Зілтестілікке төзімді құрылыстарды зерттеу

Землетрудүргілік құрылыстар: ғимараттар мен көпірлерді жер сілкінісінен қорғау, конструкцияны дұрыс жобалау, қауіпсіздік пен төмен шығындар.

17 мин оқу

100%

Дереккөз: Earthquake engineering — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Жер сілкінісіне төзімді құрылымдарды зерттеу

Жер сілкінісі инженерлігі – ғимараттар мен көпірлер сияқты құрылыстарды жер сілкінісін ескере отырып жобалайтын және талдайтын, инженерлік ғылымның салааралық саласы. Оның басты мақсаты – мұндай құрылыстарды жер сілкінісіне қарсы тұруға көбірек бейімдеу. Жер сілкінісі (немесе сейсмикалық) инженерінің мақсаты – шағын жер сілкінісінде зақымданбайтын, ал күшті жер сілкінісінде ауыр зақымдарға ұшырамаса немесе құлап кетпесе құрылыстар салу болып табылады. Дұрыс жобаланған құрылым міндетті түрде аса мықты немесе қымбат болуы шарт емес. Ол сейсмикалық әсерлерге төтеп беруге және қабылданатын деңгейдегі зақымды сақтауға мүмкіндік беретіндей етіп жобалануы керек.

Сейсмикалық жүктеме

Сейсмикалық жүктеме – құрылысқа (немесе геоқұрылысқа) жер сілкінісінен туындаған тербелістің әсер етуі. Бұл құрылыстың жермен, басқа құрылыстармен немесе цунами толқындарынан пайда болатын гравитациялық толқындармен жанасқан беттерінде жүзеге асады. Белгілі бір жерде күтілетін жүктеме инженерлік сейсмология арқылы есептеледі. Ол аймақтың сейсмикалық қауіп деңгейімен байланысты.

Сейсмикалық қызмет

Жер сілкінісі немесе сейсмикалық өнімділік – құрылыстың белгілі бір жер сілкінісіне ұшыраған кезде және одан кейін қауіпсіздігі және пайдалануға жарамдылығы сияқты негізгі функцияларын сақтап қалу қабілетін анықтайды. Құрылыс, әдетте, егер ішінара немесе толық құлап, ішінде немесе маңындағы адамдардың өміріне және денсаулығына қауіп тудырмаса, қауіпсіз деп есептеледі. Құрылыс, егер ол жобаланған операциялық функцияларын орындай алса, пайдалануға жарамды деп санауға болады. Басты құрылыс нормаларында енгізілген жер сілкінісі инженерлігінің негізгі принциптері, ғимараттың сирек кездесетін, өте күшті жер сілкінісінен елеулі зақымдарға ұшыраса да, жаппай құламай аман қалуы керек екенін көздейді. Ал жиірек, бірақ аз күшті сейсмикалық оқиғалар кезінде оның жұмыс істеуі тиіс.

Сейсмикалық өнімділікті бағалау

Инженерлер белгілі бір жер сілкінісі кезінде жеке ғимаратқа тікелей зақым келтіретін нақты немесе күтілетін сейсмикалық төзімділіктің сандық деңгейін білуі керек. Мұндай бағалау эксперименттік немесе талдау жолымен жүзеге асырылуы мүмкін.

Эксперименттік бағалау

Эксперименттік бағалаулар – қымбат сынақтар, олар әдетте жер сілкінісін имитациялайтын және оның әрекетін бақылайтын сілкініс стендіне құрылыстың (өлшемделген) моделін орналастыру арқылы жүргізіледі. Мұндай тәжірибелер алғаш рет бір ғасырдан астам бұрын жасалған. Толық құрылымдарды 1:1 масштабта сынау мүмкіндігі тек соңғы кезде пайда болды. Мұндай сынақтардың жоғары құнына байланысты, олар негізінен құрылымдардың сейсмикалық мінез-құлқын түсіну, модельдерді растау және талдау әдістерін тексеру үшін қолданылады. Сондықтан, тиісті расталғаннан кейін, есептеу модельдері мен сандық процедуралар құрылымдардың сейсмикалық қауіпсіздігін бағалау жөніндегі негізгі жүктемені өз мойнына алады.

