m0919

город (Лондон) с населением более 5 млн. человек. 1950 году их стало уже 8, 2000 году45. Наконец, быстро растет количество гигантских городов с численностью населения более 10 млн. человек. В 1950 году их насчитывалось всего три, 2000 году их стало уже 24. [3]

Вновь прибывающие в растущие города переселенцы часто вынуждены осваивать малопригодные для проживания и подверженные опасным природным процессам участки - склоны холмов, поймы рек, заболоченные прибрежные территории. Ситуация часто усугубляется отсутствием заблаговременной инженерной подготовки и соответствующей инфраструктуры на вновь осваиваемых территориях и возведением конструктивно несовершенных зданий. Это приводит к тому, что города все чаще оказываются в центре разрушительных стихийных бедствий, где страдания и гибель людей приобретает все более массовый характер [3, 11].

При этом выявлена четкая закономерность в развивающихся странах, где быстрый рост городов происходил без соответствующих капиталовложений в инженерную подготовку территории и повышения надежности городских объектов, сильно увеличился риск гибели людей.

Рост критической ситуации обуславливается еще и тем, что людей нужно ежедневно поить, кормить, одевать и еще удовлетворять массу других людских потребностей. Множество людей порождает множество потребностей, для обеспечения которых в настоящее время задействованы миллиарды разного рода машин и механизмов, которые используются как в частном порядке, так и на производстве. Технический прогресс делает нашу жизнь комфортной. Понятно, что прогресс человечества невозможен без новых технологий. В свою очередь, использование техники влечет за собой ее возможные сбои, просчеты в технологии производства и использования, технические аварии (технические катастрофы).

Так, по данным CRED за период с 1901 года по 2007 год в мире произошло 1125 индустриальных катастроф. В их результате пострадало 4.5 млн. человек, примерно 49 тыс. - погибли. Общий ущерб от этого типа техногенных катастроф оценивается в 225 млрд. долларов (по курсу доллара на 2006 год). [1-2]

За этот же период в мире были зафиксированы 4102 транспортные катастрофы. Они затронули жизни 110 тыс. человек. Погибших было намного больше, чем пострадавших - 194.4 тыс. человек. Совокупный ущерб оценивается в 58 млрд. долларов. [1]

С одной стороны в сбоях и авариях сказывается высокий уровень интенсификации, износ и несовершенство оборудования; с другой стороны - техника проектируется, изготавливается и эксплуатируется людьми, а значит, человеческий фактор негативно срабатывает в полном объеме.

Свой вклад в негатив вносят концентрация промышленных производств и то, что производства нередко стали занимать большие, по сравнению с предыдущими годами, территории. Значительно выросли объемы и разнообразие промышленной продукции. При этом и сама продукция и ингредиенты, получаемые и используемые в процессе производства нередко опасны для здоровья человека и окружающей среды. В результате выход из строя и обрушения таких производственных объектов и инженерных сетей ведет к химическому, радиоактивному и биологическому загрязнению окружающей среды и заболеванию и смерти людей.

Заметим, что в настоящее время на производстве и в быту активно используется около 500 тыс. химических соединений. По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) из них 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. - вообще токсичны.

Вкачестве примера крупных химических аварий последних лет в мире отметим следующие

аварии: В 1976 году на химическом заводе города Севезо (Италия) произошла авария, в результате которой территория площадью более 18 км2 оказалась зараженной диоксидом. Пострадали более 1000 человек, отмечалась массовая гибель животных. Ликвидация последствий аварии продолжалась более года. [12]

В1989 в городе Ионаве (Литва) в результате аварии было разлито 7 тыс. тонн жидкого аммиака и образовалось озеро ядовитой жидкости с поверхностью около 10 тыс. м. От возникшего пожара произошло возгорание склада с нитрофоской, что привело к ее термическому разложению с выделением ядовитых газов. Глубина распространения зараженного воздуха достигла 30 км, и только благоприятные метеорологические условия не привели к поражению людей, так как облако зараженного воздуха прошло по незаселенным районам. [12]

Вавгусте 1991 года в Мексике во время железнодорожной катастрофы с рельсов сошли 32

11

цистерны с жидким хлором. В атмосферу было выброшено около 300 тонн хлора. В зоне распространения зараженного воздуха получили поражения различной степени тяжести около 500 человек, из них 17 человек погибли на месте. Из ближайших населенных пунктов были эвакуировано более тысячи человек. [12]

Здесь нужно особо отметить следующие для нас важные моменты:

Во-первых, несмотря на то, что устранение выше отмечаемых технических аварий протекало в обычных условиях, устранение последствий все же потребовало специального оборудования и специально подготовленного персонала.

