Жер титиртүүгө бузулгандыкта болгон аймактарда болгон челик конструкциялардын сейсмикалык иштешүүсүнүн талдоосу

Жер титиртүүгө каршы проектирлөөнүн принципттери жана болот конструкциялар үчүн коддогу талаптардын аткарылышы

Жетиштүүлүк дизайнынын философиясы жана заманбап болоттун жер титиртүүгө каршы коддорундагы иштешүү негизинде турган максаттар

Бүгүнкү күндө болот конструкциялар үчүн куруу нормалары «мүмкүнчүлүк дизайны» философиясын негизге алат. Негизинде, бул түзүлөттөрдүн адамдардын өмүрүн биринчи орунга коюп, белгилүү бир жолдор менен кулап кетишин талап кылат. Башкача айтканда, зыяндын негизги жүктөрдү кармап турган конструкциялык бөлүктөрдөн алыстап чыгарылышы керек. Бул нормалар белгилүү бир иштешүү максаттарына негизделген. Түзүлөттөр кичинекей титирөөлөрдөн кийин да иштеп турганын камсыз кылуудан баштап, сейсмикалык активдүүлүктүн сейрек кездешүүчү ири жаңжалдарында толугу менен кулап кетпөөсүн камсыз кылууга чейинки ар кандай землеттреслерди чыдай алып турат. Бул үчүн инженерлер күчтүүлүк иерархиясын түзөт. Мисалы, көчөттөр, балкалардын учтары жана балкалардын ортосундагы панелдик аймактар колонналар сыяктуу негизги конструкциялык бөлүктөр чыдамдуулугунан мурун бүгүлүп, энергияны жутуп алып турат. SAC Фаза II изилдөөлөрү балка-колонна бириктирүүлөрү туурасында кызыктуу маалымат берген: алардын туура курулган учурда трещиналар пайда болбостон 0,04 радианга чейин бурулууга мүмкүнчүлүк бар. Жер титирөөлөрүнөн кийинки реалдык сыноолор да бул тезиске расмий тастык берген: бул эрежелерге ылайык курулган түзүлөттөрдүн бириктирүү нукталарында көрүнүп турган проблемалардын саны 40 процентке азайган. Ошондой эле, финансылык жактан айтканда, бул принциптерге ылайык курулган түзүлөттөрдүн узак мөөнөттө түзөтүү чыгымдары илгерики методдорго караганда жакында үчтөн бири гана түзүлөт. Демек, бул инженердик деталь катары гана көрүнсө да, туура чыдамдуулук адамдардын коопсуздугун камсыз кылууда жана узак мөөнөттө акчаны сактоодо чындыгында маанилүү роль ойнойт.

Дуктилдүү болоттун каркасдык системалары үчүн AISC 341, Eurocode 8 жана GB 50011 стандарттарында көрсөтүлгөн негизги талаптар

Дүйнөнүн ар кандай жерлеринде сейсмикалык курулмалардын коддору жер титирөөлөрдүн убактысында болот конструкциялардын сынбай, башкача айтканда, ийлип калуу мүмкүнчүлүгүн камсыз кылуу үчүн катуу, бирок ар түрлүү эрежелерди белгилейт. Американын болот курулмалар институтунун AISC 341 стандарты айрым моменттук рамкалар үчүн белгилүү талаптарды коюп, этаждардын бири-бири относительносында чыгышын 2,5% чамасында чектейт. Ошондой эле, белгилүү бир туташтырууларга CVN сыноолору деп аталган, минус 20 градус Цельсий температурасында болот үлгүлөрүнүн энергиялык жутуу көрсөткүчүнүн жок дегенде 27 джоуль болушу талап кылынат. Ал эми Кытайда GB 50011 коду башка ыкма менен иштейт: ал кыртыштардын жергиликтүү чөгүшүнүн убактысын контролдойт жана кыртыштардын туурасынын калыңдыгына карата максималдуу чектөөлөрдү киргизет; бул чектөөлөр квадрат тамыр жана акыркы чыдамдуулуктун формуласына негизделген. Бардык бул ар түрлүү стандарттар бир нече негизги идеяларды башташат:

