автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Сейсмостойкость зданий и сооружений в зоне Токтогульского водохранилища

КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА, ТРАНСПОРТА И АРХИТЕКТУРЫ им. Н.ИСАНОВА

• КЫРГЫЗСКО-РОССИЙСКИЙ СЛАВЯНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Б.Н.ЕЛЬЦИНА

Диссертационный совет Д05.12.006

На правах рукописи УДК 699.841: 550.343

Егембердиева Кулия Абдыкаимовна

СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ЗОНЕ ТОКТОГУЛЬСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Специальности: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения 25.00.10 — Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 аСК 2013

Бишкек-2013

005541761

Работа выполнена в лаборатории инженерной сейсмологии и сейсмического микрорайонирования Института сейсмологии Национальной Академии наук Кыргызской -Ре:публики

ч \

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент Б.С. Ордобаев

доктор геолого-минералогических наук, член-корр. НАН КР, профессор А.Т. Турдукулов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.А Беспаев (г.Алмагы)

доктор физико-математических наук Садыкова А.Б. (г. Алматы)

Ведущая организация:

ОАО «Промпроекг» (г.Бишкек, пр.Чуй 219)

Защита состоится 20 декабря 2013г. в 14 часов на заседании, диссертационного совета Д05.12.006 при Кыргызско-Российском славянском университете им. Б.Ельцина и Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова по адресу: 720020, г.Бишкек, ул. Малдыбаева, 346.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры.

Автореферат разослан « ^^-О^&Лъ)^ 2013г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ~

кандидат технических наук доцент Л.В.Ильченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для территорий крупных ответственных сооружений, расположенных в сейсмически активных районах, проблема предотвращения и максимального снижения трагических и разорительных последствий сильных землетрясений является жизненно необходимой. Анализ последствий возбужденных землетрясений для территорий крупных гидротехнических сооружений мира в последние годы показал, что экологические последствия можно значительно уменьшить или даже вовсе избежать, если заранее произвести оценку сейсмической опасности таких территорий, что предполагает модернизацию существующих и разработку новых научных основ прогнозирования развития природных й техногенных процессов в период строительства и при эксплуатации ответственных сооружений в районах с высокой сейсмичностью.

Строительство и эксплуатация крупных гидротехнических сооружений сопровождается повышением его уязвимости к воздействию стихийных бедствий и техногенных катастроф, а физические повреждения жилых зданий и сооружений промышленных объектов, систем жизнеобеспечения населенных пунктов могут привести к внезапному росту социальных и экономических потерь. В связи с этим исследование сейсмического риска зданий и сооружений в районе Токтогульского водохранилища представляет несомненный научный и практический интерес.

Цель диссертационной работы - количественная оценка сейсмической опасности и уязвимости жилых зданий и сооружений в районе Токтогульского водохранилища.

Задачи исследования:

1. анализ конструктивных типов зданий и сооружений по степени сейсмической уязвимости в районе Токтогульского водохранилища;

2. зонирование территории по уровню сейсмической уязвимости и риска жилой застройки;

3. определение пиковых значений ускорений грунтов для территории Токтогульского водохранилища на основе анализа данных по сейсмическим, сейсмотектоническим и инженерно-геологическим характеристикам региона;

Научная новизна работы:

по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения:

• теоретически обосновано влияние вертикальной составляющей сейсмической волны на здания и сооружен™ в районе исследования;

• выполнены расчеты на сейсмические нагрузки четырехэтажного кирпичного здания в г. Каракуль, проведенные программным комплексом «Лира»;

• впервые проведена оценка сейсмической уязвимости и риска жилых зданий г.Каракуль и анализ уровня повреждений в населенных пунктах в районе водохранилища на основе карт сейсмической интенсивности, Построенных с применением вероятностных методов;

по специальности 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых:

• проведена оценка вероятностной сейсмической опасности территории Токтогульского водохранилища и получены пиковые значения ускорений грунтов на фиксированных периодах 0.1с, 0.2с, 0.5, 1.0с с вероятностью превышения 2% и 10% за 50 лет;

• составлены вероятностные карты распределения максимальных ускорений в зоне Токтогульского водохранилища;

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

по специальности 05.23.01 — строительные конструкции, здания и сооружения

1. Анализ уязвимости по существующим типам зданий и сооружений в зоне влияния Токтогульского водохранилища на основе результатов теоретических и экспериментальных данных.

2. Построение карты-схемы зонирования жилой застройки района исследования по величине сейсмического риска и конструктивной уязвимости.

по специальности 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков

полезных ископаемых

3. Построение вероятностных карт пиковых значений ускорений на фиксированных периодах 0.1с, 0.2с, 0.5, 1.0с, с вероятностью превышения 2 % и 10 % в за 50 лет для оценки сейсмической опасности территории в районе Токтогульского водохранилища.

Личный вклад автора.

• Анализ уязвимости по существующим типам зданий и сооружений в зоне влияния Токтогульского водохранилища на основе результатов теоретических и экспериментальных данных.