Во-вторых - вредными для здоровья выбросами неожиданно захватываются неподготовленные к опасности люди и животные, что вызывает вред их здоровью и даже их смерть.

В-третьих - ветер, вода, животные и насекомые быстро распространяют результат химического, радиоактивного и биологических «взрывов», соответственно, в виде осадков, растворов, микробов, на большие расстояния, загрязняя территории вредными последствиями, уничтожая флору и фауну, нанося вред людям.

Землетрясения существенно усложняют условия ликвидации негативных последствий, переводя их из обычных в разряд экстремальных. Дело в том, что здесь на случайно выведенные из строя элементы технологической цепи, накладываются еще специфические обстоятельства, вызванные подвижками грунта:

Здания, сооружения инженерные сети и коммуникации вибрируют настолько сильно, что распадаются на части. При этом часто возникают пожары, так как разрушаются газовые магистрали и происходят короткие замыкания в электрических цепях. Если и водопроводная сеть оказывается поврежденной, то населенный пункт может сгореть, и предотвратить это почти невозможно. Нарушается связь, что усложняет условия управления сложной ситуацией.

Активируются оползни. Идет непредсказуемое подтопление территорий.

Разрушение некоторых мостов, транспортных эстакад, повреждение дорожного полотна, выход из строя светофоров, из-за обрыва электрических сетей, ведет к заторам на дорогах.

И, наконец, паника населения, вызванная негативными последствиями и стрессом людей. Проиллюстрируем сказанное на примере землетрясения, которое произошло 11 марта 2011

года в Японии [13].

Землетрясение произошло в море на расстоянии 70 км от ближайшей точки побережья Японии. Гипоцентр наиболее разрушительного подземного толчка с магнитудой от 9 до 9.1 баллов находился на глубине 32 км ниже уровня моря в Тихом океане. Основному толчку предшествовала серия крупных землетрясений (форшоков) с магнитудой 7.2 примерно в 40 км от основного толка. После основного толка последовала серия афтершоков с магнитудами от 7 до 7.4 баллов. Всего зарегистрировано более четырехсот афтершоков силой 4.5 и более магнитуд. [13-14]

Землетрясение вызвало сильное цунами, которое произвело массовые разрушения северных островов японского архипелага. Реальная высота волны была различной и колебалась от 3 метров до 7.3 метра. Своего максимального значения в 40.5 м волна достигала в префектуре Мияги. [13, 15]

Число погибших в результате землетрясения и цунами в 12 префектурах Японии составило 15840 человек, 2846 числятся пропавшими без вести, 6110 человек получили ранения [13, 16].

Практически был смыт весь город Рикудзентака. В префектуре Иватэ и городе Ямада тысячи домов ушли под воду или оказались затопленными.

Отмечены пожары в шести различных префектурах. В городе Итхара префектуры Тиба загорелось хранилище с природным газом, на нефтеперерабатывающем заводе в городе Сендаи нефтехимическом комплексе произошел большой взрыв.

Более миллиона домов оказались отключенными от водоснабжения.

Разрушено много секций автострады региона Тохоку, обслуживающей север Японии. Имел место прорыв дамбы в префектуре Фукусима.

Сендайский аэропорт, расположенный на равнине у побережья, практически смыло волной цунами. Аэропорт в Ибараки был закрыт на целых три дня. На время была прекращена работа в аэропортах Нарита и Ханеда.

Было остановлено движение обычных поездов по всей сети East Japan Railway Company и

12

частных железных дорог. Кроме этого, автоматические системы остановили движение поездов и на высокоскоростной магистрали. Остановлена работа Токийского метрополитена и метрополитена в регионе Канто. Закрылись все морские порты.

Была нарушена мобильная связь. Японские телеканалы NHK и ТV прекратили вещание обычных программ с целью освещения сложившейся ситуации.

Несомненно, землетрясение и цунами нанесли серьезный урон экономике Японии, который ориентировочно оценивается от 198 до 309 млрд. долларов. [13]

Однако если рассматривать данное землетрясение в рамках сильных разрушительных, то, основные его отличия для нас заключается в наличии повреждений четырех блоков на АЭС Фукусима 1 и высокий уровень государственного управления в экстремальных условиях.

