Рекомендации по определению сейсмических нагрузок, соответствующих инженерно-геологическим и сейсмологическим условиям Республики Казахстан (стр. 19 )

Рис. 6.5. Нормированный и индивидуальные спектры реакции

Как видно из рис. 6.5, нормированный и индивидуальные спектры реакции до периодов 8 сек соотносятся между собой с вполне приемлемой для инженерных целей точностью.

Разная степень различий между «средними» и нормированными спектрами, соответствующими разным сейсмологическим и инженерно-геологическим условиям, объясняется несколькими причинами.

Индивидуальные спектры реакции, представленные на рис. 5, не являются гладкими. Присутствие в индивидуальных графиках пиков и впадин объясняется тем, что форма спектров реакции определяется не только пиковыми величинами кинематических параметров колебаний грунта, но и иными показателями – количеством циклов колебаний с примерно одинаковыми пиковыми амплитудами и значениями периодов, соответствующих пиковым амплитудам.

Наименьшие различия между нормированными и индивидуальными спектрами наблюдаются в тех случаях, когда для построения индивидуальных спектров привлекаются инструментальные записи:

–  описывающие нерегулярные движения грунтов и не содержащие несколько подряд расположенных циклов колебаний с одинаковыми периодами и амплитудами, близкими к PGV и PGD;

–  имеющие пиковые величины ускорений (PGА) на частотах выше 5 Гц.

Полученные результаты свидетельствуют, что при прямых динамических расчетах длиннопериодных сооружений, а также объектов, для которых величины колебательных смещений грунта имеют принципиальное значение, следует применять инструментальные записи, у которых значения PGА, PGV и PGD соответствуют значениям, вычисленным по выражениям (6.4) – (6.6) или превышают их. При выборе инструментальных записей, предназначенных для расчета обычных объектов с периодами колебаний по основному тону до 1…1,5 сек, можно ориентироваться на значения пиковых амплитуд, соответствующие только выражениям (6.4) и (6.5). Другие записи, например, характеризующие возможные локальные эффекты на строительных площадках, целесообразно включать в расчетные ансамбли если описываемые ими воздействия являются для рассматриваемого сооружения более опасными.

Полученные результаты наглядно иллюстри­ру­ют тот факт, что сейсмический эффект землетрясений взаимо­связан с пиковыми значениями всех трех кинемати­ческих параметров колебаний грунта. На основании количественного значения какого-либо одного кинематического параметра, без учета спектрального состава колебаний грунта, невозможно в полной мере охарактеризовать сейсмический эффект землетрясения для всего диапазона периодов, представляющих инженерный интерес.

Взаимосвязь между оценками сейсмического эффекта землетрясений, приня­ты­ми в сейсмических шкалах и в строительных нормах, не ограничивается только значениями пиковых ускорений. Вид нормативных спектров реакции, предопреде­лен­ный видом графиков коэффициентов динамичности β(Т) и величинами эффектив­ных пико­вых ускорений EPA (аg), в большинстве случаев, взаимосвязан с вполне определен­ны­ми значениями пиковых ускорений, скоростей и перемещений.

Приведенные данные позволяют устранить кажущиеся противоречия между концепциями количественного описания сейсмического эффекта землетрясений, принятыми в строительных нормах и в сейсмических шкалах. В положениях норм, регламентирующих требования к выбору параметров расчетных записей землетрясений и синтезированных акселерограмм, целесообразно указать не только пиковые величины ускорений, но и пиковые величины скоростей и смещений.

Расчетные ускорения грунта в нормах РК предлагается определять с помощью выражения (6.7)

(6.7)

где ag – расчетное ускорение грунта в см/с2; TС – период колебаний в секундах (см. рис.1); TD – 2,0 сек.

7. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА S, УЧИТЫВАЮЩЕГО ГРУНТОВЫЕ УСЛОВИЯ

Значения коэффициента S, принятые в EN 1998-1, приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Тип грунта	S
A	1,0
B	1,2
C	1,15
D	1,35
E	1,4

Из таблицы 7.1 видно, что значения S не зависят от интенсивности колебаний грунтов, что противоречит современным данным.