• проведены расчеты на сейсмические нагрузки четырехэтажного кирпичного жилого дома в г. Каракуль»;

• проанализирован и обработан вероятностный сейсмический риск по величине конструктивной уязвимости жилых зданий и сооружений г. Каракуль и населенных пунктов в районе Токтогульского водохранилища;

• проведены расчеты, обработаны данные и выполнен анализ результатов по составлению вероятностных карт сейсмической опасности;

Достоверность полученных результатов. Научные результаты, положения и выводы обоснованы сопоставлением полученных данных с результатами других авторов, использованием при проведении экспериментов современной измерительной аппаратуры и апробированных методов сравнения экспериментальных данных, полученных в результате модельных и натурных исследований зданий и сооружений. Общепринятой международной методологией оценки сейсмического риска, основанной на АгсСТБ технологии, применением для расчета на сейсмические нагрузки жилого, здания специального программного комплекса «Лира».

Практическая значимость работы. Создание базы данных и оценка сейсмической опасности осуществлялись на основе использования новейшей методики (ЖЖБАИ), а также с применением программного средства Агс01б, позволяющей полнее использовать, модифицировать и дополнять исходную

информацию по мере ее накопления, с целью более точной оценки сейсмической опасности в соответствии с изменением данных об уровне сеисмическои

опасности исследуемой территории.

Результаты этого исследования, созданная база данных, выводы и рекомендации предназначены для использования при проектировании и возведении жилых зданий и ответственных сооружений в сейсмоопасных зонах. Они также могут служить основой повышения достоверности инженерно-геологической оценки территории возведения зданий и сооружении и прогнозирования развития природных и техногенных процессов в период строительства и при эксплуатации сооружений, а также для разработки новых критериев и организации грамотного и ответственного контроля над качеством проектирования и строительства жилых зданий и сооружений в районах с высокой сейсмической активностью.

Апробация работы и публикации. Результаты исследовании были представлены и доложены на ряде международных и республиканских конференций и совещаний, в том числе:

• на пятой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов КГУСТА, посвященной году образования и молодежи, Бишкек, 2000г.

• на республиканской конференции «Проблемы строительства и архитектуры на пороге XXI века», Бишкек, 2000г.

• на первом съезде инженеров, Бишкек, 2002г.

• на первом Казахстанско-Японском семинаре «Проблемы предотвращения последствий разрушительных землетрясений», Алматы, 2001г.

• на втором Казахстанско-Японском семинаре по предотвращению последствий разрушительных землетрясений, Алматы, 2002г.

• на пятом Казахстанско-Китайском симпозиуме «Современная геодинамика и сейсмический риск Центральной Азии», Алматы, 2003г.

• на международной конференции «Проблемы сейсмологии III

тысячелетия», Новосибирск, 2003г.

• на международной конференции «Проблемы механики и

сейсмодинамики сооружений», Ташкент, 2004г.

• на международной научно-практической конференции «Гис в Центральной Азии» ГИСЦА-05, Бишкек, 2005г.

• на третьем международном симпозиуме «Геодинамика и геоэкология высокогорных регионов в XXI веке», Научная станция РАН в г.Бишкеке, 2005г.

• на второй международной научно-практической конференции «Гис в Центральной Азии» ГИСЦА-08, Бишкек, 2008

• на четвертом международном симпозиуме «Геодинамика и геоэкология высокогорных регионов в XXI веке», Научная станция РАН в г.Бишкеке, 2008г.

• на пятом международном симпозиуме «Геодинамика и геоэкология высокогорных регионов в XXI веке», Научная станция РАН в г.Бишкеке, 2011г.

• на шестой международной конференции «ГИС в Центральной Азии», КГУСТА, Бишкек, 2012г.

• на международной научно-практической конференции «Инновации в области строительства и образования: становление, проблемы, перспективы» 1213 ноября, КГУСТА, Бишкек, 2012г.

• на международной научно-практической конференции «Насирдин Исанов - видный государственный деятель Кыргызской Республики. 1-2 ноября 2013г. КГУСТА, Бишкек, 2013г.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения. Общий объем работы составляет 158 страницы, в том числе 9 таблиц, 48 рисунков и 134 наименований использованных литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РЛВОТЫ

Введение раскрывает и научно обосновывает актуальность темы исследований и необходимость проведения данной работы.

В первой главе приведены основные данные для анализа сейсмической опасности территории, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу.

Данный раздел посвящен выявлению связи сейсмотектонических структур с проявлением сейсмичности в пределах исследуемого района. Для территорий, ограниченных пределами некоторой площади, например водохранилищ, необходимо учитывать влияние как активных, так и наличие других тектонических разломов. /

Анализ тектонических особенностей исследуемой территории позволяет сделать вывод о влиянии сейсмотектонических структур на характер проявления сейсмичности данной территории.

Особое внимание в данной главе уделено вопросу изученности влияния Токтогульского водохранилища Нарынского каскада ГЭС на сейсмический режим. Проблеме влияния гидротехнических сооружений и, в частности, Токтогульского водохранилища на сейсмический режим указанной территории посвящено много работ. Исследуемый район представляет большой интерес в плане дальнейшего повышения достоверности инженерно-геологической оценки возведения гидроузлов и прогнозирования развития природных и техногенных процессов в период строительства и при эксплуатации сооружения. Это связано с увеличением в настоящее время масштабов и ответственности инженерных объектов, все возрастающей сложностью природных условий участков проектируемых сооружений в горных условиях.