Анализдік/сандық бағалау

Сейсмикалық өнімділікті бағалау немесе сейсмикалық құрылымдық талдау – бұл ғимараттар мен ғимараттарға жатпайтын құрылымдардың сейсмикалық өнімділігін жақсырақ түсіну үшін құрылымның егжей-тегжейлі модельдеуін және құрылымдық талдау әдістерін пайдаланатын жер сілкінісі инженериясының қуатты құралы. Бұл техниканың ресми тұжырымдамасы салыстырмалы түрде жақында дамыды. Жалпы алғанда, сейсмикалық құрылымдық талдау құрылымдық динамика әдістеріне негізделген. Онжылдар бойы сейсмикалық талдаудың ең маңызды құралы – жер сілкінісіне жауап беру спектрі әдісі болды, ол бүгінгі таңдағы құрылыс нормаларының тұжырымдамасына да үлкен үлес қосты. Дегенмен, бұл әдістер тек сызықтық серпімді жүйелер үшін тиімді, ал зақымдану (яғни, сызықтық емес мінез-құлық) пайда болғанда құрылымдық мінез-құлықты модельдеу мүмкіндігі шектеулі. Сандық қадамдық интеграция, жер қозғалысының өткінші процесі кезінде маңызды сызықтық емес көп дәрежелі еркіндік жүйелерді талдаудың тиімді әдісі болып табылды. Топырақ-құрылымның сызықтық емес өзара әрекеттесуін талдау үшін компьютерлік модельдерде шекті элементтер әдісін қолдану – ең көп таралған тәсілдердің бірі. Негізінен, ғимараттардың сейсмикалық өнімділігін бағалау үшін сандық талдау жүргізіледі. Өнімділікті бағалау әдетте сызықтық емес статикалық итеру талдауы немесе сызықтық емес уақыт бойынша талдау арқылы жүзеге асырылады. Мұндай талдауларда арқалықтар, бағаналар, арқалық-бағана түйіндері, қабырғалар және т.б. сияқты құрылымдық элементтердің дәл сызықтық емес модельдеуі маңызды. Сондықтан, тәжірибелік нәтижелер жеке компоненттердің модельдеу параметрлерін анықтауда, әсіресе маңызды сызықтық емес деформацияларға ұшырағандарда маңызды рөл атқарады. Жеке компоненттер кейін құрылымның толық сызықтық емес моделін құру үшін біріктіріледі. Осылай құрылған модельдер ғимараттардың өнімділігін бағалау үшін талданады. Жоғарыда аталған процесте құрылымдық талдау бағдарламалық жасақтамасының мүмкіндіктері маңызды рөл атқарады, өйткені олар қолданылатын компоненттік модельдерді, талдау әдістерін және, ең бастысы, сандық тұрақтылықты шектейді. Соңғысы, құрылым сызықтық емес аймаққа енгенде және сандық шешімнің тұрақтылығы артып, оған жету қиын болғандықтан, жаһандық немесе жергілікті құлауға жақындағанда маңызды мәселе болып табылады. CSI SAP2000, CSI PERFORM 3D, MTR/SASSI, Scia Engineer ECtools, ABAQUS және Ansys сияқты бірнеше коммерциялық шекті элементтерді талдау бағдарламалық жасақтамалары бар, олардың барлығы ғимараттардың сейсмикалық өнімділігін бағалау үшін қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар, OpenSees, MOOSE Framework негізіндегі MASTODON, RUAUMOKO және ескі DRAIN 2D/3D сияқты зерттеуге негізделген шекті элементтерді талдау платформалары бар, олардың көпшілігі қазір ашық кодты қолданады.

Seismic performance assessment or seismic structural analysis is a powerful tool of earthquake engineering which utilizes detailed modelling of the structure together with methods of structural analysis to gain a better understanding of seismic performance of building and non building structures. The technique as a formal concept is a relatively recent development. In general, seismic structural analysis is based on the methods of structural dynamics. For decades, the most prominent instrument of seismic analysis has been the earthquake response spectrum method which also contributed to the proposed building code's concept of today. However, such methods are good only for linear elastic systems, being largely unable to model the structural behavior when damage (i. e., non linearity) appears. Numerical step by step integration proved to be a more effective method of analysis for multi degree of freedom structural systems with significant non linearity under a transient process of ground motion excitation. Use of the finite element method is one of the most common approaches for analyzing non linear soil structure interaction computer models. Basically, numerical analysis is conducted in order to evaluate the seismic performance of buildings. Performance evaluations are generally carried out by using nonlinear static pushover analysis or nonlinear time history analysis. In such analyses, it is essential to achieve accurate non linear modeling of structural components such as beams, columns, beam column joints, shear walls etc. Thus, experimental results play an important role in determining the modeling parameters of individual components, especially those that are subject to significant non linear deformations. The individual components are then assembled to create a full non linear model of the structure. Thus created models are analyzed to evaluate the performance of buildings. The capabilities of the structural analysis software are a major consideration in the above process as they restrict the possible component models, the analysis methods available and, most importantly, the numerical robustness. The latter becomes a major consideration for structures that venture into the non linear range and approach global or local collapse as the numerical solution becomes increasingly unstable and thus difficult to reach. There are several commercially available Finite Element Analysis software's such as CSI SAP2000 and CSI PERFORM 3D, MTR/SASSI, Scia Engineer ECtools, ABAQUS, and Ansys, all of which can be used for the seismic performance evaluation of buildings. Moreover, there is research based finite element analysis platforms such as OpenSees, MASTODON, which is based on the MOOSE Framework, RUAUMOKO and the older DRAIN 2D/3D, several of which are now open source.

Жер сілкінісі инженериясы бойынша зерттеулер

Жер сілкінісі инженерлігі саласындағы зерттеулер – жер сілкінісі инженерлігіне қатысты фактілерді ашу және ғылыми тұрғыдан түсіндіру, жаңа нәтижелер негізінде қалыптасқан түсініктерді қайта қарау және жасалған теорияларды іс жүзінде қолдану мақсатында жүргізілетін далалық және талдамалық зерттеулер немесе тәжірибелер. Ұлттық ғылым қоры (NSF) – АҚШ-тың барлық жер сілкінісі инженерлігі салаларындағы фундаментальды зерттеулер мен білім беруді қолдайтын негізгі мемлекеттік мекемесі. Ол ерекше құрылымдық жүйелердің жобалау және тиімділігін жақсартуға бағытталған тәжірибелік, талдамалық және есептеу зерттеулеріне назар аударады. Жер сілкінісі инженерлік зерттеу институты (EERI) – АҚШ және әлем бойынша жер сілкінісі инженерлігі саласындағы зерттеулерге қатысты ақпаратты таратудағы жетекші ұйым. Әлемдегі жер сілкінісі инженерлігі зерттеулеріне қатысты сілкініс стендтерінің толық тізімін «Дүниежүзіндегі жер сілкінісі инженерлігін модельдеуге арналған тәжірибелік жабдықтар» еңбегінен табуға болады. Олардың ең танымал стенді – Жапониядағы E Defense Shake Table.

