Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 55

Землетрясения являются наиболее мощным динамическим воздействием, имеющим тектоническую природу под действием накопленных в очаге (гипоцентре) тектонических напряжений. В наиболее слабых участках земной коры эти напряжения, достигнув критических значений, приводят к разрушению горных пород. Разрядка напряженного состояния земной коры сопровождается возникновением смещений различных типов (сдвиги, надвиги, сбросы).

Основная часть накопленной в очаге энергии затрачивается на необратимые пластические деформации горных пород и их нагрев. Небольшая доля этой энергии (доля процента) расходуется в виде сейсмических волн, приводящих к колебаниям поверхности земли различного характера и интенсивности. Эти глубинные процессы протекают в течении короткого времени и носят ударный характер, вызывая три вида сейсмических волн: продольные, поперечные и поверхностные волны Рэлея.

Продольные и поперечные волны движутся в различных грунтах с различными скоростями и имеют синусоидальный колебательный характер (рис. 8.3).

Эти колебания можно выразить формулой:

                                                                                 (8.6)

Здесь A – амплитуда колебаний; T – период колебаний; t – время.

Поверхностные волны Рэлея возникают в самых верхних слоях на поверхности земли и вызывают хаотическое перемещение частиц грунта.

В эпицентре колебания направлены нормально к поверхности Земли, а в остальных точках колебания выходят под некоторым углом к поверхности.

Основой расчета сооружений на сейсмическое воздействие в России является сейсмическая шкала, в которой интенсивность землетрясений по нормам на поверхности выражается в баллах от 1 до 12. Бальность оценивается инструментально и визуально по описанию разрушений или характеру повреждений зданий и сейсмическими деформациями грунтов. В инструментальной части интенсивность оценивается на основе зарегистрированных амплитудных значений виброускорения, виброскорости колебаний и смещения центра тяжести маятника сейсмографа.

Бальность возможных землетрясений в различных районах оценивают по карте сейсмического районирования и по спискам населенных пунктов на территории страны, приведенных в СНиПе [19]. Сейсмичность населенных пунктов в нормах дана по участкам со средними по сейсмическим свойствам грунтами.

При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах согласно [19] учитывается сейсмичность 7,8 и 9 баллов. При 10 баллах капитальное строительство разрешается только в исключительных случаях.

В зависимости от местных инженерно-геологических условий сила землетрясений может оказаться больше или меньше нормативного значения. Балл сейсмичности при проектировании зданий и сооружений уточняется  должен учитывать геологическую и гидрогеологическую обстановку и может назначаться по таблице 8.1 [19].

Таблица 8.1. Сейсмичность строительной площадки в зависимости от грунтовых условий

С сейсмичностью менее 7 баллов основания проектируются без учета сейсмических воздействий.

Наиболее надежными грунтами для оснований фундаментов опор мостов в сейсмических районах являются скальные, крупнообломочные, плотные крупнозернистые песчаные и глинистые твердой консистенции, а также вечномерзлые грунты при использовании их в качестве оснований по принципу I.

При расчетной сейсмичности 7 баллов и более не допускается использовать в качестве несущего слоя оснований фундаментов мостов: пылеватые пески средней плотности и любые пески рыхлого сложения в водонасыщенном состоянии, лессы и лессовидные грунты, глинистые грунты от мягкопластичной до текучей консистенции.

8.2.2. Учет сейсмических нагрузок при проектировании

оснований и фундаментов

При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений сводится к обеспечению их устойчивости во время землетрясений. При расчетах в сейсмических районах, кроме обычных нагрузок и воздействий, учитывают также сейсмические силы инерции, возникающие под влиянием колебаний во время землетрясений. Сейсмические силы могут иметь произвольное направление в пространстве, но в расчете принимается только горизонтальное воздействие сейсмических сил. Наиболее опасны горизонтальные силы, вызывающие сдвиг и опрокидывание сооружений. Вертикальные силы менее опасны, так как они отражаются только на величине сжимающих напряжений, что редко приводит к разрушению. Если вертикальные сейсмические силы могут вызвать разрыв элементов конструкции, то в расчетах учитывают действие и этих сил.

При расчетах рассматривают колебания сооружений раздельно в направлениях продольной и поперечной осей (в плоскостях их наибольшей и наименьшей жесткости) и соответственно в этих направлениях должна быть определена сейсмическая нагрузка.

В инженерной практике рассматривают три метода учета сейсмических сил: динамический, спектральный и статический.

По динамическому методу учета сейсмических сил  элементы конструкций зданий и сооружений считают гибкими и анализируют сейсмическое воздействия на них по колебаниям, задаваемым записям (акселерограмм и др.) землетрясений. Это достаточно сложный метод.