УДК 624.031

Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С., Айдаралиев Б.Р., Муратали уулу Баиш.

Анализ современной теории и практики сейсмозащиты зданий.

Недостижимо высокая для нас сейсмостой­кость японских и калифорний­ских зданий — миф, созданный официальной сейсмической нау­кой, и что при первом же силь­ном землетрясении сейсмостой­кие здания в Японии и США рухнут так же, как, например, в Армении. Ведь согласно полу­ченным нами результатам, ны­нешняя официальная резонанс­но-колебательная сейсмическая доктрина не имеет никакого от­ношения к реальности, как и все основанные на ней расчеты, нормы проектирования и меры сейсмозащиты.

Катастрофические разруше­ния в Кобе и Лос-Анджелесе полностью подтвердили пра­вильность наших исследований и прогнозов, продемонстрировали предсказанные схемы сдвигово­го разрушения (пилоны мостов были срезаны именно так, как мы и предвидели).

Проанализируем, что привело к краху общепринятую доктри­ну.

Все неудачи сейсмиков и раз­рушения сейсмостойких зданий были заранее предопределены принятием резонансно-колеба­тельной модели сейсмических разрушений и колебательной формы сейсмических движений грунта. Эта модель была самой удобной для расчета, потому из временной она вскоре преврати­лась в постоянную общеприня­тую официальную доктрину. Однако была весьма сомнитель­на по многим причинам.

Во-первых, расчет зданий на воздействие записанных сейсми­ческих колебаний грунта никог­да не дает реальной схемы раз­рушения здания.

Во-вторых, почти невероятно, что из всего широчайшего спектра возможных частот коле­баний в грунте при землетрясе­ниях возникают именно те ча­стоты, которые близки к собст­венным частотам зданий, как бы специально для создания в них резонанса.

В-третьих, многочисленные эксперименты говорят о том, что  здания почти невозможно разрушить путем возбуждения в них резонансных колебаний, так как они немедленно уходят от резонанса за счет своих неупру­гих деформаций и трещинообразования.

В-четвертых, в грунте, не способном воспринимать растя­жение, в принципе невозможно прохождение таких волн, где циклически меняются знаки скорости грунта и его напряже­ния (с плюса на минус и обрат­но). Можно доказать, что при параметрах, взятых из записей приборов, эти волны должны были бы полностью затухнуть вследствие вязкости грунтов уже на расстоянии 8—10 км от эпицентра.

Несмотря на эти очевидные несоответствия, колебательная модель была очень привлека­тельна, так как позволяла уйти от непредсказуемо сложного ра­счета на неизвестное истинное сейсмическое воздействие, пара­метры которого еще предстояло выяснить. Благодаря ей удалось свести весь сложнейший сейсми­ческий расчет к решению обыч­ной динамической задачи о вынужденных колебаниях зда­ний.

Колебательная модель могла иметь право на монополию при хороших практических резуль­татах ее реализации, но их не было. Оказалось, что модель не позволяет решить главную зада­чу — защитить здания от земле­трясений и исключить их раз­рушения. За последние 50 лет сейсмики увеличили расчетные ускорения в пять раз, не полу­чив, однако, никакого эффекта. Кроме того, они многократно пытались защитить здания, уво­дя их от резонанса. Для этого, например, их ставили на гибкие железобетонные колонны, но в результате сейсмостойкость зда­ний, наоборот, резко падала, так как тонкие железобетонные колонны мгновенно срезались еще до появления колебаний. Здания    удавалось    защитить лишь случайно: при использова­нии в несущих элементах стали или дерева, у которых проч­ность при срезе и отрыве значи­тельно выше,  чем у бетона. Но это делалось скорее интуитивно и вопреки доктрине.

Итак, несостоятельность коле­бательной доктрины стала оче­видной, но чтобы от нее отка­заться, пришлось бы признать ошибочность всех сейсмических расчетов и бесполезность всех затрат на сейсмозащиты от несу­ществующих резонансных коле­баний. Поэтому вскоре после волевого принятия колебатель­ной доктрины ее позиции были "подкреплены" получением мно­жества так называемых сейсмо­грамм и акселерограмм, кото­рые, по официальной версии, подтверждают эту доктрину.