АҚШ-тың негізгі ғылыми-зерттеу бағдарламалары

NSF сонымен қатар Джордж Э. Браун атындағы жер сілкінісін инженерлік симуляциялау желісін қолдайды. NSF қауіпті азайту және құрылымдық инженерлік бағдарламасы (HMSE) жер сілкінісі қатеріне ұшыраған құрылымдық жүйелердің мінез-құлқы мен реакциясын жақсартуға арналған жаңа технологиялар бойынша зерттеулерді, салынған жүйелердің қауіпсіздігі мен сенімділігіне қатысты фундаментальды зерттеулерді, құрылымдық мінез-құлқы мен реакциясының талдау және модельдеу негізіндегі симуляциясын (топырақ пен құрылымның өзара әрекеттесуін қоса), құрылымның өнімділігі мен икемділігін арттатуға бағытталған жобалау концепцияларын, сондай-ақ құрылымдық жүйелер үшін жаңа басқару техникаларын қолдауды мақсат етеді. (NEES) – елдің азаматтық инфрақұрылымын жер сілкінісі мен цунамидан қорғау үшін білімді дамыту және инновацияларды ілгерілететін, жаңа тәжірибелік симуляциялау техникалары мен құралдарды ұсынады. NEES желісіне 14 географиялық түрде орналасқан, бірлесіп пайдалануға арналған зертханалар кіреді, олар эксперименттік жұмыстың бірнеше түрін жүргізуге мүмкіндік береді. Қатысушы университеттер: Корнелл университеті, Лихай университеті, Орегон мемлекеттік университеті, Ренсселер политехникалық институты, Нью-Йорк мемлекеттік университетінің Буффало университеті, Калифорния университеті, Беркли, Калифорния университеті, Дэвис, Калифорния университеті, Лос-Анджелес, Калифорния университеті, Сан-Диего, Калифорния университеті, Санта-Барбара, Иллинойс университеті, Урбана-Шампейн, Миннесота университеті, Невада университеті, Рино және Техас университеті, Остин. Есептеу технологиясының одан әрі дамуымен бірге статикалық тәсілдер динамикалық тәсілдерге уступа бастады. Ғимараттар мен ғимараттарға қатысты динамикалық эксперименттер физикалық (мысалы, шайқау үстелінде сынау) немесе виртуалды болуы мүмкін. Екі жағдайда да құрылымның күтілетін сейсмикалық өнімділігін тексеру үшін кейбір зерттеушілер «нақты уақыт тізілімдерін» пайдалануды жөн көреді, бірақ мұндай тізілімдер ғимаратының нормаларында немесе зерттеу талаптарында көрсетілген гипотетикалық жер сілкінісі үшін «нақты» бола алмайды. Сондықтан, нақты оқиғаның маңызды ерекшеліктерін ғана қамтитын сейсмикалық әсерді симуляциялауға күшті қажеттілік туындайды. Кейде жер сілкінісін симуляциялау – күшті жер сілкінісінің жергілікті әсерін қайта жаңғырту деп түсініледі.

NSF also supports the George E. Brown, Jr. Network for Earthquake Engineering Simulation

The NSF Hazard Mitigation and Structural Engineering program (HMSE) supports research on new technologies for improving the behaviour and response of structural systems subject to earthquake hazards; fundamental research on safety and reliability of constructed systems; innovative developments in analysis and model based simulation of structural behaviour and response including soil structure interaction; design concepts that improve structure performance and flexibility; and application of new control techniques for structural systems. (NEES) that advances knowledge discovery and innovation for earthquakes and tsunami loss reduction of the nation's civil infrastructure and new experimental simulation techniques and instrumentation. The NEES network features 14 geographically distributed, shared use laboratories that support several types of experimental work: Participating universities include: Cornell University; Lehigh University; Oregon State University; Rensselaer Polytechnic Institute; University at Buffalo, State University of New York; University of California, Berkeley; University of California, Davis; University of California, Los Angeles; University of California, San Diego; University of California, Santa Barbara; University of Illinois, Urbana Champaign; University of Minnesota; University of Nevada, Reno; and the University of Texas, Austin. With the further development of computational technologies, static approaches began to give way to dynamic ones. Dynamic experiments on building and non building structures may be physical, like shake table testing, or virtual ones. In both cases, to verify a structure's expected seismic performance, some researchers prefer to deal with so called "real time histories" though the last cannot be "real" for a hypothetical earthquake specified by either a building code or by some particular research requirements. Therefore, there is a strong incentive to engage an earthquake simulation which is the seismic input that possesses only essential features of a real event. Sometimes earthquake simulation is understood as a re creation of local effects of a strong earth shaking.

