Лекции по "Сейсмике"

Необходимо обеспечить большую подвижность трубопрово¬дов на прямолинейных участках в направлении, перпендикуляр¬ном их продольной оси. Для этого следует увеличить  длины ри¬гелей продольно-подвижных  опор и расширить зону возможных  перемещений трубопровода по ригелю. Упоры-ограничители на ригелях продольно-подвижных  опор должны быть установлены так, чтобььобеспечивалась нормальная работа трубопровода при  обычных эксплуатационных нагрузках.

Если возникнут  нагрузки, превышающие эксплуатационные, упор-ограничитель, преодолевая значительное сопротивление, будет перемещаться по ригелю до тех пор, пока трубопровод  не упрется в буферные ограничители, установленные по краям ригеля. При  движении ограничителя по ригелю будет  происхо¬дить значительное рассеяние  сейсмической энергии. В то же вре¬мя опора в условиях нормальной эксплуатации будет работать как обычная.

Подобный эффект может быть достигнут, если перемещению  упора, подвижно закрепленного в  ригеле, будет препятствовать пружина  сжатия, установленная между подвижным  упором-ограничителем и буферным ограничителем, или пружина растя¬жения, один конец которой будет закреплен  на неподвижной части ригеля ближе  к его середине. В качестве пружины  сжатия могут быть использованы весьма компактные тарельчатые пру¬жины.

Для активного  гашения энергии сейсмических колебаний  применяется конструкция опоры  под названием "скользящий анкер",  разработанная  специально  для  нефтепровода Транс¬Аляска диаметром  1200 мм, часть трассы которого  (около 600 км) пересекает сейсмоопасный район. Опора воспринимает расчетные усилия и обеспечивает нормальную работу трубопро¬вода  при расчетных эксплуатационных нагрузках и сейсмичес¬ких колебаниях. Опорное устройство  состоит из хо¬мута, седловидной опоры, устройства для. создания повышен¬ного трения, несущей  опорной части и сотовой конструкции  для поглощения энергии. Хомут, установленный  на трубопроводе, передает нагрузки от трубы к опорной плите. Между  хомутом и трубопроводом создается  необходимое контактное давление, обеспечивающее закрепление трубы.

Для создания трения предложено устройство, состоящее из подвижной и неподвижной плит, упруго соединенных между собой  болтами с использованием тарельчатых  пружин (рис. 27). Прижатие подвижной  плиты к неподвижной можно  регулиро¬вать, создавая необходимое  сопротивление сопротивление перемещению  подвижной плиты. Это устройство обеспечивает начало перемещения подвижной  части плиты при нагрузках  около 500 кН (для тру¬бопровода диаметром 1220 мм, рассчитанного на транспортиров¬ку нефти с давлением 5,8 МПа; продольное усилие 680 кН), т.е. только при сейсмических нагрузках.

Болты, соединяющие  подвижную и неподвижную плиты, затягиваются из расчета создания соединения, не нарушающего¬ся при нагрузках  до 480 кН (при коэффициенте трения 0,45). Пружины обеспечивают постоянную затяжку  и равномерное давление между  трущимися поверхностями во время  эксплуа¬тации. Скользящую и неподвижную  плиты изготовляют из стали марки ASTM 441 (США), тарельчатые пружины из стали SAEI 047 или закаленной нержавеющей  стали ASTM 301 и AISI 202. Эти стали имеют  предел текучести не ниже 140 Н/мм2 и  облада¬ют достаточной вязкостью  при низких температурах.

Экспериментально  установлено, что на трущихся поверх¬ностях  при. скорости движения 1,5 м/с (максимально  возможная скорость движения для  работы рассматриваемого нефтепровода при сейсмическом воздействии) температура  повышается до 10Q°C, что не влияет на изменение характеристик трения между плитами.

При проектировании этих опор принималось, что при скорос¬ти  перемещения подвижной плиты 0,03-1,5 м/с коэффициенты трения покоя и  скольжения одинаковы. Болты, которыми сое¬динены подвижная и неподвижная  плиты, практически не под¬вергаются  изгибающим или перерезывающим нагрузкам, так как отверстия под болты  в подвижной плите сделаны  большими, чем диаметр болта.

Сотовое устройство для поглощения энергии приводится в действие только после смещения "скользящего анкера" на опре¬деленную  величину (для описываемой конструкции 152 мм). Это устройство рассчитано на раздавливающее усилие 45 кН. В США  элементы этой конструкции (соты) изготовляют  из алю¬миниевого сплава 5056, обладающего  высокой ударной вяз¬костью до температуры --163°С, что весьма важно для условий  Аляски. Сотовое устройство закрепляют на опоре с помощью эпоксидной смолы, сохраняющей высокую прочность  при очень низких температурах.