Приведен анализ исторической сейсмичности исследуемого района

Рассмотрена проблема влияния Токтогульского водохранилища на сейсмический режим в радиусе 25км от водохранилища. . ..Сравнение сейсмичности по трем периодам (1961-1974гг), (1974-1980гг.), (1981-20 Югг.) времени дало следующее.

Для всех рассматриваемых интервалов времени на территории Токтогульского водохранилища значительное количество слабых землетрясений с К<10 произошло на глубине до 5км и вблизи водохранилища до 5-10км (19746

1980гг., 1981-2010гг.). С удалением от водохранилища число землетрясений резко падает.

Многочисленные исследования района Токгогульского водохранилища, проведенные в различное время многими исследователями, подтверждают высокую сейсмичность исследуемой территории.

Изложены теоретические основы используемой методики.

В основе данной методики использованы теоретические разработки Гутенберга-Рихтера (1942), Корнели (1968), Бормана (1975), Эстева-Корнелли (1980), Синга (1980). Рейтера (1994), Уэлса и Копперсмита (1994), Бур и др. (1997); Абрахамсон и Сильва (1997).

Повторяемость землетрясений по данным источников тектонических разломов определяется из геологических норм скоростей смещения и «характеристик» и моделей частот по Гутенбергу-Рихтеру. Значения магнитуд землетрясений устанавливаются по протяженности разломов на основе расчета из соотношений Уэлса и Копперсмита (1994) Повторяемость емлетрясений для неизвестных источников оценивается по «сглаженной» исторической сейсмичности. Колебание грунта, вызванное землетрясением, является случайным событием и определяется из эмпирических регрессионных зависимостей, характеризующих движение грунта как логнормальное распределение, являющееся функцией расстояния и магнитуды.

С учетом вышеописанного с помощью данной методики для территории, ограниченной размерами 200X200 км в пределах территории, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу были получены вероятностные значения виковых ускорений на фиксированных периодах -0.1с, 0.2с, 0.5, 1.0с с вероятностью превышения 2% и 10% за 50 лет.

На рисунках 1 и 2 приведены карты распределения пиковых ускорений (PGA) при Т=0,1с для территории, ограниченной площадью 200Х200км, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу. Здесь также видно, что для карты с 10% вероятностью превышения за 50 лет PGA на первой карте и 2% вероятностью для второй имеют примерно одинаковую область распространения первой окружности, но в первом случае PGA=34-65%g, во втором - PGA=45-124%g, что соответствует восьми и девяти балльным зонам по шкале USGS. С увеличением спектральных периодов Т уменьшаются величины вероятностных пиковых значений ускорений. Существенных изменений претерпевают и размеры областей распространения тех или иных значений PGA.

Распределение пиковых значений ускорений показало, что территория вокруг Токгогульского водохранилища, ограниченная размером 200кмХ200км, попадает в область восьми балльной зоны при максимальных значениях ускорений PGA=34-65%g с 10% вероятностью превышения и девяти балльной зоны при значениях ускорений PGA=65-124%g с 2% вероятностью превышения за время ожидания 50 лет.

О 20 •«> 80

Усямши* обозв*ч««нк

Рагммяк-н-к*« РКА, <*»£> Т»Й.|« с

• »»пяти ирщмшпя»

г«** г» Мм*

тщтояк^скигржмомы ^

£13 г»0«1ф0»м<1«к»Г»*ми» «Щ! 18,34

т 1»-МШ>«м ^

ЩЁ Гнпагркск**

Рис.1. Карта распределения РОА, ТМЗДв на площади 200Х200км, прилегающей к Токгогульскому водохранилищу с 10% вероятностью превышения за 50 лет

обопм'ижи* Рм-пдоежми* РОА {»«#>Т"й,!е

Г~1 г«кхя*|юне**»11гр»и*й* 'ММ.

«злимдь. &5Ш

паюхрлнм я*н*т

Рис.2. Карта распределения РОА, Т=0,1 в на площади 200Х200км, прилегающей к Токтогульскому водохргнилишу с 2% вероятностью превышения за 50 лет

Проведен обзор по теоретическим основам сейсмостойкости зданий и сооружений и анализ нормирования сейсмических нагрузок.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований зданий и сооружений на действие землетрясений с неглубоким очагом. Как известно, неполнота данных о деформативных и прочностных свойствах грунтов при динамических нагрузках затрудняет вопрос теоретического изучения сейсмостойкости зданий и сооружений. Отсутствие в имеющихся материалах о повреждениях зданий и сооружений комплекса сведений о инженерно-геологических условиях, свойстве грунтов, записи сейсмических колебаний поверхности земли и сооружения осложняет возможность сделать какие-либо конкретные выводы и применить их для определенных видов строительства зданий и инженерных сооружений в сейсмическом районе.

При изучении сейсмостойкости зданий и сооружений наряду с анализом последствий землетрясений положительный результат дают и экспериментальные методы - модельный и натурный. Модельный эксперимент дешевле натурного, и его можно осуществлять в любое время многократно, но с небольшими погрешностями в результатах.

Модельные и натурные эксперименты позволяют нам определить точность результатов теоретических исследований и, кроме того, решить некоторые теоретические задачи для инженерных сооружений, например: механику передачи сейсмического воздействия на здание, удара лавины на конструкцию галереи, учет пространственной работы конструкции здания и искусственного

сооружения, установление слабых в сейсмическом отношении узлов конструкции здания, инженерного сооружения и т.д.