Құрылымның симуляциясы

Сейсмикалық күтілетін өнімділікті теориялық немесе тәжірибелік бағалау көбінесе құрылымдық ұқсастық немесе аналогия негізіндегі құрылымды модельдеуді қажет етеді. Ұқсастық – екі немесе одан көп нысан арасындағы белгілі бір дәрежедегі ұқсас немесе сай келу. Ұқсастық тұжырымы салыстырылатын нысандардағы үлгілердің нақты немесе жуық қайталануына негізделген. Жалпы, егер екеуі геометриялық ұқсастық, кинематикалық ұқсастық және динамикалық ұқсастықпен ортақ болса, құрылыс моделінің нақты нысанмен ұқсастығы бар деп есептеледі. Ең айқын және тиімді ұқсастық түрі – кинематикалық ұқсастық. Кинематикалық ұқсастық модель мен оның прототипінің қозғалатын бөлшектерінің траекториялары мен жылдамдықтары ұқсас болғанда туындайды. Кинематикалық ұқсастықтың ең жоғары деңгейі – кинематикалық теңдестік, яғни жер сілкінісі инженерлігінде модельдің және оның прототипінің әр қабатының уақыт бойынша бүйірлік ығысулары бірдей болады.

Перудегі құрғақ тас қабырғалар

Перу – сейсмикалық белсенді аймақ; ғасырлар бойы құрғақ таспен салынған құрылыстар, цемент қолданғаннан гөрі, жер сілкінісіне қарсы тұруда артықшылық танытты. Инка цивилизациясының халқы "құрғақ тас қабырғалар" деп аталатын, тегіс тас қабырғаларды салуда шебер болды, онда тас блоктары ешқандай цементсіз тығыз біріктіріліп кесілген. Инкалар – әлемдегі ең ұста тас шеберлерінің бірі болды және олардың көптеген қосылыстары соншалықты жетілген еді, тіпті бір жапырақ шөп те тастардың арасына сыймайтын. Инкалар салған құрғақ тас қабырғалардың тастары қабырғалар құламай, сәл жылжып, қайта орналаса алатын, энергияны тарату (кулондық демпферлеу) және резонанстық амплитуданы басу принципін қолданатын пассивті құрылымдық басқару техникасы.

Тунды массалық тұндырғышы

Көбінесе үйлесімді массалық демпферлер – бұл көкжиектерде немесе басқа да құрылымдарда орнатылған үлкен бетон блоктары. Олар белгілі бір серіппе механизмі арқылы құрылымдардың резонанстық жиіліктеріндегі тербелістерге қарсы бағытта қозғалады. Тайбэй 101 көкжиекі Азия-Тынық мұхиты аймағында жиі болатын тайфун желдері мен жер сілкінісіне төтеп беруі тиіс. Осы мақсатта, құрылыстың үстіне 660 тонна салмақты болат маятник орнатылды, ол үйлесімді массалық демпфер қызметін атқарады. 92-ші қабаттан 88-ші қабатқа дейін ілінген маятник, ғимараттағы жер сілкінісі мен күшті желдің салдарынан туындаған көлденең орын ауыстырудың резонанстық амплитудасын азайту үшін тербеледі.

Сейсмикалық жобалау талаптары

Сейсмикалық жобалау талаптары құрылыстың түріне, жобаның орналасқан жеріне және тиісті билік органдарына байланысты болады, олар қолданылатын сейсмикалық жобалау кодекстері мен критерийлерін белгілейді. Сейсмикалық өнімділікке негізделген инновациялық тәсілді қабылдау қажет. SDC жобалау философиясының ең маңызды ерекшелігі – сейсмикалық жүктемені күшке негізделген бағалаудан, талап пен мүмкіндікті орын ауыстыруға негізделген бағалауға көшу. Осылайша, жаңа қабылданған орын ауыстыру тәсілі негізгі құрылымдық элементтердің серпімді орын ауыстыру талабын, икемсіз орын ауыстыру қабілетімен салыстыруға негізделген, сонымен бірге барлық ықтимал пластикалық буындарда икемсіз қабілеттің минималды деңгейін қамтамасыз етеді. Жобаланған құрылымның өзінен басқа, сейсмикалық жобалау талаптары құрылымның астындағы топырақты тұрақтандыруды қамтуы мүмкін: кейде күшті сілкініс салдарынан топырақ жарылып, оның үстіндегі құрылымның құлауына әкеледі. Келесі мәселелерге басты назар қажет: топырақ сұйылануы; тіреу қабырғаларына динамикалық жақтық жер қысымы; сейсмикалық беткейдің тұрақтылығы; жер сілкінісінен туындаған шөгу. Ядролық объектілер жер сілкінісі немесе басқа да қауіпті сыртқы оқиғалар кезінде қауіпсіздігіне қауіп төндірмеуі керек. Сондықтан олардың сейсмикалық жобалауы ядролық емес объектілерге қарағанда әлдеқайда қатаң критерийлерге негізделген. 2011 жылғы Тохоку жер сілкінісі мен цунамиден кейін Фукусима I ядролық апаты және басқа ядролық объектілерге келтірілген зақым, Жапонияның ядролық сейсмикалық жобалау стандарттарына қатысты алаңдаушылықты күшейтті және көптеген елдерді өздерінің ядролық бағдарламаларын қайта қарауға мәжбүр етті. Сондай-ақ, кейбір басқа объектілердің сейсмикалық бағалауы мен жобалауына күмән туды, соның ішінде Франциядағы Фессенхайм ядролық электр станциясы.

