ДБН В.1.1-12:2006. Строительство в сейсмических районах Украины. (Часть 1)

5.3.5 Для определения напряженно-деформированного состояния ГТС при сейсмических воздействиях следует применять расчетные схемы, как правило, соответствующие таковым для расчета сооружения на нагрузки и воздействия основного сочетания. При этом следует учитывать направление сейсмического воздействия относительно сооружения и пространственный характер колебаний сооружения при землетрясении.

Допускается для ряда сооружений использовать двумерные расчетные схемы: для гравита­ционных и грунтовых плотин в широких створах, подпорных стен и других массивных сооружений -расчеты по схеме плоской деформации; для арочных плотин и аналогичных им конструкций - расчеты при схематизации указанных сооружений оболочками средней толщины, а также пластинами, рабо­тающими в срединной плоскости как изгибаемые плиты.

В отдельных случаях при специальном обосновании допускается использовать также одно­мерные расчетные схемы, применяемые для конструкций стержневого типа.

В расчетах учитывается масса жидкости, находящейся во внутренних полостях и резервуарах сооружений.

5.3.6 Размеры расчетной области основания в совокупности с другими грунтовыми массивами должны назначаться так, чтобы при увеличении этих размеров возможно было пренебречь дальнейшим уточнением результатов расчета. Размеры расчетной области, занятой грунтовыми массивами, должны позволить проявиться предельным состояниям, характерным как для сооружения, так и для грунтовых массивов.

Для сооружений, входящих в состав напорного фронта, расчетная область основания, как пра­вило, по своей нижней границе должна иметь размеры не менее 5Н, а по глубине от подошвы сооружения - не менее 2Н, где Η - характерный размер сооружения (для водоподпорных сооруже­ний Н - высота сооружения).

Для других видов гидротехнических сооружений размеры расчетной области основания при­нимаются проектными организациями на основе опыта проектирования подобных сооружений.

Примечание. Если на глубине менее 2H находятся породы, характеризуемые скоростями рас­пространения упругих сдвиговых волн не менее 1100 м/с, то допускается совместить подошву расчетной области основания с кровлей указанных пород.

5.3.7 На смоченных поверхностях сооружений следует учитывать их взаимодействие с водой при сейсмических колебаниях. Такой учет осуществляется путем решения связанной задачи гидроупругости для системы сооружение - основание - водоем или путем присоединения к массе соору­жения, отнесенной к точке k на смоченной поверхности сооружения, соответствующей массы колеблющейся воды. Присоединенная масса воды определяется для каждой из компонент вектора сме­щений в принятой расчетной схеме сооружения.

Сейсмическое давление воды на сооружение допускается не учитывать, если глубина водоема у сооружения менее 10 м.

С целью приближения расчетной схемы к реальным динамическим процессам в системе сооружение - основание - слой жидкости прямые динамические расчеты на акселерограмму ре­комендуется выполнять с учетом инерционных и волновых свойств системы при участии научно-исследовательских организаций, имеющих разработки в данной области.

В расчетах прочности ГТС с учетом сейсмических воздействий в случае контакта боковых граней сооружения с грунтом (в том числе наносами) следует учитывать влияние сейсмических воздействий на величину бокового давления грунта. Конкретные методы определения бокового давления грунта при учете сейсмического воздействия в расчетах прочности сооружений прини­маются проектными организациями с учетом особенностей конструкции сооружения и условий их эксплуатации.

Проверка устойчивости ГТС и их оснований с учетом сейсмических нагрузок должна производиться в соответствии с указаниями норм проектирования конкретных сооружений.

В тех случаях, когда по расчетной схеме при потере устойчивости сооружение сдвигается совместно с частью грунтового массива, в расчетах устойчивости сооружений и их оснований следует учитывать сейсмические силы в сдвигаемой части расчетной области основания.

Во всех случаях сдвигаемые грунтовые области (откосы сооружений из грунтовых материалов, грунтовые массивы, слагающие основание, склоны и засыпку подпорных стен, а также наносы) определяются из условия предельного равновесия этих областей с учетом всех нагрузок и воздействий особого сочетания, включающего сейсмические воздействия.

Конкретные методы определения предельного состояния сдвигаемых грунтовых массивов, в том числе и в случае нахождения бокового давления грунта при сдвиге, принимаются проектными организациями с учетом особенностей конструкций и условий эксплуатации сооружений.

Примечание. Если грунтовые массивы примыкают к боковым граням сооружения с двух сторон, то в расчетах устойчивости следует принимать, что сейсмические силы в обоих грунтовых массивах действуют в одном направлении и тем самым увеличивают общее давление грунта на одну из боковых граней сооружения и одновременно уменьшают давление на противоположную грань.

5.3.10 В тех случаях, когда прогнозируется отложение у верховой грани сооружения наносов, следует учитывать влияние этих наносов в расчетах прочности и устойчивости сооружения при сейсмических воздействиях. Особое внимание должно обращаться на установление возможности разжижения грунтов наносов при сейсмических воздействиях и размеров зоны этого явления.

5.3.11 В створе сооружения, в зоне водохранилища и нижнем бьефе подлежат проверке на устойчивость участки береговых склонов, потенциально опасные в отношении возможности обрушения при землетрясениях больших масс горных пород и отдельных скальных массивов, результатом чего могут быть повреждения основных сооружений гидроузла, образование волн перелива и затопление населенных пунктов или промышленных предприятий, разного рода нарушения нормальной эксплуатации гидротехнического сооружения.

Для береговых склонов "назначенный срок службы" принимается равным максимальному для сооружений данного гидроузла.