• Туташтыруулардын ийгилчилиги алгычыл таанылган моменттук байланыштар 0,04 рад айлануу сыйымдуулугун көрсөтүшү керек (GB 50011), AISC 341 жана Eurocode 8 стандарттарында соңку маанилер 0,03 рад жана 0,025 рад деп белгиленген
• Күч иерархиясы колонна-балка номиналдык күчтүүлүк коэффициенти 1,2ден жогору болушу керек, анткени пластиктиктин шарнирлери балкаларда башкача айтып багытталып пайда болушу керек
• Сапатты так чекүү критикалык зоналардагы толук тереңдиктеги оюк түзүлгөн доктарга ультраүн тестирилүү мажбурлугу бар

Бул жыйынтык катары катаал үйрөнүлгөн сабактар — атап айтканда, 1994-жылдын Нортридж землеттреси, анда кеңири таралган туташуулардын сыныгы дуктилдүүлүктүн жетишсиздигинин последицаларын ачып берген. Гармонияланган положениялар халыкара долбоорлор боюнча бирдей коопсуздук стандарттарын камсыз кылат, бирок аймактык коркунуч деңгээлине ылайыкташтырууга мүмкүндүк берет.

Челектердин сейсмологиялык талдоосу үчүн алдыңкы ыкмалар

Жооп спектрдик талдоо: Тезиси, чектөөлөрү жана дүз эмес жана дүз эмес болгон челиктер үчүн интерпретациясы

RSA – бул инженерлердин жер титиртүү учурунда болот курулмаларга кандай чыдамсызлык күчтөрү таасир этээрин аныктоо үчүн колдонгон негизги ыкмалардын бири, айрыкча салмағы жана катуулугу курулманын бүтүн башында бирдей таркашкан жөнөкөй каркасдык конструкциялар менен иштегенде. Бул ыкманын иштешине жооптуу нерсе – модалдык суперпозиция деп аталган нече, ал жалпысынан бардык термелүү шаблондорунун 90% тан гана үчтөн бешке чейинки термелүү режимдери менен жетишет. Бирок бул жерде белгилеп өтүшкө баарыбат нерсе бар. Эгер курулмалар татаал болсо – мисалы, курулма таптакыр бургуланып кетсе, этаждардын бийиктиги оңой төмөндөсө же курулманын айрым бөлүктөрү башкаларына караганда ачык көрүнүштүү түрдө жумшак болсо, RSA ыкмасынын натыйжалуулугу төмөндөй баштайт. Бул татаал жагдайлар курулманын ар кандай бөлүктөрүнүн ортосундагы татаал өз ара таасирлешүүлөрдү камтып, RSA ыкмасы аларды туура эсептей албайт. Ошондуктан тажрыйбалуу конструкциялык анализаторлор бул татаал конструкциялар менен иштегенде SRSS же CQC сыяктуу багыттык кошулуш техникаларын колдонот. Алар RSA натыйжаларына көз карандысыз ишенбейт, анткени бул ыкма кээде негизги түйүндөрдөгү чыдамсызлык күчтөрүнүн чынайы топтолушун так аныктай албайт. Жакынкы заманда өткөрүлгөн сыноолордо RSA натыйжаларынын чынайы өлчөмдөрдөн (Journal of Constructional Steel Research, 2022) 25% дан ашык чатыгын көрсөткөн. Ошондуктан курулма белгилүү татаалдык чегинен өткөндө, көпчүлүк профильдүүлөр коопсуздук үчүн тезис-сызыктуу анализдөөнүн куралдарын колдонот.

Убакыт-тарыхы боюнча талдоо ыңгысынын текшерүүсү: Крайстчерчтеги 12 катарлуу моментке каршы көтөрүлгөн болот имаратынан алынган сабактар

Тынчтыкка чейинки убакыт-тарыхы боюнча талдоо, же жалпысынан THA деп аталганы, 2011-жылы Крайстчерчте болгон ири жер титиртүүдө 12 катарлуу болот имаратынын чындыкта кандай иштегенин аныктоодо баш ролду ойногон. Инженерлер чын жер титиртүүсүнүн маалыматын өз моделдерине киргизип, сайтта чындыкта болгондорду жакшы кайра түзүшкөн. Алар структуранын күчөнгөн жерлеринде этаждар ортосунда 10% чамасындагы чыгышты көрүшкөн, бир нече балкалар менен колонналардын жарым-жарым пластикалык деформацияга учурап жатканын байкаган жана колонналардын негиздери күч таасири астында кандай деформацияланганын баакылап көрүшкөн. Бул компьютердик моделдерди чындыкта болгондор менен салыштырганда, зор кызыктуу нерселер пайда болуп, жер титиртүүдөгү конструкциялык ылдамдыктын түшүнүгүн өзгөрткөн.