Для рассеяния  энергии колебаний используется специальное устройство УПК, разработанное  ВНИИСТом и СПКБ "Проект-нефтегазспецмонтаж" (В.В. Спиридонов) [20]. Оно состоит  из двух или трех вставленных один в другой трубчатых элементов, прижимаемых  друг к другу с помощью разрезного хомута с упругой затяжкой. Верхний  конец устройства шарнирно при¬соединяется  к хомуту, закрепляемому на трубе, а нижний -к основанию (к свае, железобетонной плите, анкеру, рассчитан¬ным  на восприятие усилия не более 1000-1200 Н) или к опоре трубопровода. При  колебаниях происходит взаимное перемеще¬ние трубчатых элементов, в результате чего энергия колебаний рассеивается. Прижатие трубчатых элементов друг к другу мож¬но регулировать затяжкой пружины. Устройство не препятствует перемещению  трубопровода под воздействием,эксплуатацион¬ных  нагрузок (температуры и давления), так как к трубе и основанию  он прикрепляется с помощью шарнирных  узлов, а длина его изменяется в результате перемещения относительно друг друга трубчатых элементов.

Указанное устройство прошло экспериментальную проверку на опытном участке надземного трубопровода диаметром 1220 мм, а также на действующих  трубопроводах диаметром 720 мм. При  экспериментальных исследованиях  колебания тру¬бопровода создавались  с помощью вибратора или вручную. Было установлено, что устройство эффективно предотвращает возникновение колебаний  только в том случае, если оно  уста¬новлено в каждом пролете надземного трубопровода. В то же время устройство УПК не препятствует перемещению  трубопро¬вода под воздействием эксплуатационных нагрузок (температу¬ры и давления), так как крепится к трубе и основанию с помо¬щью шарнирных узлов, а длина его  изменяется за счет телеско¬пического  перемещения трубчатых элементов.

Для ограничения  перемещений трубопровода при сейсми¬ческих  воздействиях, предотвращения сброса трубопровода с опор и поглощения энергии колебаний во ВНИИСТе  в 1985 г. (П.Г. Фигаров, А.Д. Перельмитер) было разработано антисейс¬мическое  демпфирующее устройство (АСДУ), предназначенное  для крепления на опоре. В отличие  от базового узел крепления к опоре (шарнирный узел) совмещен с узлом, регулирующим прижатие друг к другу  трубчатых элементов, что позволило  уменьшить габариты и снизить  массу устройства. Устройство ЛСДУ применяется и на трубопроводных системах, проклады¬ваемых на высоких  опорах (на высоте более 2,5 м над землей). ЛСДУ следует устанавливать на каждой опоре трубопровода.

Испытание этих устройств  было проведено в районе Тбилиси  на стальном водоводе диаметром 720 мм, опирающемся на мас¬сивные железобетонные опоры. В соответствии с методикой, разработанной во ВНИИСТе и ИСМиС  АН ГССР (Н.Г. Фигаров, Г.В. Хомерики и  др.), был оборудован специальный  участок и проведена серия  испытаний с включенными и  выключенными антисейсмическими устройствами (с затянутыми и незатянуты¬ми  пружинами). Колебания создавались  путем мгновенного "разрыва" оттягивающего  троса со специальным карабином  для^ разъема. В качестве датчиков использовалась система ВЭГИКов. Колебания регистрировались с помощью шлейфовых осциллографов  и записывались на светочувствительную  бумагу.

В результате экспериментов  на опытном участке трубопрово¬да  были установлены частоты колебаний  системы с включенным 4 Гц и выключенным  устройствами б Гц, а также декременты колебаний соответственно 0,21 и 0,287.

Проводились также  исследования (на специальном прессе) влияния скорости нагружения антисейсмических устройств на изменение трения. Было установлено весьма незначительное возрастание сопротивления перемещению  внутренней штанги устройства по мере роста скорости движения.

Для высокорасположенных  над поверхностью переходов трубопроводов  с целью предотвращения возникновения  колеба¬ний в ветровом потоке и повышения  уровня рассеяния энергии колебаний  от динамических (в том числе сейсмических) воздей¬ствий устанавливают так  называемые рассекатели, представляю¬щие  собой отдельные пластины или  спирали, закрепленные на трубе с  помощью хомутов.