Как известно, экспериментально полученные динамические характеристики существенно отличаются от вычисленных по действующим нормам. Возможно, причина заключается в том, что расчетные схемы, по которым определяются динамические характеристики зданий, не в полной мере отражают реальную картину работы сооружений, вследствие невозможности аналитического учета таких факторов, как жесткость заполнения, уровень напряженного состояния, податливость основания, конструктивные особенности и т.д. В практике современного строительства стремительно растет учет комплексных факторов влияния на сейсмостойкость строительства. Рассматриваемая задача не нова, но, тем не менее, она остается все еще актуальной.

Рассмотрена задача определения собственных периодов колебаний различных зданий и сооружений экспериментально и их сравнение с расчетными данными. Для этого был проведен ряд экспериментов.

Экспериментальные исследования для определения собственных периодов колебаний зданий и сооружений проводились следующими методами: от оттяжки проводом, от ветра, микросейсм, от землетрясения и от возбуждения колебаний грунтового основания с помощью вибромашины; от удара на грунт груза массой 6т, сброшенного с высоты 10м.

После приложения короткого начального внешнего воздействия различные сооружения колеблются с собственным периодом колебания. Таким образом, полученные данные отражают упругую область деформирования изучаемых объектов.

Подробный анализ сейсмологических изменений в связи' С построением Токтогульского водохранилища позволяет сделать инженерный, научно обоснованный вывод о том, что количество слабых землетрясений на глубине до 5км и вокруг водохранилища до 10км в этом районе увеличилась в начале заполнения, но в дальнейшем такой четкой зависимости по некоторым годам не наблюдалось. Но, тем не менее, эти научные результаты дают предпосылки для расчета на сейсмостойкость при проектировании новых зданий и сооружений, а также обоснованно пересмотреть конструктивные решения, особенно фундаментную конструктивную часть.

В связи с вышесказанным следует особое внимание проектировщикам уделить на вертикальную составляющую сейсмического удара на здания и сооружения. Это воздействие воспримет фундамент. Так как в рассматриваемом районе на 95% проектируются ленточные фундаменты, исследовано воздействие на ленточный фундамент дополнительной динамической нагрузки при землетрясении.

На здание или сооружение передается переменная сейсмическая нагрузка со скоростью, которая зависит от свойств грунтов основания и окружающей грунтовой среды (Рис.3).

Рис. 3. Схема динамической системы

1- основание с воздействием сейсмической нагрузки;

2- ленточный фундамент;

3- здание или сооружение;

Колебания рассматриваемой системы: грунт, фундамент и здание, описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных:

где: Е,~ модуль упругости материала ¡- го слоя.

/,- момент инерции /- го слоя относительно оси - У;

3,- демпфирование <- го слоя;

- приведенный модуль упругости

г,— вертикальный прогиб г- го слоя;

х— абсцисса сечения балки;

г — время;

Скорость сейсмической волны в грунте обозначим - и; сечение балки

фундамента— СЛ= х-Ы.

Реакция динамической системы описывается уравнением (1) и подается периодическая сейсмическая сила: а(1)--ехр(ш>1)

В уравнении (2) реакция системы имеет вид: (ят,г) = ехр(Ш)1¥° («М») (2)

Результаты теоретических и экспериментальных исследований приведены как графики амплитудно-частотных характеристик основания - 1, фундамента - 2 и здания, сооружения - 3 при скорости движения сейсмической волны в грунте \=120км/ч.

Как известно, сейсмостойкость зданий и сооружений можно определить ее динамической жесткостью, т.е. замером частоты колебаний и логарифмическим декрементом. Это можно осуществить экспериментально или по теоретическим формулам. Исследования сейсмостойкости зданий и инженерных сооружений (мостов, подпорных стен, лавинно-защитных галерей, тоннелей, труб в насыпях,

аквидуков, виадуков) показывают, что при сейсмическом воздействии на эти сооружения, динамическая жесткость снижается. Это позволяет характеризовать пригодность этих сооружений для дальнейшей эксплуатации и степень возможности сопротивляться сейсмическим силам определенной интенсивности. Кроме того, после восстановительных работ, необходимых для дальнейшей эксплуатации, следует дать инженерно обоснованную характеристику эффективности проделанных работ.

Частоту собственных колебаний инженерных сооружений можно определить по эмпирической формуле:

-—ик (3)

где Н - высота здания или сооружения, м Ь - ширина здания или сооружения, м § — ускорение силы тяжести, м/с2 И. — расчетное сопротивление грунта основания, кг/м2 Ъ — деформироваиность здания до землетрясения 2=1, после - 0,9 р - коэффициент динамической жесткости сооружения. Анализ последствий землетрясений с неглубоким очагом, а также результаты экспериментальных исследований позволили выявить характер и особенность деформаций зданий и инженерных сооружений. В этих сооружениях в соответствии с вертикальной основной составляющей сейсмической волны наибольшим повреждениям подвергаются ригели и перекрытия сооружений, а также консольные части, что легко объяснить и соответствует элементарным расчетам. Следует отметить, что вертикальные части имели наименьшие деформации, т.к. при этих землетрясениях работают на сжатие и могут сопротивляться большим перенапряжениям, а консольные части и перекрытия сооружений подвергаются деформациям изгиба, поскольку имеют малый запас прочности. Частоты собственных колебаний инженерных сооружений показаны на рисунке 4.