В работах многих специалистов стран СНГ и дальнего зарубежья отмечается, что взаимосвязь между макросейсмическим эффектом землетря­сений и амплитудами колебаний скальных и нескальных грунтов проявля­ется при слабых и при сильных землетрясениях принципиально по-разному.

В процессе слабых землетрясений поверхностные толщи грунтов с низкой динамической жесткостью колеблются с существенно бóльшими амплитудами ускоре­ний, скоростей и перемещений, чем грунты с высокой жесткостью.

При сильных землетрясениях картина существенно меняется. В поверхностных толщах нескальных грунтов мо­гут возникать нелинейные эффекты, вызванные деградацией их жесткости и прочно­сти. При деградации нескального грунта, амплитуды пиковых ускорений его сейсмических колебаний могут быть меньше, чем на скальном грунте, а амплитуды пиковых скоростей и перемещений – больше.

В результате возникновения в нескальных грунтах нелинейных эффектов между амплитудами их колебаний и макросейсмическими последствиями сильных землетрясений будут наблюдаться иные взаимосвязи, чем при слабых землетрясениях. Повреждаемость зданий и сооружений, расположенных на нескальных грунтах, будет определяться не только, а в некоторых случаях и не столько величинами пиковых ускорений, сколько пиковыми величинами скоростей и перемещений, а в некоторых случаях, осадками основания.

Принципиальная схема влияния деградации жесткости и прочности грунтов на величины пиковых ускорений, заимствованная из /9/, показана на рис. 7.1.

При отсутствии значительной деградации жесткости и прочности нескальных грунтов соотношения между величинами пиковых ускорений на скальных и нескальных грунтах могут быть несколько иными.

Для подтверждения сказанного в таблице 7.2 приведены величины пиковых горизонтальных ускорений, инструментально зарегистрированные при сильных землетрясениях на довольно слабых грунтах.

В работах Ф. Ф Аптикаева, , K. Akai, D.M. Boore, W.B. Joyner, R.D. Borcherdt и ряда других специалистов высказывается мнение, что величины максимальных амплитуд ускорений в эпицентральных областях сильных землетрясений не столь значительно зависят от геологической ситуации в местах регистрации, как при достаточно больших эпицентральных расстояниях.

Рис. 7.1. Схема влияния деградации жесткости и прочности грунтов на величины пиковых ускорений по /5/

I – скальные грунты, II – «средние» грунты, III – слабые грунты.

Таблица 7.2

№ п. п.	Землетрясение (станция)	Дата	Магнитуда (MS)	VS30 (м/с)	Ускорение (в долях g)
1	Imperial Valley (El Centro Array #8)	1979.10.15	6,9	206	0,60
2	Imperial Valley (Bonds Corner)	1979.10.15	6,9	223	0,78
3	Northridge (Sylmar Converter)	1994.01.17	6,7	251	0,90
4	Northridge (Tarzana)	1994.01.17	6,7	257	1,78
5	Kobe (Takatori)	1995.01.16	7,1	256	0,62
6	Northridge (Rinaldi Receiving)	1994.01.17	6,7	282	0.84
7	Chi-Chi (TCU065)	1999.09.20	7,6	306	0,81
8	Kobe (Takarazuka)	1995.01.16	7,1	312	0,69
9	Kobe (KJMA)	1995.01.16	7,1	312	0,82
10	Duzce (Bolu)	1999.11.12	7,3	326	0,82
11	Northridge (Santa Monica)	1994.01.17	6,7	336	0,88
12	Superstitn Hills – B (Superstition Mtn.)	1987.11.24	6,6	362	0,89

Проведенный нами анализ /10/ (, 2001 г.) показал, что большая разница в значениях максимальных горизонтальных ускорений поверхностей площадок, расположенных примерно на одинаковом расстоянии от эпицентров, но сложенных грунтами разных типов, наблюдается только при относительно слабых сейсмических колебаниях. По мере приближения к эпицентру или к линиям проявления разрывов на дневной поверхности Земли эта разница постепенно уменьшается.