CC BY
542
КРАТКОЕ СРАВНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ НОРМ ЕВРОПЫ,
ЯПОНИИ, РОССИИ
Л.Т.Т. Хуэн
МГСУ
В последние годы в Японии, в странах Европы и в России нормативные документы, регламентирующие проектирование и строительство сооружений в районах с повышенной сейсмической активностью, подвергались многочисленным ревизиям и уточнялись, поэтому в них учтены последние достижения в области сейсмологии и строительной механики. Несмотря на разнообразия Нормативных документов, используемых в различных странах, можно выделить общие положения и принципы построения, характерные для многих документов. Далее приводится классификации и сравнение расчетных параметров, используемых в этих нормах.
1. Классификация грунтов.
Сейсмические нормы EC8 (Европейские нормы) [4,5] классифицируют грунт средней скоростью волны сдвига. Согласно СНиП II-7-81* [2] классифицирует грунт по сейсмическим свойствам грунта. А в нормах BCJ (Японские нормы) классифицируют согласно присутствию мягких слоев и периоду собственных колебаний.
Сравнение типов грунтов, определенных нормами EC8 [4,5,6] и BCJ [3] представлено на рис.1. Поскольку различные параметры используются для классификации грунта в EC8 и BCJ (Vs,so в EC8 и Tg в BCJ), сравнение было выполнено в отношении стандартного слоя грунта, с толщиной, равной 30 м, помещенным на скальное основание относительно одного параметра Tg.
<
EC8 а к Тип В Тип С Тип D
н
BJC Тип 1 Тип 2 Тип 3
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Тё(е)
Рис.1. Типы грунта ЕС8 и ВО.
Движение грунта представлено посредством упругого спектра ответа псевдоускорения. Такой спектр является корреляцией со стратиграфией грунта фундамента: различные типы грунта, в пределах от твёрдых до мягких грунтов, и соответствующим спектрам упругости псевдо-ускорения определены в каждой норме.
2. Упругие спектры ответов.
Рис.2а. показывает упругие спектры в ЕС8, соответствующие нескольким типам грунта. Упругие спектры, соответствующие средним землетрясениям, получены умно-
жением ординаты спектров на фактор сокращения V равен 0.5 для обычных зданий. Рис.2б. показывает упругие спектры в Японских нормах [8] в зависимости от типа грунта. Для средних землетрясений, ординаты упругих спектров Яь изображенные на рис.2.б умножены на 0.2. Обращает на себя внимание, что БС не учитывают уровень ответственности здания.
4Ù «
«4 чЬ it *п "
Рис.2. Упругие спектры Рис.3. Упругие спектры ответа
для (a) EC8, (б) BCJ. (a) сильные и (б) средние движения
грунта.
Рис. 3 сравнивает EC8 и BCJ упругие спектры для сильных и средних движений грунта.
Для сравнения ускорения грунта ag,R (пиковые ускорения грунта для типа грунта А) в норме EC8 равное 0.4g, соответствует ускорению в BCJ. Спектры получены для обычных зданий в EC8: у1 = 1.0 и v = 0.5.
Рис.За показывает, что EC8 спектры немного меньше чем полученные спектры в норме BCJ, если T < 1.0с, для среднего грунта: разница между спектрами расположена в интервале 10 % к 30 %. Напротив, EC8 спектры больше для систем с малым периодом (на 20 % больше для среднего грунта). Для относительно средних землетрясений, рис.Зб, EC8 всегда определяют большие упругие спектры, и различия в сейсмическом уровне более заметны, т.е. для среднего грунта, EC8 спектр - от двух до трёх раз больше чем BCJ [7]. Это приводит к большим различиям в определение интенсивности сейсмического воздействия.