Во всем мире в области строительства, для решения вопросов сейсмостойкости зданий и сооружений широко применяются новые, все более совершенные строительные конструкции и материалы.

120-

сооруж(.',1ю[1-т]

Рис.4. Частоты собственных колебаний инженерных сооружений.

1 - Результаты натурных измерений.

2 - Результаты расчетов по формуле (3). Сооружения: 1 - высокие здания; 2 - здания 1-3 этажа; 3 - галереи; 4 - мосты, подпорные стенки; 5 - трубы; 6 -трубы в насыпи; 7 - тоннели.

Но, тем не менее, в нашем регионе на сегодняшний день все еще широко используется строительство домов из местных материалов - кирпича-сырца, «сынч», «сокмо».

Исходя из вышесказанного, существует практическая необходимость в исследовании таких домов с целью усиления их от сейсмических воздействии и

других природных явлений.

С этой целью лабораторией «Сейсмостойкое строительство» кафедры «Проектирование, возведение зданий и сейсмостойкое строительство» КГУСТА им. Н.Исанова совместно с Центром инновационных технологий и фондом «Хабитат» была проведена серия экспериментов, том числе, и на модели дома из кирпича-сырца размером 2,5x3,5м на сейсмоплатформе. Модель дома из «кирпича сырца».

Для регистрации записи ускорений по трем составляющим: / -вертикальная, горизонтальные: X - восток-запад и У - север-юг были

использованы цифровые приборы Ою31§.

На записи колебаний модели дома из «кирпича сырца» виброплатформы 4 мая 2012г выделены отрезки записи: 1 отрезок - с 32000 до 36000, 2 - отрезок с 44000 до 48000, т.е. в интервале 20 секунд. Полная длительность записи 4 минут

26 секунд. .

На амплитудном спектре колебаний виброплатформы для отрезка 1, преобладающая частота по составляющим: оси Ъ - £=5,8 Гц или период Т-0,172 сек- X (В-3) - £=1,95; 3,9; 5,8 и 7,75 Гц или периоды Т=0,513; 0,256; 0,172; 0,129 сек; оси У (С-Ю) - ^=3,9; 5,8 и 7,75 Гц или периоды Т=0,256; 0,172; 0,129 сек. Для второго участка 2 преобладающая частота по составляющей Ъ - £=6,7 Гц или период Т=0,149 сек; по оси X (В-3) -1=6,7 Гц или периоды Т=0,149 сек; по У (СЮ) - £=3.4- 6,7 Гп или периоды Т=0,294; 0,149 сек соответственно.

Для модели дома из кирпича-сырца величина интенсивности колебании равная 60см/с2, при которой наступает разрушение, по шкале МБК-64 соответствует сейсмической интенсивности 8 баллов, а по ЕМ8-92 - 5 баллам.

Результаты эксперимента показывают, что данный тип дома подвергается разрушению при определенной величине ускорения, откуда следует, что полученный результат имеет рекомендательное значение с целью усиления данной конструкции для защиты от реальных сейсмических воздействий.

В третьей главе приведены расчеты по перемещению четырехэтажного кирпичного здания от воздействия сейсмических сил. При определении расчетных нагрузок по предельным состояниям основным требованием является то, что напряжения и усилия, возникающие в основных элементах здания и сооружения, а также их деформации и перемещения должны Оьггь близки к установленным предельным значениям и не превышать их. Это требование объясняется стремлением обеспечить устойчивость зданий и сооружений любой конструкции. Из сказанного по условиям прочности и устойчивости здании, действительные перемещения должны быть не больше допустимых и удовлетворять следующему неравенству: ^ Е^даиЗ (4)

где: - действительное перемещение к этажа здания;

12

[й^еп] - предельно допустимое перемещение к этажа здания.

Если значения напряжений и деформации существенно выше предельных, т.е. не соблюдается вышеуказанное условие, то потребуется дополнительное усиление элементов конструкций, что приведет к увеличению объемов строительных работ и перерасходу материалов, а, следовательно, к удорожанию стоимости зданий и сооружений. С другой стороны, увеличение напряжений и деформаций за предельные значения, приводит к разрушению здания во время землетрясения, и, следовательно, здание или сооружение не будет удовлетворять условиям нормальной эксплуатации.

Поскольку жилая застройка небольших городов исследуемого района представлена большей частью кирпичными четырехэтажными домами, то приведены некоторые расчеты на сейсмические нагрузки, проведенные программным комплексом «Лира» для этого типа здания.

Приведены расчетные данные по перемещению данного здания в результате сейсмического воздействия интенсивностью 9 баллов. Диапазон перемещений по оси X соответствует диапазону от 0,0631-6,32мм; У находится в интервале 0,0052-5,92мм и 2 - 0,264-2,02мм. Причем следует отметить, что для X направления повреждения будут характерны в углах примыкания несущей продольной стены с перекрытием от начала до конца и по торцовой стене. Для направления У наибольшие перемещения соответствуют всему уровню перекрытия и в углах пересечения ее с несущей продольной стеной. От действия вертикальной составляющей сейсмической силы 7. наибольшие перемещения отмечаются небольшой областью левее поперечной оси здания в уровне I перекрытия.