Следует выделить, что в силу своего географического расположения землетрясения в Японии не редкость. К счастью, Япония экономически развитая страна, которая ценит жизнь и благополучие своих граждан. Поэтому она ежегодно тратит на сейсмобезопасность своих граждан значительные материальные и денежные средства.

В Японии хорошо организована служба наблюдения за катастрофическими явлениями и оповещения граждан о нештатных ситуациях. На государственном уровне идет подготовка населения о правильном поведении в критических ситуациях. Высокая дисциплина населения. Проектирование и возведение зданий и сооружений ведется на высоком профессиональном уровне. При застройке обеспечивается инженерная подготовка территории. Страна имеет хорошо развитую инфраструктуру. Все отмечаемое позволило Японии свести ущерб до минимума. Несомненно, что при других условиях ущерб был бы намного больше.

Служба оповещения населения заранее предупредила о цунами, поэтому все реакторы были заблаговременно остановлены. И, тем не менее, это не уберегло атомные реакторы от разрушений. Три работающих реактора оказались в аварийном состоянии из-за отказа системы охлаждения, пострадавшей от стихийного бедствия. Один из неработающих реакторов был поврежден пожаром. В свою очередь, повреждение ректоров привело к сильным радиоактивным выбросам в окружающую среду. Из-за аварии на АЭС сформирована 40 км. зона радиоактивного заражения с полным выселением людей. Вынужденному переселению подверглись почти 100 тыс. человек.

[3]

Благодаря научно-техническому прогрессу человек и сам стал природной силой. Промыш- ленно-технологическая революция привела к глобальному вмешательству человека в наиболее консервативную часть окружающей среды - литосферу. Геологическая деятельность человека сопоставима с природными геологическими процессами. Подтверждением может служить тот факт, что в настоящее время при строительстве и добыче полезных ископаемых человек перемещает в год более 100 млрд. тонн горных пород, что примерно в 4 раза большие массы материала, переносимого всеми реками мира при размыве суши. [3]

Техногенное воздействие человека на литосферу приводит к крупномасштабным изменениям в природной среде, активизирует развитие в ней ряда опасных процессов, служит причиной появления новых (техноприродных) процессов и явлений среди которых наибольшую опасность представляют наведенная сейсмичность. [3]

Техногенные воздействия могут ускорять накопление напряжений в земной коре, увеличивая частоту землетрясений, или способствовать разрядке уже накопившихся напряжений являясь «спусковым крючком» подготовленного природой сейсмического события. Наиболее часто наведенная сейсмичность проявляется при создании крупных водохранилищ и закачке флюидов (воды) в глубокие горизонты земной коры. Установлено, что наведенную сейсмичность вызывали только 0.63% плотин высотой до 10 м, при высоте плотин до 90 м - 10%, а высотой более 140 м - 21%.

Аналогичный эффект может вызвать закачка флюидов в глубокие горизонты земной коры при захоронении загрязненных вод, создании подземных хранилищ жидкостей и газов, законтурном обводнении месторождений углеводородов с целью поддержания пластового давления и в ряде других случаев. Существует мнение, что крупные землетрясения (с магнитудой и 7 более) в Газли (Узбекистан), произошедшие в 1976 и 1984 годах, также относятся к разряду наведенных, спровоцированных закачкой около 600 млн. м воды в Газлийскую структуру. [3, 17]

13

При этом наведенная сейсмичность может рассматриваться двояко:

Вслучаях. Когда она приводит к энергетической разрядке напряжений в горных массивах,

еепроявление выступает положительным фактором, так как уменьшается вероятность появления более мощных землетрясений. Понятно, что чем меньше будет величина силового воздействия, тем меньше будет и негативные проявления. А значит, меньше будет число пострадавших и меньше будет материальный ущерб.

Однако, в случаях, ее проявления в несейсмических районах, наведенная сейсмичность будет выступать негативным фактором, так как сейсмическому воздействию уже подвергнуться конструктивно не подготовленные к такому событию строительные объекты.

