навсегда опровергнуть главное и типовое оправдание сейсмической науки в своих неудачах. Смысл этого оправдания состоит в том, что все сейсмические разрушения зданий происходят только из-за брака строителей и нарушения ими сейсмических строительных норм и кодов. В Кобе эти объяснения разрушений были абсолютно бессмысленны. После катастрофы в Кобе, авторы японских сейсмических кодов под давлением разъяренного населения заявили о полном пересмотре своей сейсмической доктрины, но впоследствии когда возмущение утихло, они решили ничего радикально не менять, так как отказ от колебательной сейсмической модели был для них в принципе невозможен.

Перейдем теперь к изложению сути тех базовых ошибок сейсмической науки, которые привели всех нас к нынешней негативной ситуации в сфере сейсмозащиты. Попытаемся так же объяснить причины их появления, а так же причины их устойчивого и многолетнего существования, несмотря на их перманентные трагические последствия.

При становлении сейсмической науки в начале XX века было ясно, что ей предстояло решать крайне сложные задачи по определению параметров всех возможных типов сейсмического воздействия. При этом уровень сложности задач мог оказаться непредсказуемо высоким.

Поэтому сейсмологи и строители решили не рисковать, а сразу радикально упростить свою задачу, при этом неизбежно исказив ее сущность. Это стремление к тотальным упрощениям привело их к главной ошибке, а затем и к серии других ошибок. Разъясним теперь суть главного упрощения и главной ошибке в сейсмической науке.

Речь идет о точной идентификации и теоретическом отображении тех сейсмических движений грунта, которые воздействуют на здания и разрушают их.

Почти все очевидцы землетрясений всегда ощущали и описывали два разных типа сейсмических движений грунта. Во-первых, это были краткие толчки, и во-вторых, это были протяженные во времени колебания. При этом многие замечали, что разрушение обычно происходит именно сразу после толчков и что возникшие затем колебания, как правило, менее опасны и они могут лишь усугубить возникшие ранее разрушения, но никак не могут вызвать их появление.

Установление параметров низкочастотных колебаний грунта, а так же расчет зданий на их воздействие не представляли никаких трудностей. Даже те примитивные маятниковые приборы, которые уже имелись у сейсмологов, позволяли им (с некоторыми натяжками) определить более - менее точно частоту и амплитуду сейсмических колебаний грунта.

Однако, эту благополучную картину портило постоянное присутствие серий сейсмических толчков, параметры которых были неизвестны. Более того было непонятно как даже подступиться к их определению. Кроме того, ожидались непредсказуемые сложности по расчету зданий и сооружений на воздействие этих толчков. Наконец, каждый толчок заново включал собственные колебания маятников в приборах, и эти колебания существенно искажали записанные при этом акселерограммы и сейсмограммы колебаний грунта.

Поэтому было принято судьбоносное волевое решение попросту игнорировать само существование сейсмических толчков и сосредоточить все внимание на простых и понятных низкочастотных колебаний грунта, считая их единственным и разрушительным сейсмическим воздействием.

В результате родилась официальная колебательная модель разрушения зданий при землетрясениях, которая здравствует и поныне и продолжает провоцировать сейсмические разрушения зданий.

После этого главного решения пришлось полностью игнорировать такие и все другие проявления и следы сейсмических толчков. Например, на всех акселерограммах и сейсмограммах толчки всегда проявляются в виде многочисленных всплесков и скачков и не возможно их не заметить.

Кроме того, сейсмические толчки всегда отображаются в специфических сдвиговых формах разрушений железобетонных колонн, кирпичных простенков и стен зданий. Эти необычные срезовые и сдвиговые разрушения очень распространены при землетрясениях и, в принципе, не могут быть вызваны низкочастотными колебаниями.

Перечислим вкратце некоторые иные факты и виды сейсмических разрушений, которые отображают воздействие именно сейсмических толчков и не могут быть результатом воздействия колебаний грунта [1,2]

1. Хрупкие разрушения сварных швов.

2. Интенсивное снижение начальной прочности бетона и кирпичной кладки сразу после землетрясений.

3. Раздробление бетона и кирпичной кладки в колоннах, стенах и перекрытиях зданий.