Ақаулық режімдері

Ақаулық режимі – жер сілкінісі салдарынан болатын ақаулықтың көріну тәсілі. Ол, әдетте, ақаудың қалай пайда болатынын сипаттайды. Қымбатқа түсетін және көп уақыт алатын болса да, әрбір нақты жер сілкінісінен алынған сабақтар сейсмикалық жобалау әдістерін жетілдірудің қажетті шарты болып табылады. Төменде жер сілкінісінен туындаған кейбір типтік ақаулар келтірілген. Арматураның жетіспеуі, нашар цемент және қабырғаға шатырдың нашар байланысы қатал емес кірпіштен салынған ғимаратқа елеулі зақым келтіруі мүмкін. Қабырғалардың күшті жарылуы немесе еңкеюі – жер сілкінісі кезіндегі ең көп кездесетін зақымдардың бірі. Сондай-ақ, қабырғалар мен шатыр немесе еден диафрагмалары арасындағы зақым да қауіпті. Қабырғалар мен жақтаулардың аражігін ажырату шатыр және еден жүйелерінің тік тіректерін қауіпке ұшыратады. Жұмсақ қабат әсері. Жер бетіндегі жеткіліксіз қатаңдық осы құрылымға зақым келтірді. Суретті мұқият қарағанда, бір кезде кірпішпен қапталған, ағаш жақтаулары толығымен бөлшектенгені көрінеді. Құрылымның толық құлауын болдырмас үшін тек еденнің қатаңдығы және екі жағынан жасырын қабырғалардың тірегі, көше жағындағы үлкен есіктердің болмауы ғана қамтамасыз етеді. Топырақтың сұйықтануы. Топырақ, жеткілікті көлемде гидростатикалық су қысымын дамытатын, ықшамдалатын және ұсақ бөлшекті материалдан тұратын жағдайда, осы қаныққан шөгінділердің сұйықтануы біркелкі емес шөгуге және құрылымдардың еңкеюіне әкелуі мүмкін. Бұл 1964 жылғы Ниигата жер сілкінісі кезінде мыңдаған ғимаратқа ауыр зақым келтірді. Жер сілкінісінен тас құлауы. Жер сілкінісі – геологиялық құбылыс, оның ішінде тас құлауды қоса, кең ауқымды жер қозғалысын қамтиды. Әдетте, жер сілкінісінің пайда болуына ауырлық күші негізгі себеп болады, бірақ осы жағдайда бастапқы беткейдің тұрақтылығына әсер еткен басқа фактор болды: жер сілкінісі босатылмас бұрын жер сілкінісін тудыру қажет болды. Қоршаған ғимаратқа соқтығысу. Бұл – Калифорния штатының Лос-Альтос қаласында орналасқан, бес қабатты, құлаған Сент-Жозеф семинариясының суреті. Лома-Приета жер сілкінісі кезінде мұнара артындағы көрші ғимаратпен соқтығысты. Соқтығысу ықтималдығы екі ғимараттың да көлденең ығысуына байланысты, оларды дәл бағалау және есепке алу қажет. Нортридж жер сілкінісінде Kaiser Permanente бетон кеңсе ғимаратының буындары толығымен сынды, екінші қабаттың құлауына себеп болды. Көлденең бағыттағы екі қабат кірпіштен және бетоннан тұратын композиттік соңғы қиғаш қабырғалар, жеткіліксіз байланыстардан бөлініп, сәтсіз аяқтады. Іргетасқа дұрыс емес құрылыс алаңы. Арматураның нашар бөлшектелуі (бағандарда және арқалық-баған буындарында бетонның жетіспеуі, дәнекерлеудің жеткіліксіз ұзындығы). Бірінші қабаттағы сейсмикалық әлсіз жұмсақ қабат. Ауыр жүкпен жабдықталған ұзын консольдер. 1987 жылғы Уиттиер тар жер сілкінісі кезінде салыстырмалы түрде қатаң тұрғын үй құрылысының іргетасынан сығақтап кету әсері. 5.9 балдық жер сілкінісі Калифорния штатының Монтерей паркіндегі Гарви Вест пәтер ғимаратына соқты және оның үстін іргетасынан шамамен 25 см (10 дюйм) шығырып тастады. Егер ғимараттың үстіңгі құрылымы негізді оқшаулау жүйесіне орнатылмаған болса, оның жертөледе ығысуына жол берілмеуі керек. Нортридж жер сілкінісінде темір бетон бағанасы жеткіліксіз қима арматурасының салдарынан жарылды, бұл негізгі арматураның сыртқа қарай бүктелуіне мүмкіндік берді. Палуба тіреу нүктесінен шығып, қиып тастады. Нәтижесінде 10-шы автокөлік жолының Ла-Сиенега Венеция жер асты жолы құлап кетті. Лома-Приета жер сілкінісі: Оукленд, Калифорния штаты, 880 мемлекетаралық тас жолының екі деңгейлі Cypress виадугының төменгі палубасына жоғарғы палубасының құлауын тудырған темір бетон тірек бағаналарының сынуы. Санта-Крус таулары аймағындағы Лома-Приета жер сілкінісінде қабырғаның сынуы: Австрия бөгетіне, солтүстік тірекке дейінгі бетонды ағызуда 12 см (4.7 дюйм) ені бар солтүстік-батысқа қарай қарайтын кеңейтілген жарықтар. Жер сілкінісі жер астындағы құм қабатында топырақтың сұйықтануын тудырды, бұл сұйықталмаған құм мен балшықтың үстіңгі қабатындағы айырмашылық жағалаулық және тік қозғалысты тудырды. Жердің бұзылуының бұл түрі, жақтық таралу деп аталады, сұйықтанумен байланысты жер сілкінісі зақымдануының басты себебі болып табылады. 2008 жылғы Сычуань жер сілкінісінен кейін Қытайдың Ауыл шаруашылығын дамыту банкінің зардап шеккен ғимараты: көптеген арқалықтар мен тіреу бағаналары қиылып кеткен. Кірпіш және облицовкадағы үлкен диагональды жарықтар жазықтықтағы жүктемелерге байланысты, ал ғимараттың оң жағының күрт шөгуіне жер сілкінісі болмаса да қауіпті болуы мүмкін толқындарға жатқызылуы керек. Екі еселі цунами әсері: теңіз толқындарының гидравликалық қысымы және су басу. Осылайша, 2004 жылдың 26 желтоқсанындағы Үнді мұхитындағы жер сілкінісі, эпицентрі Индонезияның Суматра аралдарының батыс жағалауында болды, он бір елде 230 000-нан астам адамның қаза болуына әкелген, 30 метрге (100 фут) дейін жететін алып толқындармен жағалаудағы елді мекендерді су басты.