В российских нормах [2] для оценки сейсмических воздействий используется понятие «спектральный коэффициент динамичности» - р. Кривые коэффициента динамичности Р в российских нормах строятся как функции периода свободных колебаний осциллятора. Это, практически, та же концепция в завуалированной форме. В зарубежных Нормах этот же коэффициент называется спектром реакций (отклика или ответа), что более правильно соответствует физической сущности этого параметра. В обычном представлении инженера коэффициент динамичности показывает, во сколько раз динамическое воздействие превышает статическое. В данном случае это не просто множители, на которые надо умножить статические перемещения, а максимальные реакции систем с одной степенью свободы с различными собственными частотами на заданные движения их оснований.
Поэтому полагаем, что вместо термина «спектральный коэффициент динамичности.» необходимо использовать более правильный, отвечающий физической сущности, термин «спектр ответов (реакций)». В настоящее время в России понятие спектр ответа используется только при расчётах на сейсмостойкость строительных конструкций и оборудования АЭС [1].
3. Упругие сейсмические коэффициенты
В норме EC8 сейсмический коэффициент ответа не используется.
В СНиП II-7-81 * [2] коэффициент динамичности Д, зависит не только от расчетного периода собственных колебаний Tt здания или сооружения, но и от сейсмических свойств грунтов.
Сейсмический коэффициент принимается от 0,1 до 0,3 в нормах, например, MI 1927, JRA 1964 и "Сейсмическая проверка работоспособности 2002''.
4. Сдвиг и сейсмические силы
В сейсмических нормах ЕС8 и BCJ сдвиговые перемещения и сейсмические силы зависят от спектрального отклика и фундаментального периода конструкции.
В российских нормах для оценки сейсмических сил используется коэффициент динамичности, соответствующий собственным колебаниям сооружения.
5. Методы анализа
Наиболее часто используются одномодовые спектральные методы, многомодальный спектральный метод, динамический метод расчёта во времени (линейные методы, нелинейные методы), метод спектров ответа (линейные методы, нелинейные методы) и т.д.
Метод спектров ответа широко применяется в современной теории сейсмостойкости.
Выводы
Основной целью всех норм объявляется предотвращение разрушений конструкций при воздействии расчётного землетрясения. Строительные Нормы и Правила определяют базисные принципы и концепции, устанавливают некоторый минимум требований при проектировании и рекомендуют возможные методы расчёта конструкций (в данном случае - расчёта на сейсмические воздействия). Любые нормы должны быть, с одной стороны, достаточно консервативными, с другой - должны учитывать современные знания, научные достижения и, поэтому, их следует регулярно пересматривать.
Литература
1. Бирбраер А.Н. Расчёт конструкций на сейсмостойкость. - СПб.: Наука, 1998, - 255 с.
2. СНиП II-7-81 *. Строительство в сейсмических районах. Москва 1995. - 129 с.
3. Cheng-Hsing Chen,Gwo-Shyang Hwang. Preliminary Analysis for Quaywall Movement in Taichung Harbour during the September 21, 1999, Chi-Chi Earthquake. Earthquake Engineering and Engineering Seismology. Volume 2, Number 1, March 2000, p. 43 - 54.
4. Edoardo M. Marino, Masayoshi Nakashima, Khalid M. Mosalam. Comparison of European and Japanese seismic design of steel building structures. Engineering Structures 27, 2005, p. 827 - 840.
5. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings. Draft No 6, Version for translation (Stage 49), 2003. - 223 p.
6. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects. Final Draft, 2003. - 44 p.
7. Mehedi Ahmed Ansary and Fumio Yamazaki. Behavior of Horizontal and Vertical Sv at Jma Sites, Japan. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 124, No. 7, July, 1998. ©ASCE, p. 606 - 616.
8. Robert W. Day. Geotechnical Earthquake Engineering Handbook. Chapter 1-12. Mcgraw-Hill, 2002. - 295p.
Ключевые слова: динамический метод, строительные нормы, спектры, сейсмические силы, грунт, сейсмический коэффициент, степень свободы, коэффициент динамичности.
Рецензент: д.т.н, проф. Мондрус В.Л., Зав. Каф. строительной механики МГСУ