4. Появление косых и крестовых трещин в железобетонных колоннах и простенках кирпичных зданий при отсутствии изгибных трещин.

5. Пластический сдвиг по всей высоте мощных железобетонных опор в эстакадах и мостах без их излома.

6. Сейсмические разрушения массивных железобетонных портовых и подземных сооружений, которые в принципе, не должны пострадать от действия низкочастотных колебаний грунта.

7. Сильный подбрасывающий эффект, который проявляется в мощных выбросах грунта и камней на высоту до 8мм, что в принципе невозможно под действием колебаний с зафиксированными малыми скоростями.

Все эти и многие другие факты несут в себе очень ценную информацию о разрушительных сейсмических толчках, представляющих собой импульсные волновые движения грунта. Но официальная сейсмическая наука, вынужденно следует своему изначальному решению видеть в землетрясениях только относительно слабые низкочастотные колебания грунта. Поэтому ей приходится игнорировать всю эту важнейшую информацию.

Она демонстративно не интересуется картинами сейсмических разрушении в строительных конструкциях, справедливо сетуя на то, что они лишний раз напоминают ей о провале ее сейсмозащитной стратегии.

Итак, сосредоточившись полностью только на низкочастотных сейсмических колебаниях грунта (и забыв про толчки) сейсмическая наука должна была как-то объяснить себе и другим природу и механизм появления этих колебаний. Т. е. надо было понять откуда и как они возникают. Логично было бы объяснить появление таких колебаний, например, так: пусть волны, пришедшие к зданиям из гипоцентра приносят нам импульсы (т. е. толчки), и затем уже под их воздействием сама поверхностная толща грунта каким-то образом порождает эти колебания. Но для этого вполне логично объяснения надо было сначала изучить и понять специфичные жесткостные и структурные свойства поверхностной толщи грунта.

Ни инженеры, ни сейсмологи, действующие в этой сфере, не могли решить эту задачу. Поэтому им пришлось продолжить свою стратегию тотальных упрощений, которая снова привела к абсурду.

Они постановили, что сейсмические колебания грунта к ним приходят извне, а именно их приносят сейсмические волны прямо из гипоцентра.

Такая «смелая» гипотеза означала, что в гипоцентре любого землетрясения всегда возникает некий осциллятор (т.е. генератор низкочастотных колебаний), который непрерывно посылает во вне (к зданиям), именно волны колебаний. Однако, такой «колебательной» модели сейсмического процесса, происходящих в гипоцентре землетрясений попросту не существует, поскольку все известные нам модели землетрясений связаны либо с резкими сдвигами и разрывами, либо с взрывами. И те и другие должны генерировать лишь волны, несущие квазиударные импульсы, которые ощущаются именно как толчки.

Теперь надо, наконец, объяснить каким образом именно в поверхностной толще грунта возникают сейсмические колебания.

Дело в том, что поверхностный грунт, как правило, является пористой средой, которая интенсивно уплотняется по мере заглубления под действием нарастающего вертикального гравитационного давления и бокового давления µP, (где С- плотность грунта, ??- ускорение силы тяжести, ??- величина заглубления, µ- коэффициент Пуассона).

При этом нарастание плотности грунта ?? происходит гораздо медленнее роста давления С, т.к. резервы этого роста ограничены убывающей величиной процентного содержания пор в грунте. Начиная с глубины 80-100 м, почти все поры в грунте оказываются закрытыми (т.е. схлопываются) и рост плотности грунта резко замедляется. Это позволяет нам выделить верхнюю толщу грунта с толщиной ?? примерно в 100 м и рассматривать ее как очень влажную для нас специфическую среду. Ведь именно она непосредственно воздействует на наши сооружения, и интенсивность этого воздействия определяется именно ее свойством.

Ее главная особенность (особенно важная для нас) состоит в резком снижении ее волнопроводимости по мере приближения к верхним слоям.

Если двигаться вверх от подошвы толщи, то при относительно медленном снижении плотности грунта с происходит очень быстрое снижение модулей деформации грунта E и G (почти пропорционально H ²). В результате скорости продольных волн C= и сдвиговых волн = падают почти линейно в месте с падением глубины слоя H.

