книги из ГПНТБ / Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1

тате трех последовательных смещений упало вбок железобетонное пролетное строение длиной 14 м и шириной около 5 м. Оно не было закреплено на опорах [208]. Опрокидывание и падение поперек мос­ та стальных пролетных строений с ездой понизу показано на рис. 1.8 (Индия, 1934 г., 9— 10 баллов) [200]. Падение с опор неразрезных пролетных строений маловероятно и практически не наблюдалось. При фукуйском землетрясении 1948 г. описан случай поворота не­ разрезного железобетонного пролетного строения в горизонтальной плоскости вокруг неподвижной точки на устое. На другом конце крайние главные балки пролетного строения вышли за пределы под­ ферменной площадки опоры и нависли над ее гранью [208].

Повреждения опор балочных мостов можно подразделить на две группы [59]:

а) перемещения опор относительно первоначального положения (сдвиги, осадки, наклоны, опрокидывание);

б) нарушения целостности конструкции опор (трещины, раз­ ломы, раскрытие швов и т. д.).

Повреждения обоих видов связаны друг с другом и могут наблю­ даться одновременно.

Для устоев балочных мостов наиболее характерной деформацией первого вида является перемещение (скольжение, сдвиг) в сторону пролета, часто сопровождаемое наклоном и оседанием опоры. Такие повреждения весьма распространены, особенно при слабых грунтах; в единичных случаях они могут наблюдаться уже при силе земле­ трясения в 8 баллов. Они вызываются в основном сейсмическим дав­ лением грунта на заднюю грань устоев, инерционными силами от веса пролетного строения и опоры, скольжением наклонно залегаю­ щих пластов береговой зоны в сторону реки и томуТюдобными явле­ ниями.

Перемещение устоев в сторону пролета часто достигает значи­ тельных размеров и может привести к полному их разрушению. Выше было отмечено, что вследствие этого часто повреждаются пролетные строения, испытывающие сжатие вдоль оси моста. Проти­ водействие пролетных строений, работающих как распорки, в свою очередь, может привести к разрушению шкафной стенки устоев, опрокидыванию тела в сторону насыпи с раскрытием шва у обреза фундамента. Такая деформация наглядно видна на рис. 1.9, а (мост в г. Вальдивия, Чили, землетрясение 1960 г., 9— 10 баллов) [168]. На рис. 1.9, б схематически показана деформация берегового участ­ ка моста через р. Шинано при землетрясении 1964 г. в Ниигате, Япония [185]; опоры моста были заложены на песчаном основании. На мосту Ланкиху, поврежденная опорная часть которого показана на рис. 1.5, шкафная часть устоя была разрушена ударом пролетно­ го строения.

Для промежуточных опор балочных мостов более характерны осадки и наклоны, а также (более редко) горизонтальные переме­ щения. Отмечаются также поднятия опор относительно первона­ чального положения п вращательные перемещения в горизонталь­ ной плоскости.

31

6)

Рис. 1.9. Повреждения береговых опор:

а — мост в г. Вальдивия (Чили); б — мост Щипано (Япония)

Осадки и наклоны опор в большинстве случаев наблюдаются при фундаментах на естественном основании и на висячих сваях, зало­ женных на слабых грунтах (мелкие или пылеватые пески, пластич­ ные или текучие супеси, суглинки и глины). При силе землетрясе­ ния в 9 и более баллов эти деформации носят массовый характер и достигают значительных размеров. Во время японского землетрясе­ ния 1923 г. опоры моста Аракава с фундаментами на естественном основании (чистый песок) осели на 50— 150 см [187]. При этом же землетрясении отмечены осадки висячих деревянных свай до 1,2 м

[201].Такие осадки опор отмечались и при других землетрясениях

[177].Установлено, что в общем случае осадки и наклоны опор уменьшаются с увеличением глубины заложения фундамента [179]. Однако в ряде случаев значительные перемещения испытывают и опоры глубокого заложения. Так, например, промежуточные опоры моста Иошино (см. рис. 1.3), имеющие кессонные фундаменты глу­

биной 21 м, заложенные на суглинках, испытали при землетрясении осадки порядка 3 см\ верх опор сместился за счет их наклона до 14 сж. При землетрясении 1964 г. на Аляске наклонилась на ^ “бе­ тонная мостовая опора, основанная на 30 сваях с глубиной забив­ ки 24 ж; до землетрясения сваи были испытаны на пробную стати­ ческую нагрузку 100 г [202]. Там же отмечены случаи горизонталь­ ного смещения опор без наклона (строящийся мост у Полмера,

32

Канада. Вследствие продольного и поперечного смещений опор пер­ воначальные пролеты между ними длиной 150—200 м изменились на 0,3—0,6 л<).

Поднятия отдельных опор, как результат общей остаточной де­ формации поверхности грунта, большей частью отмечены в несвяз­ ных грунтах, однако в единичных случаях они могут наблюдаться и при заложении фундаментов на коренных породах (Новая Зелан­ дия, мост через р. Инангагуа, землетрясение 1929 г. [184]).

Из повреждений второй группы для опор балочных мостов наи­ более характерны повреждения оголовков и подферменных площа­ док. Они вызваны силами инерции от веса пролетных строений, приложенными к оголовку через крепления опорных частей. Наблю­ даются трещины и разрушение бетона вокруг анкерных болтов, скол углов подферменника, полное его раздробление. Выше было отмечено, что от удара торцов пролетных строений страдают также шкафные части устоев.

Характер повреждений тела опоры зависит от ее конструкции. Для надводной части массивных (бетонных или каменных) опор наиболее типичны сдвиг тела опоры по горизонтальному шву и из­ лом тела с односторонним раскрытием шва. Для устоев часто отме­ чаются также вертикальные трещины в лицевых и обратных стенках, расчленяющие кладку.