• Төмөн циклдуу чыдамдыктын төмөндөшүн көрсөтүү үчүн бириктирүүчү моделдерди такташ керек болгон
• Топурак-конструкция өз ара аракеттешүүсү ичиндеги күчтөрдүн кайрадан таркашуусун маанилүү даражада өзгөрткөн
• Qалдык чыгыштарды болжоо үчүн P-дельта таасири маанилүү болгон — аны эсепке албаганда, орун алмашуулар 40% кем бааланган

Бул натыйжалар THA-нын иштешүүгө негизделген долбоорлоодо, айрыкча комплекстүү же жогорку салымдуу конструкциялар үчүн баалуулугун далилдейт. Точнуу болот материалдардын моделдөөсү — Бойшингер таасири, изотроптук/кинематикалык катуулануу жана деформациянын тездигине сезгичтик — менен бирге колдонулганда THA кодго негизделген текшерүүлөрдөн ашып, чын сейсмик чыдамдуулукту сандык түрдө белгилейт.

Болот конструкциялардагы деформациялыккычтык, энергиянын чачырануусу жана материалдын ылдамдыгы

Гистерезис энергиясынын жутулушу өлчөнгөн: W-формалуу баш-колонна байланыштары боюнча SAC Фаза II талдоосунун натыйжалары

SAC Phase II долбоору бизге жер титирөөлөр учурунда болоттун моменттук каркастары кандай энергияны жутуп алганын чындыкта жазылып турган маалыматтарды берди. Сынамалар W-формалуу баш-колонна бириктирүүлөрү кайталанган жүктөмдөргө дуушар болгондо ар бири 740 килоджоуль энергияны жутуп алгандыгын көрсөттү. Баштардын кабыргалары да көп ийилген, баштапкы күчүнүн 80% чамасын сактап, 0,06 радиандан ашык бурчка бурулган. Кызыктуусу, панельдик зоналар каркаста чачыранган бардык энергиянын 35–40 процентин түзүшкөн. Бул аймактар структуралык кемчилик эмес, башкача айтканда, алар контролдолгон ийилүүгө ыңгайланып, максаттуу түрдө проектиленген. Бул түшүнүк каркастардын бириктирүүлөрүнүн канча бурчка бурулууга чыдамдуу болушу керээси жана панельдик зоналарга кандай түрдө күчөтүү коюлушу керээси жөнүндөгү имараттардын коддорун толугу менен өзгөрттү. Негизги натыйжа? Болот имараттарды жер титирөөгө каршы кылууда бардыгын да толугу менен катуу сактоо маанилүү эмес. Тескерисинче, белгилүү бөлүктөрдүн башкача айтканда, алардын күтүлгөн ийилүүлөрүнө мүмкүнчүлүк берүү сейсмикалык коопсуздук үчүн негизги шарт болуп саналат.

Пластичност–күч араалыгындагы компромисс: Ашыкча долбоорлонгон байланыштар системалык деңгээлдеги жер титирөөгө чыдамдуулугун кандай төмөндөтөт

Байланыштардын күчүн ашыруу капаситеттик долбоорлоонун негизинде жаткан күчтөрдүн балансын бузот. Эгерде зилзала учурунда байланыштар эластик калса, анда пластиктиктин шарнирлери көбүнчө колонналарда, этаждарда же тилкелерде пайда болот, алар бул түрдөгү күчтөрдү чыдай албашы мүмкүн. Бул түрдөгү жалган күч иштеп турганда, тез жана коркунучтуу кыйрылууларга алып келет. Изилдөөлөр байланыштардын күчү талап кылынган деңгээлден 1,5 эсе ашып кеткенде, колонналардагы зыяндын көрсөткүчү 40% га чейин көтөрүлөт. Капаситеттик долбоорлоонун негизги максаты — башкы конструкциялык бөлүктөрдүн бузулушунан мурун байланыштардын бузулушун камсыз кылуу. Бул энергияны бир жерге жыйналганда эмес, башкача айтканда, бина ичинде контролдолгон ыкмада таркатылышын камсыз кылат. Жакшы деталдандыруу коопсуздукту төмөндөтүүгө алып келбейт. Тескерисинче, ал структураларды жашоо системаларына окшош кылат: алар чоң шоктарды сиңире алышы менен негизги жүктөрдү кармап туруу кабилетин сактап калат.