На урбанизированных территориях техногенные воздействия части приводят к опусканию территорий в результате дополнительной статической и динамической, нагрузки от зданий, сооружений и транспортных систем города. Процессы опускания городских территорий резко активизируются при извлечении подземных вод, нефти, газа. В северо-восточной части Токио (район Като), например, отмечена максимальная величина снижения уровня земной поверхности - около 4.5 м за период с 1920 по 1980 года. Вследствие опускания суши возросла потенциальная опасность затопления города нагонными водами штормов. Аналогичные явления были установлены в другом крупном городе Японии - Осаке, где максимальное опускание составило чуть меньше 3 м. Для защиты города от морских вод, здесь построены 190 км. дамб, 80 насосных станций и около 550 специальных инженерных сооружений. [3, 18]

Опускание поверхности Земли часто связано с добычей нефти и газа, причем в этом случае понижение уровня земной поверхности наблюдается на больших площадях. Самым впечатляющим примером является город Лонг-Бич в Калифорнии (США). Добыча нефти газа в этом районе обусловила оседание территории города с все возрастающей скоростью, которая к 1952 году достигла 30-70 см/год. Воронка оседания имела форму эллипса с осями длиной 65 и 10 км и площадью около 52 км. К началу 60-х годов максимальное опускание поверхности составило 8.8 м, а горизонтальные смещения до 3.7 м [3, 18]. Серьезно пострадали промышленные предприятия, жилые здания, транспортные пути, морской порт.

Одним из наиболее распространенных опасных техногенно-природных процессов является подтопление территорий, заключающееся в подъеме верхнего водоносного горизонта к поверхности Земли. В России в подтопленном состоянии находится около 800 тыс. га городских, территорий. Из 1092 городов подтопление отмечается в 980 (88%), в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Омске, Ростове-на-Дону, Томске, Хабаровске, Новгороде, Ярославле, Казани. [3]

И, наконец, эпоха научно-технического прогресса и глобального техногенеза ознаменовалась началом климатических явлений связанных с повышением температуры на Земле. Несмотря на существенное различие точек зрения на причины этого явления, сам факт потепления температуры воздуха на Земле является неоспоримым. Изменение температуры воздуха вызывает развитие ряда процессов в геосферных оболочках Земли, способны оказать как положительное, так и отрицательное воздействие на природную среду. С последним связано снижение безопасности общества и рост ущербов от стихийных бедствий. [3]

Одной из наиболее серьезных опасностей, связанных с потеплением климата, является увеличение количества тропических тайфунов, ураганов и повышение уровня Мирового океана, связанного с таянием ледовых покровов.

Даже реализация умеренного прогноза уровня океана в 5 см. до 2030 года может привести в ряде стран к затоплению и подтоплению низменных прибрежных территорий, повышению частоты наводнений, увеличению площади затопляемой территории, разрушению береговой защиты, увеличению волновых нагонов и т.д. При реализации наиболее вероятного прогноза, связанного с повышением уровня океана до 14-24 см., негативные последствия будут еще больше.

Заметим так же, что потепление климата, как правило, сопровождается повышением количества осадков. По расчетам, выполненным в Институте РАН и Институте водных проблем РАН, объем вгагозапасов первой половины XXI столетия в средних регионах России может возрасти до 20-40%, что приведет к дополнительному подтоплению и заболачиванию пониженных участков на этих территориях. [3, 20]

14

Всвою очередь, опускание поверхности Земли, подтопление и заболачивание обширных территорий ведет к изменению физических свойств грунта и изменению сейсмологической балльности. Получается, что со временем на строительные объекты придется сейсмическое воздействие с интенсивностью выше проектной. Другими словами строительный объект подвергнется силовому воздействию, на которое он не был запроектирован. Произвести усиление строительного объекта, находящегося в эксплуатации, дело довольно сложное и дорогостоящее. Вообще-то, как показывает жизненный опыт, сообществу гораздо выгоднее изначально проектировать и строить объекты исходя из более высоких показателей силового воздействия, чем производить последующее усиление в процессе эксплуатации. И если в строительных нормах наблюдается обратная тенденция, то это из-за бедности и во многом из-за людской недальновидности: выиграв относительно небольшие денежные суммы при проектировании и строительстве, мы потом, на стадии эксплуатации, чтобы спасти объект от разрушения, тратим более значительные материально-технические средства.

Подводя общий итог, следует признать, что перспективный прогноз развития сейсмологической ситуации для нас складывается неблагоприятно:

Продолжается рост численности населения.

С ростом численности населения неизбежно возрастут и материальные потребности сообщества, возрастет негативное воздействие на окружающую среду, а значит, увеличится число погибших и пострадавших от землетрясений.

Сократить отмечаемые негативные последствия мы сможем, только если задействуем следующие факторы:

Конструктивными мероприятиями обеспечим повышение эффективности и надежности сейсмозащиты.