Failure mode is the manner by which an earthquake induced failure is observed. It, generally, describes the way the failure occurs. Though costly and time consuming, learning from each real earthquake failure remains a routine recipe for advancement in seismic design methods. Below, some typical modes of earthquake generated failures are presented. The lack of reinforcement coupled with poor mortar and inadequate roof to wall ties can result in substantial damage to an unreinforced masonry building. Severely cracked or leaning walls are some of the most common earthquake damage. Also hazardous is the damage that may occur between the walls and roof or floor diaphragms. Separation between the framing and the walls can jeopardize the vertical support of roof and floor systems. Soft story effect. Absence of adequate stiffness on the ground level caused damage to this structure. A close examination of the image reveals that the rough board siding, once covered by a brick veneer, has been completely dismantled from the studwall. Only the rigidity of the floor above combined with the support on the two hidden sides by continuous walls, not penetrated with large doors as on the street sides, is preventing full collapse of the structure. Soil liquefaction. In the cases where the soil consists of loose granular deposited materials with the tendency to develop excessive hydrostatic pore water pressure of sufficient magnitude and compact, liquefaction of those loose saturated deposits may result in non uniform settlements and tilting of structures. This caused major damage to thousands of buildings in Niigata, Japan during the 1964 earthquake. Landslide rock fall. A landslide is a geological phenomenon which includes a wide range of ground movement, including rock falls. Typically, the action of gravity is the primary driving force for a landslide to occur though in this case there was another contributing factor which affected the original slope stability: the landslide required an earthquake trigger before being released. Pounding against adjacent building. This is a photograph of the collapsed five story tower, St. Joseph's Seminary, Los Altos, California which resulted in one fatality. During Loma Prieta earthquake, the tower pounded against the independently vibrating adjacent building behind. A possibility of pounding depends on both buildings' lateral displacements which should be accurately estimated and accounted for. At Northridge earthquake, the Kaiser Permanente concrete frame office building had joints completely shattered, revealing inadequate confinement steel, which resulted in the second story collapse. In the transverse direction, composite end shear walls, consisting of two wythes of brick and a layer of shotcrete that carried the lateral load, peeled apart because of inadequate through ties and failed. Improper construction site on a foothill. Poor detailing of the reinforcement (lack of concrete confinement in the columns and at the beam column joints, inadequate splice length). Seismically weak soft story at the first floor. Long cantilevers with heavy dead load. Sliding off foundations effect of a relatively rigid residential building structure during 1987 Whittier Narrows earthquake. The magnitude 5.9 earthquake pounded the Garvey West Apartment building in Monterey Park, California and shifted its superstructure about 10 inches to the east on its foundation. If a superstructure is not mounted on a base isolation system, its shifting on the basement should be prevented. Reinforced concrete column burst at Northridge earthquake due to insufficient shear reinforcement mode which allows main reinforcement to buckle outwards. The deck unseated at the hinge and failed in shear. As a result, the La Cienega Venice underpass section of the 10 Freeway collapsed. Loma Prieta earthquake: side view of reinforced concrete support columns failure which triggered the upper deck collapse onto the lower deck of the two level Cypress viaduct of Interstate Highway 880, Oakland, CA. Retaining wall failure at Loma Prieta earthquake in Santa Cruz Mountains area: prominent northwest trending extensional cracks up to 12 cm (4.7 in) wide in the concrete spillway to Austrian Dam, the north abutment. Ground shaking triggered soil liquefaction in a subsurface layer of sand, producing differential lateral and vertical movement in an overlying carapace of unliquefied sand and silt. This mode of ground failure, termed lateral spreading, is a principal cause of liquefaction related earthquake damage. Severely damaged building of Agriculture Development Bank of China after 2008 Sichuan earthquake: most of the beams and pier columns are sheared. Large diagonal cracks in masonry and veneer are due to in plane loads while abrupt settlement of the right end of the building should be attributed to a landfill which may be hazardous even without any earthquake. Twofold tsunami impact: sea waves hydraulic pressure and inundation. Thus, the Indian Ocean earthquake of December 26, 2004, with the epicenter off the west coast of Sumatra, Indonesia, triggered a series of devastating tsunamis, killing more than 230,000 people in eleven countries by inundating surrounding coastal communities with huge waves up to 30 meters (100 feet) high.