Однако когда мы проанали­зировали картину сейсмических разрушений множества сооруже­ний, то обнаружили, что их официальное толкование проти­воречит даже теории сейсмиче­ских приборов. Используемые в течение последних ста лет инерционные сейсмические при­боры — это, по сути, простые маятники, и потому любой тип движений грунта они представ­ляют в виде колебаний, не имеющих ничего общего с этим движением.

Начнем с анализа графиков, записанных сейсмометрами, ко­торые принято считать точным отображением реальных гармо­нических колебаний грунта. Од­нако это не так, поскольку об­щеизвестно, что при землетрясе­ниях всегда происходят боль­шие поступательные односто­ронние смещения грунта во всем регионе, охваченном землетрясе­нием. Они направлены от эпи­центра и лежат в интервале от десятков сантиметров до не­скольких метров. Впрочем, если верить сейсмограммам, то амп­литудные смещения грунта не превышают 10—20 см, и в ко­нечном счете любые сейсмиче­ские смещения вообще всегда равны нулю (это нелепо, но так и должно быть при колебаниях маятника), т. е. зафиксирован­ные на графиках колебания массы сейсмометра вовсе не оз­начают наличия аналогичных колебаний грунта. Инерционные приборы на сейсмограммах от­ражают вовсе иные — импульс­ные, а не колебательные воздействия грунта. Кроме того, они вообще не способны отображать его реальные поступательные смещения.

В связи с их явным несоот­ветствием реальности сейсмики стараются применять ее сейсмо­граммы, а акселерограмм, ошибочность которых кажется не столь заметной и которые всегда не соответствуют сейсмо­граммам. Тем не менее тот факт, что акселерограммы таковыми вовсе не являются, тоже очеви­ден. Ведь, согласно теории аксе­лерометров, среди множества затухающих гармоник, которые может записать акселерометр, акселерограмм обязательно должна быть незатухающей гар­моникой, где нет всплесков и резонансного искажения, где давно затухли собственные ко­лебания прибора и установился стационарный режим незатухаю­щих вынужденных колебаний. В реальных же акселерограммах, записанных при землетрясе­ниях, все обстоит как раз на­оборот: они состоят из вспле­сков и резких затуханий, явно отражающих наличие в них соб­ственных затухающих колеба­ний масс приборов. Каждый но­вый всплеск на псевдоакселеро­граммах говорит о появлении скачков в нагрузке или в ее производной. Результат этого есть непрерывное возобновление собственных колебаний прибо­ра, абсолютно не похожих на вызвавшее их движение грунта, что возможно лишь при воздей­ствии серии ударных импульсов в грунте, которые отображаются в колебаниях акселерометров.

Итак, мы выяснили, что за­писи колебательных сейсмиче­ских приборов до сих пор трак­товались неверно, и они пока не дали почти никакой достовер­ной информации о землетрясе­ниях, т. е. мы по-прежнему на­ходимся в информационном вакууме и защищаемся от вооб­ражаемой, а не от реальной опасности.

Помимо этих записей имеется еще множество иных источников информации о сейсмических воздействиях: это все объекты, подвергшиеся разрушительным воздействиям землетрясений. Вот основные разрушения и де­формации, в которых отрази­лось ударно-волновое воздейст­вие: макро- и микротрещины в несущих элементах зданий; раз­рывы проводов ЛЭП; срезание анкерных болтов в трансформа­торах ЛЭП; сбрасывание зданий с фундаментов; срезы высоких и низких труб, опор мостов и эс­такад; отрывы породы или бето­на вдоль вертикальных плоско­стей горных выработок, тонне­лей, шахт и иных подземных сооружений; боковое раздавли­вание подземных трубопрово­дов; разрывы водопроводов, рельсов и кабелей; разрушения горных пород; выбрасывание камней из грунта и т. д.

Можно лм извлечь какую-то конкретную информацию из картины перечисленных разру­шений, ведь задача воспроизве­дения воздействия по характеру разрушения очень сложна и не имеет единственного решения?  Например, на основе анализа специфической системы сейсми­ческих микротрещин в железо­бетонных колоннах можно уста­новить параметры ударно-вол­новых сейсмических напряже­ний и массовых скоростей, а также ускорений, скоростей на-гружения и времени воздейст­вия.