Введя обязательный жесткий контроль над качеством сдаваемых строительных объектов, посредством проверки всех вводимых в строй объектов вибрационным воздействием.

Повысив качество инженерной подготовки строительных площадок, защищаем их от негативных влияний (подтопления, замачивания, сползания).

Для обеспечения качественными данными по пространственной работе строительных систем, их несущих узлов и элементов при сильных землетрясениях, следует продолжить и усилить экспериментальное проектирование и натурные динамические исследования строительных объектов.

Для корректного и адекватного учета многообразия грунтово-геологических условий, требуются масштабные работы по уточнению региональной сейсмичности, детальному объектному и сейсмическому микрорайонированию.

Посредством общего развития инфраструктуры населенных мест (и прежде всего системы связи, теле-, радиокоммуникаций и транспортной системы):

Мы обеспечиваем возможность своевременного оповещения населения и качественного управления в критических ситуациях.

Развитие транспортной инфраструктуры с одной стороны позволяет нам из опасных районов быстро вывести из-под удара стихии людей, быстро оказать пострадавшим квалифицированную медицинскую помощь. С другой - быстро и оперативно доставлять бригады спасателей и ремонтников в зоны обрушений и повреждений наиболее важных производственных объектов, а значит, быстро и оперативно восстанавливать инженерные сети, коммуникации и объекты жизнеобеспечения всего региона: водообеспечения, связи, больницы, пекарни и т.д.

Посредством внедрения профилактических мероприятий, которые должны включать в себя: Развитую систему наблюдения, сбора и обработки информации за негативными явлениями

природного характера, постоянный мониторинг за состоянием строительных объектов, связанных или имеющих в своих технологических циклах дело с вредными для здоровья людей и окружающей среды компонентами и материалами.

Развитую систему своевременного оповещения населения о критических ситуациях. Подготовку на государственном уровне всего населения страны к выживанию в экстре-

мальных условиях при действии сильных землетрясений.

Вкачестве примера, достойного подражания может выступить система наблюдения, оповещения, подготовки населения и строительства, используемая в Японии.

15

I.ВАРИАНТЫ РАЗВИТИЯ АКТИВНЫХ СИСТЕМ

ИКРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИХ ПРАКТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

0.1.КЛАССИФИКАЦИЯ КАК СРЕДСТВО КОМПАКТНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

СЕЙСМОЗАЩИТЫ

Как уже ранее отмечалось, все:

наличие множества систем и элементов (несколько сотен вариантов) активной сейсмозащиты;

возможность комбинирования систем и элементов между собой; разное конструктивное исполнение систем и их работа на разных физических принципах,-

исключает возможность прямого и непосредственного сравнения активных систем между собой. В качестве одного практического средства преодоления отмечаемых проблем было задействована классификация (или принцип классифицирования). С одной стороны классификация выражает систему законов, присущих отображенному в ней фрагменту действительности, которые обуславливают зафиксированные в классификации свойства и отношения объектов. С другой стороны - применение приемов и элементов систематизации и использование преимуществ классификации позволяет нам, на базе минимально возможных средств, охватить и представлять максимум информации об интересующей нас проблеме, так как каждый элемент классификации представляет свойства и особенности целого ряда или группы аналогичных

технических решений и явлений. [1] Современное классифицирование систем активной сейсмозащиты основано на принципе

работы сейсмозащиты, ее конструктивных узлов и элементов (системы с упругими амортизаторами и опорами; со скользящими поясами или скользящими опорами; с повышенными диссипативными характеристиками и т.д.);

реже – на конструктивном исполнении (рамочные или кольцевые энергопоглотители, стойки со сферическими поверхностями торцов и т.д.).

Однако при этом в классификации не просматриваются закономерные связи между классами объектов и свойствами каждого объекта (в том числе место в классификации). Положительным примером такого классифицирования систем сейсмозащиты может служить классификация, приведенная Г.А. Казиной и Л.Ш. Килимником в обзоре «Современные методы сейсмозащиты зданий и сооружений», а также в книге Полякова В.С. «Современные методы сейсмозащиты зданий и сооружений». [2-3]

И все же проблема идентификации систем сейсмозащиты остается. Сложность и структурная неоднородность строительных объектов, многофакторность и многокомпонентность сейсмического воздействия приводят к тому, что отмечаемые любой классификацией факторы в процессе работы в тот или иной момент времени, в зависимости от условий работы, могут меняться местами, оказывать взаимовлияние, исчезать и вновь появляться. К тому же, системы сейсмозащиты могут одновременно включать в себя ряд компонент, относящихся к разным элементам и разделам классификации и тем самым выходить за рамки системных ограничений, что опять приводит к многообразию и, как следствие, к неопределенности выбора. Мы полагаем, что закономерные связи между классами и разрядами классификации могут быть выявлены на основе использования уравнения колебаний одномассовой системы [4-9].