Жер сілкінісіне төзімді құрылыс

Жер сілкінісіне төзімді құрылыс – ғимараттар мен ғимарат емес құрылыстардың күтілетін жер сілкінісіне қабілеттілігін қамтамасыз ету үшін сейсмикалық есептеулерді жүзеге асыру, сондай-ақ қолданылатын құрылыс нормаларына сәйкес келуді қамтамасыз ету. Жобалау және құрылыс тығыз байланысты. Сапалы жұмыс үшін элементтер мен олардың қосылыстарын ең қарапайым етіп жасау керек. Кез келген құрылыс сияқты, жер сілкінісіне төзімді құрылыс – қолданылатын құрылыс материалдарын ескере отырып, инфрақұрылымды салу, күшейту немесе құрастыру процесі. Құрылыстарға жер сілкінісінің әсері тікелей (жердің сейсмикалық қозғалысы) немесе жанама (жер сілкінісінен туындаған көшкін, топырақтың сұйылуы және цунами толқындары) болуы мүмкін. Құрылым сырттай тұрақты көрінсе де, жер сілкінісі кезінде қауіпті болуы мүмкін. Қауіпсіздік үшін жер сілкінісіне төзімді құрылыс техникасы, сапаны бақылау және дұрыс материалдарды пайдалану маңызды. Жер сілкінісіне төзімді құрылыс мердігері жоба орналасқан мемлекетте/провинцияда/елде тіркелуі, кепілдікпен қамтамасыз етілуі және сақтандырылуы керек (жергілікті ережелерге байланысты). Мүмкін болатын залалды азайту үшін құрылыс процесі жер сілкінісі құрылыс аяқталғанға дейін кез келген уақытта болуы мүмкін екенін ескере отырып ұйымдастырылуы тиіс. Әрбір құрылыс жобасына әртүрлі құрылымдардың сейсмикалық өнімділігінің негізгі ерекшеліктерін, сондай-ақ құрылыс басқаруын түсінетін білікті мамандар тобы қажет.

Сүзік және құмтасты құрылымдар

Әктас сәулет өнерінде, әсіресе Солтүстік Америка мен Еуропада өте кең таралған. Әлемдегі көптеген маңызды ескерткіштер әктастан салынған. Еуропадағы көптеген ортағасырлық шіркеулер мен қамалдар әктас пен құмтастан қаланған. Бұл материалдардың беріктігі жоғары, бірақ олардың ауыр салмағы сейсмикалық тұрақтылыққа кедерілді. Сейсмикалық күшейту үшін қазіргі заманғы технологияларды қолдану, нығайтылмаған тас құрылымдардың төзімділігін арттырады. Мысалы, 1973 жылдан 1989 жылға дейін Юта штатындағы Солт-Лейк-Сити және Каунти ғимараты мұқият реставрацияланып, жөнделді, бұл кезде тарихи нақтылықты сақтауға баса назар аударылды. Бұл жұмыс сейсмикалық жаңартумен бірге жүргізілді, нәтижесінде әлсіз құмтастан салынған құрылыс жер сілкінісінен қорғау үшін арнайы іргетасқа орналастырылды.

Ағаштан жасалған конструкциялар

Ағаш қаңқалы құрылым мыңдаған жылдарға дейін соққан тамыр жасайды және ежелгі Жапония, Еуропа және ортағасырлық Англия сияқты әлемнің көптеген аймақтарында қолданылған, мұнда ағаш жеткілікті болса, ал құрылыс тасы мен оны өңдеуге қабілетті шеберлер болмаған. Ғимараттарда ағаш қаңқасын пайдалану олардың толық қаңқалық жүйесін құрайды, бұл ағаш қаңқа дұрыс есептелген жағдайда, сейсмикалық жағдайларға төтеп беруге мүмкіндік береді.

Жеңіл-режимді құрылымдар

Жеңіл каркасты құрылымдар әдетте қатты фанерадан жасалған қиғаш қабырғалармен және ағаш құрылымдық панельді диафрагмалармен сейсмикалық кедергіге қол жеткізеді. Барлық инженерлік ағаш құрылымдары үшін сейсмикалық жүктемелерге төзімді жүйелерге арналған ерекше талаптар диафрагма қатынастарын, көлденең және тік диафрагмалық қиылыстарды, сондай-ақ жалғауыштар/бекіткіштердің мәнін ескеруді қажет етеді. Бұған қоса, диафрагма бойымен жүктемені тарату үшін коллекторлар немесе тартылғыш тіректер қажет.