В расчетах устойчивости гидротехнических сооружений, их оснований и береговых склонов следует учитывать возникающие под влиянием сейсмических воздействий дополнительное (динамическое) поровое давление, а также изменения деформационных, прочностных и других характеристик грунта в соответствии с 5.3.3.

Высоту гравитационной волны Δh, м, учитываемую при назначении превышения гребня плотины над расчетным горизонтом воды, в случае возможности сейсмотектонических деформаций (подвижек) дна водохранилища при землетрясениях интенсивностью I = 6 ÷ 9 баллов, следует определять по формуле:

Δh = 0,4 + 0,76(I - 6). (5.2)

5.4 Прямой динамический метод

5.4.1 Сейсмическое ускорение основания задается расчетной акселерограммой землетрясения, представляющей собой в общем случае трехкомпонентную (j = 1, 2, 3) функцию ускорения колебаний во времени . При этом смещения (деформации, напряжения и усилия) определяются на

всем временном интервале сейсмического воздействия на сооружение.

Расчетные акселерограммы, в дополнение к параметру а_п, должны соответствовать также всем остальным параметрам, характеризующим расчетное сейсмическое воздействие, и указанным в 5.2.2. Если имеющихся сейсмологических данных недостаточно для установления пиковых значений расчетных ускорений а_п, то на предварительной стадии проектирования допускается принимать, что значение а_п определяется в соответствии с указаниями 5.5.1.

Примечание. В качестве исходного сейсмического воздействия могут задаваться как акселерог­раммы, так и велосиграммы либо сейсмограммы.

5.4.2 Расчет на ПЗ производится, как правило, с применением линейного временного дина­мического анализа, а на МРЗ - нелинейного или линейного временного динамического анализа.

Временной динамический анализ (линейный и нелинейный) производится с применением поша­гового интегрирования дифференциальных уравнений, линейный динамический анализ допускается выполнять также методом разложения решения в ряд по формам собственных колебаний.

5.4.3 Значения максимального пикового ускорения в основании сооружения

(5.3)

должны быть не меньше ускорений, определяемых при соответствующей расчетной сейсмичности по картам сейсмического зонирования территории страны или с использованием карт общего сей­смического районирования по указаниям 5.5.1.

Расчет гидротехнических сооружений производится на совместное действие трех компонент акселерограммы. Результаты расчета (смещения, деформации, напряжения, усилия) опреде­ляются для всех моментов времени периода действия акселерограммы и из них выбираются экстремальные значения. При этом вычисленные величины, характеризующие состояние сооруже­ния при его колебаниях по направлениям осей Χ, Υ, Ζ, суммируются по формуле (2.8).

Число форм собственных колебаний q, учитываемых в расчетах с использованием раз­ ложения решения по указанным формам, выбирается так, чтобы выполнялись условия:

, (5.4)

, (5.5)

где ω_q - частота последней учитываемой формы собственных колебаний; ω₁ - минимальная частота собственных колебаний;

ω_с - частота, соответствующая пиковому значению на спектре действия расчетной акселеро­граммы. При этом число используемых форм колебаний должно составлять не менее 3.

5.4.6 При выполнении динамического анализа сейсмостойкости следует использовать значения параметров затухания ς, установленные на основе динамических исследований поведения сооружений при сейсмических воздействиях.

При отсутствии экспериментальных данных о реальных величинах параметров затухания в расчетах сейсмостойкости допускается принимать следующие значения логарифмических декре­ментов колебаний:

железобетонные и каменные конструкции: δ = 0,3;

стальные конструкции: δ = 0,15.

5.4.7 Напряженно-деформированное состояние подземных сооружений следует определять исходя из единого динамического расчета системы, включающей вмещающую подземное сооружение грунтовую среду и само сооружение. В расчетах подземных сооружений типа гидротехнических тоннелей следует учитывать сейсмическое давление воды.

5.5 Линейно-спектральный метод

5.5.1В расчетах сооружений по линейно-спектральному методу (ЛСМ) материалы сооружения и основания считаются линейно-упругими.

Сейсмическое ускорение основания задается постоянной во времени векторной величиной, модуль которой определяется по формуле:

, (5.6)

где a₀ - расчетная амплитуда ускорения основания (в долях g), определенная с учетом реальных грунтовых условий на площадке строительства для землетрясений с периодом повторя­емости ; значения даны в таблице 5.2;

k_А - коэффициент, учитывающий вероятность сейсмического события в течение назначенного срока службы сооружения T_сл, а также переход от нормативного периода повторяемости к периоду повторяемости, принятому для ПЗ или МРЗ в соответствии с указаниями 5.1.3; для комплекта карт, приведенных в приложении Б, значения k_A, соответствующие норматив­ным периодам повторяемости 500 (карта-А) и 5000 (карта-С) лет, приведены в таблице 5.3;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Таблица 5.2 - Значения расчетной амплитуды а₀ (в долях g)

Категория грунта

І ^норм, баллов

6

7

8

9

І ^расч, баллов

а₀

І ^расч, баллов

а₀

І ^расч, баллов

а₀

І ^расч, баллов

а₀

I

-

-

-

-

7

0,12

8

0,24

I-II

-

-

7

0,08

8

0,16

9

0,32

II

-

-

7

0,10

8

0,20

9

0,40

II-III

7

0,06

8

0,13

9

0,25

-

-

III

7

0,08

8

0,16

9

0,32

-

-

Таблица 5.3 - Значения коэффициента k_А

Назначенный срок службы

T_сл, лет

, лет

, лет

100

200

300

400

500

5000

10