Согласно данным из [5], а так же по сведениям Международной ассоциации тоннелестроителей для длины имеем в среднем следующие параметры:

-- на глубине H=1м, с=1,4 ³, C=260

-- на глубине H=60м, с=2,8 ³, C=1870

Из этих данных следует, что продольная волна, бегущая вдоль нижнего слоя грунта на глубине 1м на 1610м. В результате произойдет сдвиг нижних слоев грунта относительно верхних и возникнет квазиупругий перекос участка верхней толщи. Перекос происходит за краткие время пробегания продольных волн под этим участком.

Эти волны несут в себе квазиударные импульсы, воспринимаемые нами как толчки.

Затем сдвинутые (в сторону от гипоцентра) участок толщи начинает колебаться, постепенно возвращаясь в исходное состояние. Он совершает затухающие сдвиговые колебания относительно своего основания.

Взяв из [5] усредненные жесткостные параметры поверхностной толщи (исследованной водной из сейсмоактивных зон Японии) впервые мы вычислим частоту ю и период T ее собственных сдвиговых колебаний[6]. В результате оказалось, что их период T лежит именно в этом диапазоне, который обычно фиксируют маятниковые сейсмические приборы.

Итак, мы утверждаем, что при землетрясениях возникают два качественно разных процесса: первый - волновой, второй - колебательный. Сейсмические волны приносят к нам из гипоцентра импульсы (т.е. толчки) и одновременно сдвигают в бок низ поверхностной толщи грунта относительно ее поверхности, затем толща начинает колебаться [6].

Все картины сдвиговых сейсмических разрушений зданий и многие вышеприведенные факты говорят о том, что именно волновые импульсы срезают железобетонные колонны и разрушают сварные швы. Возникшие затем колебания менее опасны и могут лишь усугубить уже произошедшие импульсные разрушения зданий.

Исключив из своего внимания сейсмические волновые импульсы (толчки) сейсмическая наука, по существу, выбросила главную причину разрушений зданий и сооружений.

Тем самым она обрекла на перманентные неудачи свою антиколебательную стратегию защиты зданий. Выявленные нами особые свойства проводимости волн, присущие поверхностной толще грунта, позволяет, наконец, объяснить еще одну особенность поведения зданий при землетрясениях. Она состоит в следующем.

Как известно, здания, стоящие на скальных грунтах, значительно меньше подвержены сейсмическим разрушениям, чем здания на слабых грунтах. Объясним этот эффект. Описанный выше кратковременный сдвиг участков поверхностной толщи формируется путем пробегания сквозь них вторичной волны сдвига, которая как раз и наносит сдвиговой удар по фундаментам зданий.

При движении этой волны снизу вверх она резко тормозит, быстро почти на порядок, т.е. в 10 раз снижая свою фазовую скорость . Плотность грунта наверху оказывается в 2 раза меньше, чем плотность грунта внизу . Что касается волновой скорости массы грунта , с которой грунт наносит сдвиговой удар по фундаментам, то она наоборот резко возрастает [6]

Покажем, чем обусловлен этот эффект усиления ударной силы сдвиговой волны при прохождении ее через поверхностную толщу.

Итак, в нижнем слое толщи (на глубине порядка 100м) имеем массовую скорость грунта в сдвиговой волне , фазовую скорость н, плотность грунта и сдвиговое напряжение в волне сдвига

Соответственно в верхних слоях имеем и

из условий равновесия имеем ф===const. Т.е. =

Отсюда находим, что

=

сейсмический грунт сооружение колебательный

Учитывая, что: 2 и 10, а так же то что скорость удваивается при отражении волны от свободной поверхности грунта, величина может оказаться в 40 раз выше, чем скорость грунта

Наша практика показала, что здесь бесполезно опираться на факты и формы сейсмических разрушений зданий, опровергающих колебательную модель землетрясений. Для профессионалов эти противоречия и несоответствия непонятны, а представители сейсмической науки демонстративно игнорируют эти противоречия.

Здесь нужен некий наглядный эксперимент, результат которого будет невозможно игнорировать, а важность его проведения будет нельзя отрицать без ущерба для собственной репутации.

Этот эксперимент нами уже придуман, и суть его состоит в следующем.