При прокладке  трубопроводов в стесненных условиях целе¬сообразно применять сильфонные компенсаторы. Весьма часто наблюдаются  серьезные повреждения бетонных и железобетон¬ных опор трубопроводов. Установлено, что при сейсмических воздействиях в теле бетонных опор образуются многочисленные трещины; нередки  случаи полного разрушения опор. Отмечены разрушения невысоких (до 1 м) железобетонных столбчатых опор, особенно при значительных вертикальных сейсмических нагрузках. Известны также случаи деформаций и падения свай¬ных опор (рамных и в виде одиночных свай-стоек)., выполнен¬ных из железобетонных или металлических свай малого диамет¬ра (до 100 мм) при недостаточном их заглублении в грунт.

Ликвидация  последствий  землетрясения. Планово-организационные  мероприятия.

Для комплексного решения задач по ликвидации  необходима  специальная подготовка с разработкой  планово- организационных  мероприятий, которые не охватывают вопросы  инженерно-спасательных работ, прокладки временных проездов, разборки и  удаления завалов, устранения аварий на инженерных сетях и т. д. – это  работы гражданской обороны и  МЧС.

Планово- организационные  мероприятия по ликвидации последствий  землетрясений:

I.Подготовительный ( по разделам сейсмогеологический,  планировка и застройка населенных  пунктов,  инженерный, организационный).

11. Оперативный  ( по разделам  организационно-распорядительный, инженерный, агитационно-массовый)

Этапы, содержание и примечание:

1. Подготовительного плана (общесейсмическое районирование, детальное сейсморайонирование, сейсмологическое микрорайонирование, генплан, данные о конструктивных схемах, выбор и наблюдение за объектами, формирование комиссий из НИИ, проектных организаций, изыскательские организации и тд.)

2. Оперативного плана ( создание комиссий по ликвидации последствий землетрясений, оперативное обследование, детальное обследование, разработка ПСД, ремонтно-восстановительные работы, снос зданий и сооружений, анализ результатов детального обследования, организация сбора и обобщения информации) выполняют представители НИИ, проектные  и строительные организации, а также представители власти

Организация работ по обследованию зданий.

После землетрясения  необходимо производить обследование зданий с целью определения степени  их повреждения, разработки ПСД по восстановлению и проведению восстановительных  работ для увеличения несущей  способности поврежденных конструктивных элементов и повышения пространственной жесткости зданий. Сильно поврежденные  здания подлежат сносу сразу после  обследования с оформлением документации.

Обследование зданий и сооружений проводится группами из НИИ по сейсмологии, проектных и  строительных организаций.

Эти специалисты  на все время участия в обследованиях  должны быть временно освобождены от выполнения постоянной работы в своих  организациях и направле¬ны в  распоряжение научно-технической комиссии. Группы по об¬следованию зданий и  сооружений должны осуществлять свою дея¬тельность в контакте с группами специалистов, выполняющими макросейсмическое  обследование, геолого-геоморфологическое об¬следование и инструментальные наблюдения, местными станциями единой сети сейсмологических наблюдений и  инженерно-сейсмоме¬трической службы, а также группами Госстраха.

Оперативное предварительное  обследование зданий и сооруже¬ний  пострадавших от землетрясения, в соответствии с табл. 13-1 рек мендуется проводить  группами специалистов в составе 2—4 че¬ловек, что позволяет в значительной степени избежать субъектив¬ных  оценок состояния объектов, обеспечить сбор возможно более полной информации и оперативность выполнения обследования с фиксацией и замером повреждений, заполнением карточек обследо¬ваний, фотографированием объектов.

Детальное обследование производится группами из 5—7 чело¬век. В эти группы наравне с указанными ранее специалистами ре¬комендуется включать студентов старших курсов строительной спе¬циальности.

Обследование зданий и сооружений и инженерный анализ по¬следствий землетрясения следует  проводить по возможности с наи¬более  полным учетом характера проявления сейсмических колеба¬ний -на отдельных  площадках, данных о состоянии и  динамических характеристиках зданий и сооружений в период, предшествующий землетрясению. -

В первую очередь  следует производить обследование зданий, непрерывное функционирование которых необходимо для жизне¬обеспечения  и ликвидации последствий землетрясений  — центры связи, энерго-и водоснабжения, больницы, банки, затем жилые до¬ма, здания детских учреждений, промышленные и административ¬ные здания и  т. д.