3. Обеспечение безопасности инженерных сооружений с учетом их динамических свойств

Допустимая масса заряда и, соответственно, допустимая интенсивность колебаний в основании зданий и сооружений должны обеспечивать конструктивную и архитектурную сохранность зданий и сооружений, безопасность и достаточную комфортность условий для людей, находящихся в жилых помещениях, на рабочих местах и т.п. Степень воздействия взрывов на здания и сооружения определяется интенсивностью вынуждающих колебаний, спектром сотрясений грунта, прочностью и динамическими характеристиками сооружений, зависящими от конструктивных особенностей, качеством строительства, динамическими свойствами грунта и характером взаимодействия грунта и сооружений.

Воздействие сейсмических колебаний на разные в конструктивном отношении сооружения зависит от их динамических свойств, определяемых периодом собственных колебаний Т_о и логарифмическим декрементом . От отношения периода собственных колебаний к периоду вынуждающих колебаний Т зависит интенсивность раскачки зданий. При очень малом Т по сравнению с Т_о здание практически остается неподвижным. По мере приближения Т к Т_о колебания здания увеличиваются и достигают максимума при равенстве периодов собственных колебаний и вынуждающих. По мере роста величины Т амплитуда колебаний вновь уменьшается и при Т во много раз большем Т_о здание начинает совершать движение, согласно с движением основания.

Отметим ряд соотношений, связывающих параметры колебательного движения между собой

, (17)

где , ₀ – частота вынуждающих колебаний и собственная частота системы соответственно,  - постоянная затухания системы.

В качестве примера рассмотрим колебания двух типов сооружений.

I группа - здания двух-трехэтажные (административно-бытовые, комбинаты, гаражи, мехмастерские, подстанции и т.д.),

II группа - здания и сооружения высотой 10 - 15 м и более (погрузочные бункеры, трубы котельных и т.д.),

Допустимые смещения грунтов в основании объектов I и II групп соответственно:

, (18)

где s_o - смещение стандартного маятника, имеющего период собственных колебаний 0,25 с и декремент затухания  = 0,5; u_(m) – приведенная к статическому пределу амплитудно-частотная характеристика здания (динамический коэффициент), зависящая от соотношения периодов вынуждающих колебаний грунта и собственных колебаний зданий

. (19)

Амплитудно-частотная характеристика численно показывает во сколько раз амплитуда смещения здания больше или меньше амплитуды смещения грунта.

Количественные результаты для некоторых зданий при инструментальном определении действия взрывов в Ново-Байкальском железорудном карьере приведены в табл. 7.

Таблица 7

Здания и сооружения	Период собственных колебаний T0, с	Логарифмический коэффициент затухания 
Двухэтажный кирпичный жилой дом	0,21	0,30
Пятиэтажный жилой дом	0,33	0,27
Кирпичная двухэтажная школа	0,28	0,3
Кирпичное двухэтажное здание техникума (Г - образное в плане)	0,32	0,52
Кирпичное здание кинотеатра,	0,3	0,30
Цех агломерационного комбината	0,29	0,31
Здание сушильного комплекса агломерационной фабрики	0,285	0,28
Кирпичная дымовая труба фабрики	0,42	0,26
Кварцитовая фабрика	0,27	0,38

Период колебаний грунта при взрыве в фазе максимальных смещений среды может быть определен по формуле

, (20)

где k_T и n_T – эмпирические коэффициенты, равные для гранита соответственно 0,005 и 0,45, мраморизованного известняка 0,035 и 0,18, водонасыщенного песка – 0,15 и 0. Величины периодов для прочих пород имеют промежуточные значения относительно приведенных.

В первом приближении для оценки предельно допустимой скорости колебаний грунта с учетом амплитудно – частотной характеристики здания следует допустимую скорость колебаний грунта (вычисленную по рассматриваем методикам в данном изложении или взятую из соответствующих нормативных документов) поделить на коэффициент динамичности (19).