Частота собственных колебаний данного дома Т=0,21сек.

Рисунок 5. демонстрирует прогиб здания в результате воздействия сейсмических сил в направлении У. Величина отклонения верхнего уровня здания при заданных параметрах расчета равна примерно 6мм.

Рис. 5. Перемещение от сейсмических воздействий по составляющей У верхнего уровня здания - 5,92мм.

Четвертая глава посвящена результатам оценки сейсмического риска и уязвимости жилой застройки г. Каракуль.

Общая площадь жилищного фонда г. Каракуль оценивается приблизительно в 0,4млн. кв. м общей площади. На структуру застройки города значительное влияние оказало почти двукратное увеличение жилищного фонда в период 1970-1985 гг. за счет массового строительства кирпичных жилых домов по типовым проектам. В структуре городской застройки высока доля кирпичных зданий - 60%, большую часть которой составляют сейсмостойкие здания.

Проблема сейсмического риска связана с ключевым понятием уязвимости застройки. Под уязвимостью объекта риска понимается свойство сооружения терять свои качественные или количественные показатели надежности и безопасности вследствие какого-либо воздействия.

При оценке сейсмической уязвимости наиболее распространенным в настоящее время является метод спектрального смещения (спектральной несущей способности), основанный на кривых уязвимости. Имеющееся в мировой практике большинство исследовательских работ показывает широкое признание и применение этого метода.

Метод спектрального смещения (спектральной несущей способности), основанный на кривых уязвимости для оценки сейсмических потерь, базируется на численном анализе конструктивных типов. Это способ аналитического вычисления соотношений уязвимости (кривые уязвимости). Данный простой метод позволяет оценить реакцию конструкции по спектральным кривым. Спектральная кривая обычно определяется из упругого спектра реакции ускорений, построенного в зависимости от спектрального ускорения и спектрального смещения. Спектральная кривая несущей способности, характеризующая способность сооружения деформироваться с различной степенью сопротивления, обычно строится из анализа процесса "нагружение-разгрузка", как зависимость деформаций от спектральных ускорений и спектральных смещений. Основная идея метода спектральной несущей способности состоит в том, что ожидаемая средняя реакция определена пересечением спектральной кривой и спектральной кривой несущей способности.

Существует кодированная система типизации зданий, используемая специалистами Кыргызского НИИП Строительства и адаптированная для среднеазиатского региона. На основе этого построены графики спектральных смещений, основанные на кривых уязвимости, для низко и средней этажности различных типов зданий г. Каракуль.

Параметры кривых уязвимости и несущей способности по искомым конструктивным типам зданий заданы для различных уровней повреждений: легкого, умеренного, обширного и полного соответственно.

В результате проведенной классификации зданий на территории г. Каракуль выделено 7 конструктивных типов зданий: одно- и двухэтажные деревянные дома, крупнопанельные пятиэтажные, монолитные четырехэтажные, одноэтажные и четырехэтажные кирпичные дома, возведенные с сейемозащитными мероприятиями, индивидуальные саманные дома, построенные без учета норм и правил сейсмостойкого строительства.

На основании анализа кривых уязвимости по данным типам зданий выявлено, что наиболее сейсмостойкими являются монолитные и крупнопанельные дома. Затем за ними по степени уязвимости следуют деревянные одно и двухэтажные дома, кирпичные одно- и четырехэтажные. Индивидуальные глинобитные дома замыкают эту череду, являясь самой неустойчивой конструктивной группой.

На рисунке 6 приведена карта вероятностного риска жилых зданий г. Каракуль по типам застроек: многоэтажные, построенные с учетом норм и правил сейсмостойкого строительства, частные одноэтажные дома с элементами сейсмозащиты и дома частного сектора без учета антисейсмического усиления. Последний тип жилых строений выделен на рисунке оранжевым цветом - с наибольшим риском повреждений.

На рисунке 7 приведена карта вероятностного сейсмического риска зданий и сооружений в пределах 25 км радиуса от границ Токтогульского водохранилища. На рисунке красными квадратами отмечены населенные пункты, вероятность сейсмического риска которых наиболее высока, сиреневыми -выделены поселки со средним уровнем сейсмического риска и зелеными ромбиками - сооружения ГЭС, сейсмический риск которых наиболее минимален.

Экономическая эффективность и результативность проведенных исследований может быть оценена исходя из того, что оценка сейсмического риска позволит снизить социальный, экономический и экологический риск в сейсмических районах Кыргызстана, уменьшить потери, понесенные населением в результате разрушительных землетрясений, создать условия для функционирования систем жизнеобеспечения при наступлении сейсмических событий и ликвидации их последствий, минимизировать ущерб, наносимый зданиям и сооружениям в результате сейсмических проявлений.

Условные обозначен»

Реки ........ второстеик. дороги

Х'Ш. Частом без норм -Основная дорога

ЩЦ Многоэтажные ЩЦ Частный сектор

Рис. 6. Карта вероятностного риска жилых зданий г.Каракуль с выделением участков застройки с различной уязвимостью.

о 5 Ю 20 кт

Условные обозначения

[ | Гранина обл.

л Низкий уровень —......Текгоннческийразлом

«й""г"тск0 _ Напьто-Чичк>ш. 1..3 Р«™1?™25«"

■ — Д»Р°".