Сдвиг тела промежуточной опоры по горизонтальному шву мо­ жет происходить как вдоль, так и поперек моста; в некоторых слу­ чаях он сопровождается вращением вышележащей части опоры в горизонтальной плоскости. Плоскость сдвига обычно располагается в средней части высоты тела опоры, в швах кладки. Отмечены сдви­ ги кладки опор больших мостов на величину до 1 м. В устоях обычно сдвиг кладки происходит вдоль моста в сторону пролета.

Одностороннее раскрытие шва кладки и излом тела опоры наи­ более характерны для промежуточных опор и происходят, как пра­ вило, в направлении продольной оси моста. Вышележащая часть опор при этом опрокидывается; в некоторых случаях она удержи­ вается упавшим-и-пролетными строениями.

Типичные повреждения описанного вида показаны на рис. 1.10 (мост Бур-Гандак, Индия, 1934 г. [200]) и рис. 1.11 (мост через р. Куцурью, Япония, Фукуй, 1948 г. [208]).

Разнообразный характер носят повреждения тела опор облег­ ченной конструкции. При столбчатой конструкции тела опоры воз­ никают трещины в сводах или ригеле, объединяющих столбы или разрушения столбов у примыкания к ригелям. Типичные поврежде­ ния в опорах такого вида, отмеченные при японских землетрясени­ ях, схематически изображены на рис. 1.12 [179]. Наблюдались случаи наклона или опрокидывания надстройки тела опор рамного или пластинчатого типа из-за недостаточной заделки в фундаментную подушку или свайный ростверк [168, 179]. Железобетонные опоры рамного типа (или рамные надстройки на опорах) испытывают по­ вреждения, характерные для железобетонных каркасных конструк­ ций: возникают горизонтальные или косые трещины в стойках или

первоначального положения, образование вертикальных или гори­ зонтальных трещин и разрывов в обделке, обрушение отдельных участков сводов или полное разрушение обделки с образованием завалов. Такие повреждения наблюдались при землетрясениях 1923 г. в Японии, 1952 г. в Калифорнии и ряде других [163, 201]. Они вызываются увеличением горного давления в условиях сейсми­ ческого воздействия или общей подвижкой грунтовой толщи на ко­ согорных или других неустойчивых участках. Обычно наиболее интенсивные повреждения такого рода возникают в местах наи­ меньшей толщины налегающего слоя и участках с рыхлыми водо­ насыщенными грунтами. В качестве характерного примера на рис. 1.15 показана деформация поперечного сечения гидротехниче­ ского тоннеля, вызванная увеличением бокового' давления грунта (Чили, 1958 г., [183]). На рис. 1.16 показана интересная деформация двойного (поступательно-возвратного) сдвига секции обделки тон­ неля, вызвавшего искривление пути и заход рельса под стену об­ делки (Южная: Калифорния, 1952 г. [163]).

Тоннели глубокого заложения, пролегающие в коренных поро­ дах, находятся в более благоприятных условиях. Однако и они мо­ гут испытывать повреждения, главным образом от тектонических на­ рушений в окружающем горном массиве [177]. Характерен в этом отношении пример тоннеля Танна (Япония); при землетрясении 1930 г. тектоническое движение по плоскости сброса, пересекающего тоннель, вызвало сдвиг на величину 2,44 м в горизонтальном направ­ лении [140]. При землетрясении 1971 г. в Дагестане в тоннелях были отмечены трещины, смещения постоянной обделки, вывалы породы с анкерами на участках с временной крепью [41].

Трубы под насыпями (бетонные и каменные) испытывают при землетрясениях поперечные трещины разрыва, трещины в местах со­ пряжения сводов со стенками, разрушение оголовков.

36

и тем самым способствуют развитию повреждений от горизонталь­ ных сейсмических нагрузок.

В отношении обоих вышеуказанных факторов важно подчерк­ нуть, что сейсмические силы представляют собой четко выраженную динамическую нагрузку с весьма сложным законом изменения на­ правления и величины во времени.

3.Сейсмическое боковое давление грунта на подпорные соору­ жения. В условиях землетрясений резко возрастает боковое (гори­ зонтальное) давление грунта, что вызывает дополнительные сейс­ мические усилия в сооружениях. Этот фактор играет решающую роль при повреждениях подпорных стен п устоев мостов.

4.Увеличение горного давления на обделки тоннелей в услови­ ях землетрясений.

5.Сейсмическое (гидродинамическое) давление воды на проме­ жуточные опоры мостов.

6.Изменение механических свойств, в частности снижение несу­ щей способности некоторых грунтов в условиях землетрясений. Мно­ гочисленные данные свидетельствуют о том, что в процессе сейсми­ ческих колебаний происходит размягчение, «разжижение» рыхлых водонасыщенных грунтов, переход их в «текучее» состояние. Такие явления в больших масштабах наблюдались в ряде землетрясений последних лет. В работе [178] отмечается, что при чилийском земле­ трясении 1960 г. слабые грунты во многих случаях вели себя как «полужидкие массы». При землетрясении 1964 г. в Ниигата (Япония) уплотнение и подвижность водонасыщенных мелких песков, сопро­ вождающиеся излиянием песчаных «вулканов» на поверхность зем­ ли, вызвали большие осадки зданий. Крупнопанельные здания, кон: струкции которых оставались неповрежденными, погружались в грунт почти на целый этаж, наклонялись или даже опрокидывались; расположенные рядом легкие строения при этом «всплывали» [182].

Указанные явления могут быть основной причиной больших оса­ док мостовых опор на естественном основании или на висячих сваях. Снижение несущей способности грунтов по боковым поверхностям фундаментов опор облегчает их наклон п горизонтальное переме­

38