7. Динамические воздействия на причальные набережные
Сейсмические воздействия. Землетрясения возникают из-за очень быстрого освобождения огромной энергии при взаимодействии погребенных плит оболочки земли в гипоцентре, расположенном на глубинах в десятки и сотни километров. От него во всех направлениях распространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмическими волнами (рис. 7.1). Различают продольные волны, вызывающие сжатие и растяжение грунтовых пород в направлении их распространения; поперечные, вызывающие деформации сдвига, и поверхностные, приводящие к наиболее сильным колебаниям поверхностного слоя земли. Поверхность земли при землетрясении испытывает горизонтальные и вертикальные, колебания. Вертикальные колебания существенны для сооружений вблизи зоны эпицентра. По мере удаления от нее они затухают быстрее н основную опасность представляют горизонтальные колебания. Затухающие колебания земной оболочки, распространяющиеся от очага возмущения подобно волнам от упавшего на воду предмета
Рис. 7.1. Схема распространения колебаний при землетрясении:
1– направление колебаний продольных волн; 2 – то же, поперечных; 3 – тоже, поверхностных; V , Н – составляющие вертикальных и горизонтальных колебаний.
Колебания представляют собой сложный нестационарный процесс, в котором сильнее всего проявляются низшие (до 20 –30 Гц) собственные частоты и формы. Из них наибольший спектральный отклик (максимумы спектров ответа) дают частотные составляющие, находящиеся в диапазоне 1—10 Гц.
На рис 7.2 представлена акселелограмма сейсмического знакопеременного колебания грунта
Рис. 7.2. Акселерограмма, оценивающая интенсивность сейсмического колебания по его ускорению.
При
гармоническом колебании, характеризуемом
синусоидой, связь между амплитудой А
и ускорением а макс имеет
вид:
а макс = 4π2 А /Т2,
где Т – период сейсмического колебания.
Для целей проектирования была введена уровневая градация максима-льных горизонтальных ускорений на поверхности земли при землетрясении различной бальности.
В соответствии с методическими рекомендациями по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооружений МДС (22-1.2004/МИИТ) разработаны нормальные (вертикальные) амплитудные характеристики колебаний грунтов в районах сейсмичностью 7÷10 баллов:
- при сейсмичности 7 баллов нормальные амплитуды ускорения – 100 см/с2 (0,1g), скорости – 8,0 см/с, перемещения – 4,0 см;
- при сейсмичности 8 баллов нормальные амплитуды ускорения – 200 см/с2 (0,2g) , скорости – 16,0 см/с, перемещения – 8,0 см;
- при сейсмичности 9 баллов нормальные амплитуды ускорения – 400 см/с2 (0,4g), скорости – 32,0 см/с, перемещения – 16,0 см;
Землетрясения ниже 6-ти и выше 10-ти баллов не рассматриваются в качестве проектных ситуаций. Первые не опасны капитальным строениям, а вторые настолько разрушительны, что обеспечивать для них сейсмостойкость объектов просто невозможно.
7.1. Характер воздействия землетрясения на распорное причальное сооружение
Распорное причальное сооружение, в процессе землетрясения подвергается следующим воздействиям:
1. боковому давлению грунта с учетом сейсмической нагрузки от уско-рения, вызывающего силы инерции в массе сооружения;
2. давлению присоединенной массы воды на стенку;
2. сейсмической нагрузке от различных форм колебания конструкции. На каждый элемент сооружения действуют сейсмические силы пропорциональные массе элемента и ускорению его сейсмических колебаний, вызывающие допол-нительные внутренние усилия.
Сейсмические нагрузки определяются по динамическому спектральному методу в виде разложения результирующего сейсмического колебания в ряд по главным (собственным) формам колебаний.
При определении сейсмических нагрузок необходимо учитывать: массы конструктивных элементов сооружения; массы полезных грузов на причале; массы грунтов основания и засыпки, включенных в динамическую расчетную схему (для водонасыщенных грунтов учитывается масса воды в порах грунта); присоединенную массу воды к лицевой стенке со стороны акватории.