Лекции по "Сейсмике"

           510                                            390                                                                                                                                    4Д12А-1

           640                                            520                                                                                                                                    4Д12А-1+2Д8А-1

       В каркасных гражданских зданиях  многоэтажных поясами служат  сборные связевые панели перекрытий  и ж/б ригели.

       В пром. зданиях – объвязочные балки, в уровне перемычек гибко соединяемые с колоннами;

                                      - в уровне покрытия- жесткий диск  покрытия;

                                      - в уровне перекрытий- монолитные (сборные) продольные ригели в  плоскости плит перекрытия, в                                                поперечном направлении- сборные ж/б ригели.

 

4.8  Антисейсмические  швы.

  

Здания и сооружения необходимо разделять антисейсмическими  швами в случаях:

- сложной формы  в плане;  - наличия перепада  высот 5м и более между смежными  участками или отсеками;

- превышения предельных  размеров по табл.4-6 (приложения  №1).

В зданиях 1эт. до 10м  А/швы не устраивают при 7 баллах.

А/швы разделяют  здание по всей высоте. Допускается  не устраивать шов в фундаменте, за исключением случаев, когда а/шов  совпадает с осадочным. Ширина осадочных  и температурных принимается  как для антисейсмических. А/швы  следует выполнять путем возведения парных стен или рам, а также сочетанием рамы и стены.

Ширина шва  не менее 30мм здания до 5м, с последующим  добавлением  по 20мм на каждые последующие 5м высоты.

Вертикальные а/швы  закрываются компенсаторами или  нащельниками из оцинкованной стали, иногда а/швы оштукатуриваются по сетке. В  стенах а/швы утепляются мин.ватой, обернутой толем, из поропласта или  др. утеплителем.

Горизонтальные  а/швы устраивают высотой 15-20мм заполняют  гернитом, резиной и др.упругими прокладками ( для навесных стеновых панелей). Ширина а/шва в покрытиях и перекрытиях принимается кратной 50мм.

В перегородках вертикальные а/швы устраивают на всю высоту:

- в местах пересечения  продольных и поперечных перегородок; - в случае, если участки панелей перегородок в соседних пролетах имеют опоры на каркас здания или фундамент на разных отметках между указанными участками панелей.

Горизонтальные  а/швы устраиваются между панелью  нижележащего самонесущего участка  и нижней панелью вышележащего участка, опирающейся на столики-консоли, прикрепленные  к колонне.

Заполнение а/швов эластичными герметиками из пороизола  или гернита с последующей  затиркой швов мастикой по ГОСТ 1491-79.

 

Глава 1. Анализ фактических данных о поведении трубопроводов при сейсмических воздействиях.

1.1. Исходные материалы для исследований в выбранном направлении.

При выявлении  характера повреждений или разрушений трубопроводов различных диаметров  учитываются грунтовые условия  площадки строительства, заглубление  трубопроводов, их ориентация по отношению  к фронту распространения сейсмических волн и принятые конструктивные решения. Условный порог разрушаемости трубопроводов от 7 до 10-11 баллов.

1.2. Анализ состояния трубопроводов, перенесших землетрясения различной интенсивности.

Стыковые соединения стальных трубопроводов ( резьбовые, муфтовые, фланцевые или сварные; ж/б трубы  соединяются с помощью надвижных муфт; чугунные трубы –раструбные со свинцовой цементной зачеканкой или типа муфт «жибо», а/цементные – муфтами «сиплекс» и «жибо».

На основании  анализа фактических данных и  результатов исследований состояния  трубопроводов, перенесших землетрясения, можно выделить четыре характерные  причины их повреждений (пересечения  трубопроводовами разломов не рассматриваются):

- распространение  сейсмической волны вдоль трубы  и деформации грунтовой толщи. В трубопроводе на прямолинейном участке возникают значительные по величине напряжения сжатия- растяжения, приводящие к деформированию и разрушению его. Такие разрушения возникают, как правило, вблизи эпицентра, где амплитуда смещения грунта в сейсмической волне велика. Однако в данном случае большую роль играет степень защемления трубопровода в грунте;

-  возникновение  осевых удлинений (укорочения) трубопровода  или деформаций от изгиба, вызванных  различными деформациями смежных  участков трассы, сложенных грунтами  с различными  динамическими свойствами;

-  деформации  от изгиба, изломы, срезы трубопровода  либо осевые деформации в местах присоединения их к резервуарам, колодцам, различному оборудованию или трубопроводам другого направления;

-  вертикальнве  перемещения трубопровода (просадки),особенно  неравномерные, весьма часто наблюдающиеся  на трубопроводах с нежесткими  стыками, а также на вертикальных  участках трубопроводов, присоединенных  к горизонтальным просевшим участкам.