Қуаттандырылған тас құрылымдар

Арматуралы қабырға деп, мырыш арматураны қалау материалдарының аралық тігістеріне орналастыратын немесе тесіктерге салып, бетон немесе ерітіндімен толтыратын құрылыс жүйесі айтылады. Қалау материалдарын нығайтудың түрлі тәсілдері мен техникалары бар. Ең көп таралғаны – арматураланған қуыс блок қабырғасы. Қабырғаның серпімділік қасиеттерін қамтамасыз ету үшін, қабырғаның қиюға төзімділігі иілуге төзімділігінен артық болуы керек. Тік және көлденең арматураның тиімділігі қалау материалдары мен ерітіндінің түрі мен сапасына байланысты. 1933 жылғы Лонг-Бичтегі құрылымды қиратуға әкелген жер сілкінісі қалау материалдарының жер сілкінісінен зардап шегуге бейім екенін көрсетті, нәтижесінде Калифорния штатының құрылыс кодексі штат бойынша қалау материалдарын арматуралауды міндетті етті.

Арматуралы бетон құрылымдар

Арматуралы бетон – бұл, әдеттегі жағдайда сынғыш болатын материалды күшейту үшін, ішінде болат арматура (арматура) таяқшалары немесе талшықтары бар бетон. Одан арқалықтар, бағаналар, едендер немесе көпірлер жасауға болады. Алдын ала керілген бетон – бетонның кернеуге төзімсіздігін жою үшін қолданылатын арматуралы бетонның бір түрі. Оны, қалыпты арматуралы бетонға қарағанда, ұзын аралықтары бар арқалықтарға, едендерге немесе көпірлерге қолдануға болады. Алдын ала керілген кабельдер (көбінесе жоғары созылатын болат кабельдер немесе таяқшалар) бетонның иілу жүктемесінен туындайтын кернеуді теңестіретін қысымды күшті жасау үшін қолданылады. Жер сілкінісі салдарынан күйреудің алдын алу үшін (адам өмірінің қауіпсіздігін қамтамасыз ету мақсатында) дәстүрлі арматуралы бетон қаңқасында икемді түйіндер болуы керек. Қолданылатын әдістерге және сейсмикалық күштерге байланысты, мұндай ғимараттар дереу пайдалануға жарамды болуы мүмкін, кең жөндеуді қажет етуі мүмкін немесе бұзылуы мүмкін.

Болат құрылымдар

Болат конструкциялар көбінесе жер сілкінісіне төзімді деп есептеледі, бірақ кейбір жағдайларда зақымданулар орын алған. Жер сілкінісіне берік сияқты көрінген көптеген дәнекерленген болаттан жасалған моментке қарсы тұратын каркастық ғимараттар күтпегендей жұмсақ мінез-құлық танытып, 1994 жылғы Нортридж жер сілкінісінде ауыр зақымдарға ұшырады. Осыдан кейін Федералдық Төтенше Жағдайларды Басқару Агенттігі (FEMA) болашақ жер сілкіністерінде болат моменттік каркастық ғимараттарға келтірілетін зиянды азайту мақсатында жөндеу техникаларын және жаңа жобалау әдістерін әзірлеуді бастады. Жүктеме және Кедергі Коэффициенті бойынша Жобалау (LRFD) тәсіліне негізделген болат конструкциялардың сейсмикалық жобалауы үшін, конструкцияның икемділік шегінде арқаулық кедергісін дамыту және сақтау қабілетін бағалау өте маңызды. Бұл қабілеттің өлшемі – икемділік, ол материалдың өзінде, конструкциялық элементте немесе бүкіл конструкцияда байқалуы мүмкін. Нортридж жер сілкінісінен алынған тәжірибе нәтижесінде Америкалық Болат Құрылыс Институты AISC 358 "Арнайы және орташа болат моменттік каркастарға арналған алдын ала бекітілген қосылымдар" стандартын енгізді. AISC сейсмикалық жобалау ережелері, барлық болат моментке қарсы тұратын каркастарда AISC 358 стандартында қамтылған қосылымдарды немесе алдын ала сынақтан өткен қосылымдарды қолдануды талап етеді.

Жер сілкінісі салдарынан болатын шығынды болжау

Жер сілкінісінен болатын шығындарды бағалау әдетте Залал Көрсеткіші (DR) ретінде анықталады, ол ғимараттың жалпы құнына шаққанда жер сілкінісінен келген зақымды жөндеуге кеткен шығынның арақатынасы болып табылады. Ең ықтимал Максималды Шығын (ПМШ) – жер сілкінісінен болатын шығындарды бағалау үшін қолданылатын кең таралған термин, бірақ оның нақты анықтамасы жоқ. 1999 жылы ASTM E2026 «Жер сілкінісі кезінде ғимараттың зақымдану мүмкіндігін бағалау жөніндегі стандартты нұсқаулық» сейсмикалық шығындарды бағалау терминологиясын стандарттау және тексеру процесі мен тексерушінің біліктілігіне қатысты ұсынымдарды белгілеу мақсатымен жасалды. Жер сілкінісінен болатын шығындарды бағалауды Сейсмикалық Тәуекелді Бағалау деп те атайды. Тәуекелді бағалау процесіне әдетте, ғимараттың осы қозғалыстар кезіндегі осалдығын немесе зақымдануын ескере отырып, әртүрлі жер сілкінісі қозғалыстарының болу ықтималдығын анықтау кіреді. Нәтижелер ғимаратты жаңартпақ құнының проценттік шамасы ретінде көрсетіледі.