К сожалению, большинство специалистов вообще не знако­мы со специфическими приема­ми воспроизведения воздейст­вий по разрушениям, поэтому информация, полученная путем решения этих обратных задач, не является для них авторитет­ной, следовательно, сначала не­обходимо получить нужную ин­формацию путем стандартных инструментальных измерений. Для этого надо поставить высо­кочувствительные приборы в режиме ожидания в сейсмоопасных зонах. В связи с из­ложенным Министерство по чрезвычайным ситуациям при­няло решение начать реализа­цию этой программы. Намечено установить на Камчатке группу высокоточных приборов, кото­рые способны охватить очень широкий диапазон ускорений (от 1000 до 1 000 000 м/с2) и зарегистрировать их.

Но когда будут, наконец, зафиксированы        гигантские ударно-волновые ускорения грунта в тысячи и даже в сотни тысяч метров на секунду в квадрате, то каким же образом мы сможем от них защититься, если сейчас максимальное расчетное колебательное ускорение не превышает 5 м/с2?
 Неужели придется в тысячи раз увеличивать прочность или толщину строительных конструкций? Разумеется, нет. Свойства ударно-волнового сейсмического воздействия и их специфика однозначно определяют отвечающие им новые принципы эффективной сейсмозащиты, которые состоят в следующем.

Во-первых, раз волна сдвига "забегает" в здание через его опорные элементы (стены и ко­лонны), значит, площадь их по­перечного сечения должна быть минимально необходимой для восприятия вертикальной и вет­ровой нагрузок. Иными слова­ми, надо отказаться от массив­ных фундаментов и перейти на свайные основания, одновремен­но исключив срез свай.

Во-вторых, надо обеспечить неразрушимость этих связей между зданием и его основани­ем, используя для них материал с высокой прочностью при рас­тяжении и срезе (типа стали). В частности, надземная часть оголовников свай должна быть уси­лена стальными обоймами.

В-третьих, для борьбы с вол­ной, проникшей в здание через связи, можно отсечь ее от зда­ния, поставив внизу на ее пути некий массивный элемент. Эта преграда должна отразить часть волны, а вторую часть — рассе­ять, распределив ее на площадь преграды. При этом остальная верхняя часть здания будет за­щищена от волнового среза . Та­кой преградой может стать тол­стая надземная железобетонная плита, лежащая на песчаной по­душке и на выступающих сваях.

В-четвертых, надо обеспе­чить наличие в здании неразру­шимой зоны сдвига за счет вы­ступающих концов свай, где бу­дет локализовано кратковремен­ное взаимное смещение здания и фундамента. Следует отка­заться от подвальных помеще­ний и земляных работ нулевого цикла, нарушающих цельность грунтов.

В-пятых, вместо отсечения волны сдвига можно использо­вать несрезаемые несущие эле­менты, например стальной кар­кас. В этом случае волна сдвига беспрепятственно "бегает" по каркасу, не вызывая его сдвиго­вого разрушения. Правда, при этом придется предусмотреть специальные меры по обеспече­нию необрушимости перекры­тий и всех второстепенных эле­ментов здания за счет их креп­ления к каркасу.

 

Литература:

1.     Смирнов С.Б. «Причины разрушения сейсмостойких, железобетонных зданий и принципы их эффективной сейсмозащиты», Бетон и железобетон, 1994, №3, стр.22-25.

2.     Смирнов С.Б. «Полное отсутствие информации о сейсмических воздействиях -главная причина разрушения зданий при землетрясениях», Жилищное строительство, 1994, №12, стр.13-16.

3.     Смирнов С.Б., Тентиев Ж.Т., Ордобаев Б.С., Матмурадов У.У. Разрушение зданий глубинными сейсмическими волнами. Наука и новые технологии, №2,2010, Бишкек,с. 45-47.

4.       Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С., Джаманкулов К.М., Эшмамбетов Т.Т. О сдвиговом механизме сейсмических колебаний грунта и о принципе определения их реальных параметров, вызывающих волновой срез колонн и стен в зданиях. Вестник КГТУ, №21, Бишкек 2010,-с. 84-88.