Башка түзүлүштөр үчүн жогорку өнүмдүүлүктүү эластик байланыш системалары

Бүгүнкү заманбак жер титиртүүгө каршы куруу иштеринде инженерлер стальдан жасалган биналарда кыйынчылыкка учурабыз деген тез чатырмаларды болтурбай, титиртүүдөн пайда болгон энергияны башкарууга жардам берген атайын пластиктуу бириктирүүлөрдүн жардамына көп таянат. Биз мындай RBS-бириктирүүлөрдүн (балка белгилүү нукталарда жупураат), BRB-системалардын (басылуудан чатырбай турган) жана маанилүү болгон болттолгон бириктирүүлөрдүн (сынып кетпей, алгачкы этапта гана аздап жылгып кетүүгө мүмкүндүк берген) жөнүндө сүйлөбүз. Бул компоненттер күч таасири астында баштапкыдан эле оңой ылдамынан бүгүлүп, бүкүлүп, көп жолу чоң деформацияга чыдай алат, бирок толугу менен сынып кетпейт. Аткаруу негизинде инженердик иштин бардык максаты – бул бириктирүүлөрдү бир нече жер титиртүү циклы боюнча күчүн жана катуулугун сактап калууга жетектөө, бул толук бина колдонууго жарамсыз болуп калышынын мүмкүнчүлүгүн төмөндөт, анткени бул глобалдык деңгээлде иркектелген жер титиртүүлөрдөн кийин бир нече жолу көрүлгөн. SAC Фаза II изилдөөсүнүн натыйжалары анык көрсөтөт: моменттук рамаларда жакшыртылган пластиктуу бириктирүүлөр болгондо, алар титиртүүдөн пайда болгон энергияны 15%дан ашык сиңире алат, ал эми байыркы катуу бириктирүүлөрдүн учурда бул көрсөткүч төмөн. Бүгүнкү куруу нормалары бул бириктирүүлөрдүн сынып кетпей чейин канча радиан айланууга чыдай ала турганын строгото текшерүүнү талап кылат, адатта минимум 0,03 радиан айлануу сыйымдуулугу керек. Толук жүзөгө ашырылганда, бул бириктирүүлөр адаттагы сталь конструкцияларды акылдуу кылат: алар белгилүү бөлүктөрдүн максаттуу деформациялануусу аркылуу сейсмологиялык шокторду сиңирет, бирок негизги конструкциялык системаны адамдарды жана жабдууларды коопсуздук менен камсыз кылууга жетиштүү даражада сактап калат.

ККБ

Сейсмикалык коддордо кубаттун долбоорлоо философиясы деген эмне?

Кубаттун долбоорлоо философиясы башкы жүктөрдү ташуучу компоненттерден айрылган жерлерде өзгөрүштөрдүн болушуна жол ачып, адамдардын өмүрүн коргоого баштапкы орун берет.

AISC 341, Eurocode 8 жана GB 50011 стандартдары челик конструкцияларга талаптарды кантип стандартизациялайт?

Бул коддор челик имараттардын землеттүрүшкө туруктуулугун камсыз кылуу үчүн пластичностик, күч иерархиясы жана сапа камсыз кылуу боюнча белгилүү критерийлерди камтыйт; алар глобалдык деңгээлде окшош коопсуздук чегине жетүүгө мүмкүндүк берет.

Инженерлер кандай учурда реакция спектринин анализинен айрыкча түз эмес анализди колдонушу керек?

Инженерлер реакция спектринин анализи татаал өзара аракеттешүүлөр жана керне распределениясын эсепке албаганда, түз эмес структуралар менен иштегенде түз эмес анализди тандашы керек.

Землеттүрүш учурунда челик конструкцияларда пластичностик кандай роль ойнойт?

Пластичностик челик имараттын белгилүү бөлүктөрүнүн керне астында болжолдуу чачыранууга мүмкүндүк берет, энергияны чачыратат жана сейсмикалык коопсуздукту жогорулатат.

Модерн челик конструкцияларда айрыкча пластичдүү бириктирүүлөр неге маанилүү?

Бул байланыштар жер титирөөнүн энергиясын сиңирип, жер титирөө учурунда андагы кэсиптештик талаптардын бузулушун жана имараттын бүтүндүгүн сактоону камсыз кылат.