В общем случае, это неоднородное, дифференциальное уравнение второго порядка с пе-

где x , x, x соответственно неизвестная функция, ее первая и вторая производная точки в момент времени

tи непрерывные в окрестностях исследуемой нами области,

аa0(t), a1(t), a2(t), - переменные коэффициенты;

f(t) - заданная функция.

Как известно, решение данного уравнения определяется как математическими способами

16

его решения (метод интегрирования, метод вариации постоянных и т.д.), так и формой математического представления возмущения. Учитывая математическую сложность решения данного уравнения при переменных коэффициентах, наше рассмотрение ограним лишь представлением его частной вариации, а именно, исследованием неоднородного уравнения при постоянных коэффициентах, которое хорошо исследовано и широко представлено в соответствующих разделах математики и динамики, т.е. уравнением:

где P1(x) и P2(x) - многочлены n-й степени.

Разумеется, принятая форма представления возмущения не охватывает всего имеющегося многообразия силового воздействия, и, тем не менее, она обеспечивает нам возможность для успешного представления и решения довольно широкого круга практических задач динамики и

ничить случаями: когда α ± iβ не являются корнями характеристического уравнения (1.4), то частное решение ищется в виде

и когда числа α ± iβ являются корнями характеристического уравнения, то форму частного решения (1.8) умножают на X:

где R1(x), R2(x) - многочлены степени, равной высшей из степеней исходных многочленов. Следует заметить, что на практике, вместо отмечаемого представления силового возму-

щения (1.8), большее распространение получили его частные вариации. В частности, при β= 0 -

17

оно преобразуется к виду:

Правило сохраняет свою силу и тогда, когда α = 0, т.е. в правой части стоит только многочлен, в этом случае надо проверить, не является ли число 0 корнем характеристического уравнения. В частных случаях многочлен P(x) может быть нулевой степени, т.е. постоянной величиной.

При этом если ± iβ не является корнем характеристического уравнения, то частное решение останется прежним (1.14). Но если ± iβ все же является корнем характеристического уравнения, то частное решение следует искать уже в виде

Понятно, что, в отличие от субъективно принятого нами линейного упрощения (1.2), объективно, реальные системы не линейны, их решение и анализ многосложнее и труднее, а конкретная форма физико-математического представления имеет более громоздкий вид. Так, например, при рассмотрении и исследовании многомассовых диссипативных, динамических систем, в общем-то, при той же форме представления, что и в уравнении (1.2), однако вместо единичных значений основных параметров системы, естественно, используются их матричные значения (m, c, k и p(t)) [9]. Матричная же формализация ведет к интегрированному или обобщенному результату. И, чтобы определить вклад в поведение динамической системы параметров ее конкретного элемента, его влияние на другие элементы, приходится осуществлять целый ряд трудоемких, сопоставительных расчетов при интересующих нас изменениях нагрузки или физических параметрах. Однако учесть имеющееся архитектурно-конструктивное многообразие строительных объектов и осуществить сопоставительный анализ конкретных строительных объектов между собой в условиях сильных землетрясений, при недостатке нужной информации это, вообще-то, неразрешимая задача. В тех, немногих практических случаях, когда все же находится приемлемое решение отмечаемой проблемы, это довольно сложная и математическая и практическая задача. Выход из затруднения только один – сначала нужно упростить задачу и выявить, интересующие нас параметры и закономерности на какой-либо простой и наглядной модели, а затем уже перенести полученные результаты на динамическую многомассовую систему.