Причиной повреждений  надземных трубопроводов, в первую очередь, являются горизонтальные сейсмические инерционные силы, приводящие к разрушению опор, сбросу трубопроводов с опор или к деформациям и разрушению  самого трубопровода в местах его  присоединения к различным сооружениям или оборудованию (при отсутствии необходимых компенсационных устройств), а также продольные усилия, вызванные смещением опор вдоль продольной оси трубопровода.

1.3. Результаты экспериментальных исследований сейсмостойкости трубопроводов.

Все исследования разделяют на четыре группы:

- наблюдения за  действующими или опытными трубопроводами  при слабых землетрясениях или  макросейсмах;

- изучение взрывных  воздействий на  опытные трубопроводы  различной (обычно небольшой)  протяженности, имеющие различные  диаметры и изготовленные из  разных материалов, проложенные на разных глубинах и в различных грунтовых условиях;

- исследования  опытных трубопроводов и моделей  на ударные воздействия, проводимые  как на полигонах, так и в  лабораторных условиях (на виброплощадках, ударных стендах и т.д.);

-исследования  защемления трубопроводов в различных  грунтах в зависимости от длительности  приложения нагрузки, продолжительности  выдержки трубы после засыпки  траншеи и т.д.

На основании  результатов этих исследований можно  сделать ряд выводов:

- осевые деформации  трубопроводов на прямолинейных  участках вдоль продольной оси  более значительны, чем деформации  от изгиба ( при этом же воздействии);

- деформации, возникающие  при изгибе, на криволинейных  и прямолинейных участках трубопровода  были близкими по величине;

- Деформации трубопроводов  были небольшими, т.к. были незначительны  дефлормации грунтовой толщи  ( а также ускорения движения  грунта).

Перемещение трубопровода и окружающих слоев грунта практически  без взаимного смещения может  быть объяснено наличием достаточно плотных грунтов вокруг трубопровода (хорошее защемление) и небольшой величиной сейсмического воздействия.

Важную роль играет степень защемления подземного трубопровода в грунте. Большой разброс значений коэффициента защемления свидетельствует  о существенной зависимости его  от характеристики грунта, диаметра и  состояния поверхности трубы, сроков эксплуатации трубопровода (от величин, близких к 1,до величин, близких0, при  прокладке трубопроводов большлго диаметра в сильно обводненных грунтах).

Широкий диапазон изменения коэффициента защимления трубопровода в грунте, принимается = 1 или близким к 1, приэтом величина запаса остается неизвестной. Исходные данные для вычесления коэффициента защемления получают при ударном загружении образца трубопровода. При однократном ударном воздействии коэф. Защемления трубопровода резко возрастает ( более чем в 1,5раза), при многократных ударных воздействиях коэф. Снижается. Необходимо учитывать количество ударных воздействий,  если мах.один удар, то увеличивают коэф. Не менее чем в 1,5 раза. При этом необходимо учитывать ускорения сейсмические, скорость или деформации в исследуемом грунтовом массиве.

Приложение: №1 Блок-схема  направлений исследований, конструктивных и организационных мероприятий, обеспечивающих сейсмостойкость трубопроводов.

Глава 2. Макросейсмические признаки повреждаемости трубопроводов.

2.1 Виды  повреждений трубопроводов.