Как известно, при землетрясении тем конечным фактором, который непосредственно разрушает несущие элементы зданий, являются именно сейсмические напряжения, возникающие в этих элементах. Эти напряжения никто и некогда не измерял и даже не стремился измерить, в частности потому, что результаты их измерения могли бы абсолютно не совпадать с теми официальными результатами, которые получаются путем расчетов на основе записанных при этом акселерограмм.

Мы предлагаем впервые измерить реальные сейсмические напряжения в простой строительной конструкции (например, в короткой железобетонной колонне с грузом на конце) и сравнить их с официальными сейсмическими напряжениями в ней же, найденными стандартным путем на основе акселерограммы, записанной здесь же.

Мы планируем провести эти измерения в одном из районов Кыргызской Республики с перманентной сейсмической активностью. На колонну, защемленную в грунте, будет поставлен груз, т.е. будет создана защемленная консоль с 1ой массой на конце. На груз будет закреплен стандартный акселерометр, который запишет нужную нам акселерограмму при первых же сейсмических толчках. Одновременно будут произведены измерения касательных напряжений в поперечных сечениях колонны. Затем сравним между собой два найденных напряжения и проверим точность официальных напряжений. Ясно, что практическая реализация этого плана достаточно сложна. При этом мы не видим здесь каких-либо непреодолимых трудностей. Нам даже не потребуется при этом использование каких-то принципиально новых измерительных приборов.

Мы уверены, что реальные сейсмические напряжения, впервые измеренные нами, существенно превзойдут те официальные напряжения, которые дает нам акселерограмма. Этот легко воспроизводимый результат позволит, наконец, неопровержимо доказать ошибочность официальной колебательной теории сейсмического расчета сооружений.

После этого будет нужно разработать до конца теорию прочностного расчета зданий на импульсное волновое сейсмическое воздействие, параметры которого нам тоже будет необходимо поучиться строго определять как это уже намечено в [7-12]. На этой основе потребуется создать качественно новые Нормы и Коды по строительству реально сейсмостойких зданий, а так же разработать качественно новую реально эффективную стратегию сейсмозащиты зданий и сооружений.

Литература

1. Смирнов С.Б. «Исследование аномальных форм в сейсмических разрушениях зданий, противоречащих официальной теории сейсмозащиты и опровергающий официальный взгляд на причины разрушения зданий при землетрясениях» объединенный научный журнал, 2008, №9-с.51-59.

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

3. Смирнов С.Б. «СНиП-II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» как документ, опровергающий официальную колебательную доктрину сейсмического разрушения зданий», Жилищное строительство, 2010, №4, с. 9-11.

4. «A survey report for building damages due to the 1995 Hyogo-Ken Nanbu esrthquake », Building Research Institute; Ministry of Construction (Japan) 1996, March, p. 222.

5. «Soils and Foundations», Special issue of Geotechnical aspect of the January 17, 1995 Hyogo-Ken Nanbu Earthquake, Japanese Geotechnical Society, January 1996, p. 356.

6. Смирнов С.Б. «Поверхностная толща грунта как усилитель разрушительного эффекта сейсмических волн и генератор сдвиговых колебаний», Жилищное строительство, 2009, №9 стр.33-35.

7. Смирнов С.Б. «Сейсмический срез зданий - результат отдачи толщи грунта, сдвигаемой глубинными сейсмическими волнами», Жилищное строительство, 2009, №9 стр. 32-35.

8. Смирнов С.Б. «Принципы разрушения «сейсмостойких» железобетонных зданий и принципы их эффективной сейсмозащиты». Бетон и железобетон, 1994, №3, стр. 22-25.

9. Смирнов С.Б. «Полное отсутствие информации о сейсмических воздействиях - главная причина разрушения зданий при землетрясениях», Жилищное строительство, 1994, №12, стр. 13-16.

10. Смирнов С.Б. «Особенности работы и прочностного расчета зданий при импульсных сейсмических воздействиях», Жилищное строительство, 1995, №3, стр. 14-17.

11. Смирнов С.Б. «Ударно волновая концепция сейсмического разрушения сооружений», Энергетическое строительство, 1992, №9, стр. 70-72.

12. Смирнов С.Б. «Формы сейсмических разрушений зданий как надежный источник информации о реальном разрушительном волновом импульсном воздействии», Жилищное строительство, №1, 2012, стр. 39-41.

Размещено на Allbest.ru