_ Высокий уровень щщ Токггог. водохр. - Рски

■ сейсмич. ряска

Рис 7 Карта вероятностного сейсмического риска жилых зданий и сооружений на территории, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу

Основные выводы

1 Сейсмологические исследования окружающей площади Токтогульского водохранилища позволили уточнить ее сейсмическую активность, а также выявить повторяемость землетрясений и определить среднюю глубину очага новых сейсмических проявлений. Результаты этих исследований дают^щзможность научно обосновать необходимость учета вертикальной составляющей сейсмического воздействия на здания и инженерные

сооружения в зоне исследований.

2 Проведенные научные исследования позволяют рекомендовать во вновь проектируемых зданиях и инженерных сооружениях в зоне выявленного влияния Токтогульского водохранилища дополнительно рассчитывать ригели, перекрытия и своды на вертикальную составляющую сейсмического воздействия, с использованием наших теоретических и экспериментальных исследовании.

3 Для оценки сейсмических потерь был применен метод спектрального смещения (спектральной несущей способности), основанный на кривых уязвимости.

4 Анализ сейсмической уязвимости жилой застроики показал, что основные факторы, обеспечивающие сейсмостойкость сооружений касаются конструктивных решений и технического состояния здании, построенных в различные периоды формирования городской среды. Анализ кривых уязвимости по данным типам зданий г. Каракуль выявил, что наиболее сейсмостойкими являются монолитные и крупнопанельные дома. Затем за ними по степени уязвимости следуют деревянные одно и двухэтажные дома, кирпичные одно- и

16

четырехэтажные. Индивидуальные глинобитные дома являются самой неустойчивой конструктивной группой.

5. В результате проведенных исследований разработана карта-схема зонирования жилой застройки района исследования по величине сейсмического риска и конструктивной уязвимости. Значительному сейсмическому риску с 95% разрушений жилых строений могут быть подвергнуты населенные пункты, находящиеся в пределах радиуса 25км от водохранилища. В зоне со средним уровнем риска окажутся города Токтогул, Каракуль. Сооружения каскада ГЭС - с наименьшим уровнем сейсмического риска. Карта позволяет определить стратегию градостроительной политики усиления существующих зданий и провести комплекс мероприятий по предотвращению возможных и компенсации реальных ущербов от землетрясений.

6. Экономическая эффективность результатов исследований заключается в снижении социального, экономического и экологического риска в сейсмических районах Кыргызстана, уменьшении потерь, понесенных населением в результате разрушительных землетрясений, минимизации ущерба, наносимого зданиям и сооружениям в результате землетрясений.

Основные результаты исследований опубликованы в работах:

1. Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А. Исследование взаимодействия колебаний грунта и трехэтажного дома, расположенного в зоне свыше 9 баллов. [Текст] / Проблемы механики. Ташкент: ФАН АН Республики Узбекистан, 2004,-№4.-С. 27-30.

2 Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А. Изучение сейсмичности территорий каскада Нарынских ГЭС за 1991-2001гг. [Текст]/ Гидротехническое строительство. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2005,- №4,- С.23-25.

3. Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А. Сейсмичность территории Токтогульского водохранилища за период 1961-2006гг. [Текст] /Гидротехническое строительство. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2007.- №9.- С.28-34.

4. Шуйфер М.И., Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А., Добрынин И.А, Исследования сейсмобезопасных условий возведения плотины Камбаратинской ГЭС-2). [Текст] /Гидротехническое строительство. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2009.-№12.-С. 17-25.

5. Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А. Предварительные данные сейсмического микрорайонирования участка г. Бишкека (ширина охвата 300 м от оси дороги по ул. Фучика и от пр. Жибек-Жолу до БЧК). [Текст] /Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы. Москва-Бишкек. - 2009.- С. 237-240.

6. Егембердиева К.А. Вероятностный сейсмический риск территории, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу. [Текст] / Наука и новые технологии, Бишкек, 2011.- №1. С.53-58

7. Егембердиева К.А. К вопросу о сейсмических воздействиях на здания и сооружения определенной территории в вероятностных значениях пиковых ускорений. [Текст] /Известия вузов, Бишкек, 2011. -№2,- С.76-82.

8. Егембердиева К.А Сейсмическая уязвимость жилых зданий на примере населенных пунктов, близлежащих к Токтогульскому водохранилищу. [Текст] / Известия вузов, Бишкек, 2011. -№3,- С. 72-74.

9. Егембердиева К.А Вероятностный сейсмический риск зданий и сооружений в регионе Токтогульского водохранилища. [Текст] / Интернет-журнал ВАК, 2011.www.nakkr.kg.

10. Абдужабаров А.Х., Егембердиева К.А., Таиров Т.С. Влияние изменения сейсмологической ситуации на динамику зданий и сооружений. [Текст] /Вестник КГУСТА, Бишкек, 2012,- №2 (36). - С. 157-160.

11. Абдужабаров А.Х., Егембердиева К.А. Воздействия на здания и сооружения вертикальной составляющей сейсмической волны. [Текст] / Мат. Межд. науч.-пр. конф. «Инновации в области строительства и образования: становление, проблемы, перспективы» 12-13 ноября, КГУСТА, Бишкек, 2012г. // Бишкек: Вестник КГУСТА, 2012.- № 4. - С. 89-92.

12. Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А., Камчыбеков Ы. Анализ перемещения кирпичного здания под воздействием сейсмических сил. [Текст] / Бишкек: Вестник КГУСТА, 2012.- № 1(39). - С. 13-17.

13. Манатов Ж.Ы., Куликов В.И., Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А., Камчыбеков Ы., Шамшиев Н.У., Андашев А.Ж, Сансызбаев С.М. Результаты экспериментального исследования моделей домов из «кирпича-сырца», «сынч» и «сокмо» на виброплатформе. [Текст]/Мат. Межд. науч.-пр. конф. «Инновации в области строительства и образования: становление, проблемы, перспективы» 1213 ноября, КГУСТА, Бишкек, 2012г./ Бишкек: Вестник КГУСТА, 2012.- № 3(37). - С. 57-66.

14-Ордобаев Б.С., Егембердиева К.А. Исследования форм сейсмических разрушений зданий при воздействии сейсмических нагрузок. [Текст] / Наука и

новые технологии, 2012. -№9.

15-Ордобаев Б.С., Егембердиева К.А. Некоторые вопросы по ударно-волновой концепции сейсмического разрушения сооружений. [Текст]/ Известия вузов, 2012г. - №7.

РЕЗЮМЕ

Егембердиева Кулия Абдыкаимовна

«Токтогул суу сактагычынын аймагындагы турак уйлордун жана имаратардын сейсмотуруштуулугу» деген темада 05.23.01 - курулуш конструкциялары, турак

уйлер жана имаратгар, 25.00.10 - геофизика, адистиги боюнча техника илимдеринин кандидатынын окумуштуулуук наамын алууга арналган диссертация.

Тушундурме сездер: сейсмотуруштуу, жер титирее, магнитуда, энергетикалык класс, сейсмикалык кооптулук, сейсмикалык риск, максималдык ылдамдык, сейсмикалык жецилердик, сейсмикалык бузулуу, турак уйлор, курулуштар, сейсмикалык жоготуулар.

Диссертациялык жумуш Токтогул суу сактагычынын аймагындагы турак уйлердун жана курулштардын сейсмотуруштууулугун балоого арналган.

Жаны методикасынын жардамы аркылуу изилденип жаткан аимактын белгиленген убакытгар 0.1с, 0.2, 0.5с, 1.0с, боюнча ыктымалдуулуктуп 2% жана

10% боло турган сейсмикалык коркунучтардын картасы 50 жылдык убакытка тузулген. Каракел шаарындагы курулуштардын мумкун боло турган жоготууларын спектралдык жылышуу ыкмаларынын негизинде эсептелген. Токтогул суу сактагычынын аймагындагы калктуу пунктардын жана Каракел шаарыньтн турак-жайларынын сейсмикалык рискинин картасы тузулду.

РЕЗЮМЕ

диссертации Егембердиевой Кулии Абдыкаимовны нате^: «Сейсмостойкость зданий и сооружений в зоне Токтогульского водохранилища» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.23.01 -строительные конструкции, здания и сооружения и 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Ключевые слова: землетрясение, магшпуда, энергетический класс, сейсмическая опасность, сейсмический риск, максимальное ускорение, уязвимость, сейсмостойкость, сейсмические повреждения, жилые здания, сооружения, сейсмические потери.

Диссертационная работа посвящена оценке сейсмической опасности и уязвимости зданий и сооружений в районе Токтогульского водохранилища.

С помощью новейшей методики получены карты сейсмической опасности исследуемой территории на фиксированных периодах 0.1с, 0.2с, 0.5, 1.0с с вероятностью превышения 2% и 10% за 50 лет. Проведен анализ уязвимости жилой застройки г. Каракуль в зависимости от конструктивных типов зданий для оценки сейсмических потерь, основанный на методе спектральных смещений

Получены карты-схемы зонирования сейсмического риска жилой застройки г. Каракуль и •' населенных' пунктов на территории, прилегающей к Токтогульскому водохранилищу.

THE RESUME

Egemberdiyeva Kuliya Abdykaimovna

«The seismic resistant of residential buildings and constructions in a zone of the

Toktogul reservoir» The dissertation for completion of the Candidate of Technical Sciences degree.

05.23.01 - building structures, buildings and constructions and 25.0010 -geophysic, geophysical method search of minerals.

Key words: earthquake, magnitude, energy class, seismic hazard, seismic risk, peak ground acceleration, vulnerability, seismic resistant, seismic damages, residential buildings, constructions, seismic losses.

Dissertational work is devoted an estimation of seismic hazard and vulnerability of residential buildings and constructions in region of the Toktogul reservoir. The seismic hazard maps are received by means the news methodology for investigated territory on the fixed periods 0.1c, 0.2c, 0.5, 1.0c with 2 % and 10 % probability of exceedance in 50 years.

The estimation of possible losses for residential buildings of Karakul based on a method of spectral displacement is done. Maps of seismic risk of residential buildings of Karakul city and the territory adjoining to the Toktogul reservoir are received.

Егембердиева Кулия Абдыкаимовна

СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ЗОНЕ ТОКТОГУЛЬСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат 60x84 1/16. Объем 1,25 п. л. Бумага офсетная. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ 89

720023, г. Бишкек, ул. Малдыбаева, 34, б Кыргызский государственный университет строительства, транспотра и архитектуры им. Н.Исанова