Другим сложным элементом формализации выступают диссипативные силы (силы трения сопротивления). Связано с тем, что силы трения имеют различную физическую природу. Что нашло отражение в названии сил: силы внутреннего трения, вызывающие поглощение энергии в материале конструкций; силы сопротивления внешней среды; силы трения в опорах и соединениях элементов; электромагнитные силы сопротивления в системах с подвижными проводниками тока в магнитном поле и т.д. В определенной мере, на сложность адекватной формализации сил трения оказывается влияние их нелинейность. Как известно, все силы трения, независимо от их происхождения, всегда направлены противоположно скорости движения динамической системы, что само по себе, уже ведет к нелинейной формализации. К тому же, в своем большинстве, силы трения еще и нелинейно зависят от скорости движения динамической системы. И, наконец, на величину трения оказывает влияние многообразие внешних и внутренних факторов в частности, например, таких как давление, температура, состав фрикционной пары, наличие смазки, химические и физико-механические свойства смазки и элементов пары, вид и форма смещения фрикционной пары (качение, скольжения, смещение, вращение). На величину пара-

18

метра трения оказывает влияние даже тот факт, какой элемент фрикционной пары по какому элементу смещается.

Правда, задачу формализации диссипативных сил облегчает то обстоятельство, что в области малых скоростей силы сопротивления можно считать линейно зависящими от скорости движения системы.

Другая возможность значительного упрощения физико-математического описания всего исследования открывается за счет использования замены различных видов демпфирования их эквивалентным, вязким демпфированием, что в результате и открывает возможность исследования динамической системы посредством линейных дифференциальных уравнений.

Дело в том, что, с точки зрения физико-математического представления, среди всех упомянутых причин рассеивания энергии случай, в котором демпфирующая сила пропорциональна скорости (так называемое вязкое демпфирование), является простейшим. Использование же простейшего случая или эквивалентного трения в качестве мерила других, более сложных диссипативных систем, как раз и обеспечивает нам простоту формализации (исследования) более сложных диссипативных систем. При этом эквивалентное демпфирование определяют из условия энергетического равновесия с таким расчетом, чтобы за один цикл эквивалентного демпфирования рассеивалось бы столько же энергии, сколько и при действии реальных сил сопротивления.

И все же, несмотря на существенные физико-математические упрощения, связанные с применением линейной, одномассовой, диссипативной системы, наш подход вполне адекватно и корректно обеспечивает выявление основных закономерностей и взаимосвязей между массой, силами жесткости, трения строительной системы и силовым воздействием нами были выявлены

иосвещены. Вследствие чего, появляется объективная возможность считать, что предложенный подход охватывает почти все, практические случаи сейсмозащиты и принятые нами четыре основных параметра динамической системы являются обобщающими. Правда, обобщение получилось уж слишком емким и значимым. А значит, нужны и требуются более детальные уточнения и пояснения – нужна конструктивная детализация.

Сдругой стороны, имеющие место варианты классификации, при относительно высокой степени конструктивной детализации, недостаточно обобщены и систематизированы. Поэтому, само собой напрашивается вариант сведения в единое целое обоих отмечаемых вариантов классификации, так как это автоматически устраняет отмеченные ранее недостатки и тем самым, мы приближаем классификацию к более точному отражению действительности. В результате получаем следующую систему классификации сейсмозащиты строительных объектов (Рис. 1.0.):

Вначале система сейсмозащиты подразделяется на традиционную и активную сейсмозащиту. Затем, активная сейсмозащита подразделяется на системы на основе использования массы

исил упругости, сил внешнего и внутреннего трения и системы с программным изменение силового воздействия. В свою очередь, системы на основе сил внешнего и внутреннего трения подразделяются на системы с большим и малым трением, а системы с программируемым изменением силового воздействия - на адаптивные системы и системы с гасителями колебаний. На последнем уровне осуществляется конструктивная детализация сейсмозащиты.

Таким образом, местоположение конкретного вида сейсмозащиты в классификации позволяет нам заранее объективно определить ее физическую сущность и основные возможности. И даже, в какой-то мере, определить характер поведения интересуемой нас, сейсмозащищенной строительной системы при землетрясении. При этом чтобы иметь корректное и адекватное представление о практических возможностях всех имеющихся в природе системах и элементах сейсмозащиты, нам вовсе ненужно их все исследовать, анализировать и сопоставлять между собой. Для этого вполне достаточно ограничится лишь наиболее характерными представителями групп. Связано это с тем, что любой представитель классификации дает общее представление об особенностях и возможностях всей группы, к которой он относится. Больше того, если при этом еще учесть и практическую целесообразность, то общее рассмотрение можно еще более ограничить, сведя его к рассмотрению и исследованию всего нескольких систем и таким образом существенно сократить время поиска интересуемого нас варианта сейсмозащиты.

19

20