Повреждения подземных  трубопроводов происходят при сейсмических воздействиях, направленные вдоль продольной оси трубопроводов ( за исключением случаев, когда трубопровод пересекает линии тектонических разломов).Наиболее существенные повреждения отмечаются, прежде всего, на тех участках, где происходили заметные сейсмические   подвижки в толще грунтового массива, к которым особенно чуствительны подземные трубопроводы, хорошо защемленные в грунте. Характерными повреждениями являются разрывы и потеря устойчивости стальных трубопроводов с равнопрочными стыками на прямолинейных и криволинейных участках ( при действии продольных  и сжимающих усилий). В зависимости от факторов возможны различные формы потери устойчивости участков или элементов трубопроводов. Продольные сжимающие усилия вызывают часто также повреждения задвижек и кранов, разрушение узлов ввода трубопроводов в резервуары и участков подсоединения к оборудованию, машинам и т.д. Продольные растягивающие напряжения часто приводят к разрушениям (разрывам) нежестких стыков (раструбных, муфтовых, сварных) даже во время  землетрясений умеренной силы. Разрушения нежестких стыков часто носят массовый характер при  8 и 9 баллов. Степень повреждений зависит от конструкции опор и характеристик грунтового основания, конструкций закрепления  на опорах, наличия демплеферов, компенсаторов или компенсационных участков. Повреждения надземных трубопроводов вызваны разрушением или падением ж/б опор или падение трубопроводов с опор (серьезные повреждения и долго восстанавливать). При недостаточной компенсационной способности систем подземных трубопроводов и значительных сейсмических воздействиях, направленных вдоль продольной оси трубопровода и вызываемых взаимным смещением опор,  отмечались случаи потерь  устойчивости стенок трубы, возможны даже разрывы трубопроводов по сварным стыкам на подземных и подводящих надземных участках газопроводов малого диаметра. Наибольшие повреждения подземных трубопроводов происходят в тех случаях, когда деформации грунта при сейсмических воздействиях значительны, а возможности для смещения трубопровода относительно грунтовой толщи ограничены. Между деформациями грунта и перемещениями трубопровода установлена следующая взаимосвязь с усилиями в трубопроводе:

Упругопластические  деформации грунтового массива …………………………………………. Растяжение, сжатие, изгиб

Образование трещины  в грунте, пересекающей трассу трубопровода………………………... Сдвиг (срез), изгиб

Неравномерное проседание и выпучивание (на достаточно протяженных  участках)……… Растяжение, изгиб

Оползни, разжижение грунтового основания, образование сбросов ……………….                  Изгиб, растяжение, сжатие, сдвиг

Перемещение вдоль  продольной оси, проседание либо выпучивание  трубопровода

Или конструкций, соединенных с трубопроводом……………………………………………….  То же.

2.2 Определение  наименьших по интенсивности  сейсмических воздействий, при  которых происходят повреждения  трубопроводов.

Сейсмостойкость надземных и подземных стальных, ж/б, чугунных и а/ц трубопроводов  различная, вряд ли можно достаточно точно указать некоторую единую «начальную» сейсмическую интенсивность, при которой возможны повреждения  трубопроводов. Разрушения поврежденных коррозией трубопроводов можно  ожидать при весьма умеренных  интенсивностях сейсмического воздействия. Гораздо менее сейсмостойкими являются ж/б, чугунные и а/ц трубопроводы из-за наличия нежестких стыков и  вследствие хрупкости (или малой  трещиностойкости) материала. Повреждения надземных трубопроводов (смещения на опорах, крен опор, образование трещин в ж/б малоармированных опорах, разрушения опор и т.д.) отмечаются при интенсивностях 7-8 баллов. При 8 баллах возможны разрывы стальных трубопроводов малых диаметров, запроектированных без учета сейсмических воздействий и имеющих недостаточную компенсационную способность. Однако серьезные повреждения стальных надземных трубопроводов средних и больших диаметров отмечаются при землетрясениях интенсивностью 9 баллов и более.

2.3 Сравнительная  сейсмостойкость трубопроводов  из различных материалов в  зависимости от их  диаметра.

Ж/б, чугунные и  а/ц трубопроводы с нежесткими стыками  разрушаются в 10-30 раз чаще, чем  стальные в аналогичных условиях. Аварийность  ж/б трубопроводов в 30 раз , чугунных в 17, а а/ц в4 раза выше чем стальных. Установлено, что при достаточно разветвленной и равномерно распределенной сети во время землетрясения 9-10 баллов в среднем происходит не более одного повреждения на 1км подземного стального трубопровода и более 9 повреждений на 1км  чугунного трубопровода. В значительной степени сейсмостойкость (прежде всего подземных) трубопроводов зависит от  диаметра труб. Более 80% всех зарегистрированных случаев повреждений или разрушений произошли на родземных трубопроводах диаметром до 200мм включительно, что объясняется следующими причинами: