В случае размещения этих объектов, а также конструктивных элементов и технологического оборудования на гидротехнических сооружениях сейсмическое воздействие задается ускорением, действующим в соответствующей точке основного сооружения.
5.2 Учет сейсмических воздействий и определение их характеристик
5.2.1 Сейсмические воздействия учитываются в тех случаях, когда величина 1расч составляет
6 баллов и более.
Сейсмические воздействия включаются в состав особых сочетаний нагрузок и воздействий.
5.2.2 Для водоподпорных и подземных ГТС I и II классов, а также морских нефтегазопро-
мысловых сооружений расчетные сейсмические воздействия моделируются расчетными акселерограммами (РА), подбираемыми в зависимости от расположения и характеристик основных зон ВОЗ с
учетом данных о скоростных, частотных и резонансных характеристиках грунтов, залегающих в
основании сооружения, а также по трассе движения сейсмических волн от очага к объекту.
Расчетные акселерограммы в общем случае задаются как трехкомпонентные.
Для остальных гидротехнических сооружений, не указанных в 5.2.2, характеристикой
расчетного сейсмического воздействия служит величина сейсмического ускорения основания,
определяемая в соответствии с указаниями 5.5.1.
В расчетах ГТС и их оснований учитываются следующие сейсмические нагрузки:
- распределенные по объему сооружения и его основанию (а также боковых засыпок и наносов)
инерционные силы ( , t) интенсивностью:
, (5.1)
где ρ()- плотность материала в точке наблюдения с координатами (в общем случае) х1, х2,х3 соответственно по осям 1,2,3, a - вектор ускорения точки в момент времени t в абсолютном движении системы сооружение-основание;
- распределенное по поверхности контакта сооружения с водой гидродинамическое давление,
вызванное инерционным влиянием колеблющейся с сооружением части жидкости;
ДБН В. 1.1-12:2006 С.39
- гидродинамическое давление, вызванное возникшими при землетрясении волнами на по
верхности водоема.
В необходимых случаях учитываются взаимные подвижки блоков в основании сооружения, вызванные прохождением сейсмической волны.
Учитываются также возможные последствия таких связанных с землетрясениями явлений, как:
смещения по тектоническим разломам;
проседание грунта;
обвалы и оползни;
разжижение водонасыщенных или слабосвязных грунтов;
текучесть глинистых тиксотропных грунтов.
5.3 Расчеты сооружений на сейсмические воздействия
5.3.1 Гидротехнические сооружения в зависимости от вида и класса сооружения и уровня расчетного землетрясения (ПЗ или МРЗ) рассчитываются на сейсмические воздействия:
а) прямым динамическим методом (ПДМ) с представлением сейсмического воздействия в виде
набора записей сейсмического движения основания как функций времени;
б) линейно-спектральным методом (ЛСМ).
Области применения методов расчета на сейсмические воздействия представлены в таблице 5.1.
5.3.2 Динамические деформационные и прочностные характеристики материалов сооружений и
грунтов оснований при расчете сейсмостойкости ГТС следует определять экспериментально.
В случаях отсутствия соответствующих экспериментальных данных в расчетах ЛСМ допускается использовать корреляционные связи между величинами статического модуля общей деформации Е0 (или статического модуля упругости Ес) и динамического модуля упругости Ед. Допускается также использование статических прочностных характеристик материалов сооружения и грунтов основания с использованием при этом дополнительных коэффициентов условий работы, устанавливаемых нормами проектирования конкретных сооружений для учета влияния на эти характеристики кратковременных динамических воздействий.
При наличии в основании, боковой засыпке или теле гидротехнического сооружения
водонасыщенных несвязных или слабосвязных грунтов следует выполнять исследования для оценки
области и степени возможного разжижения этих грунтов при сейсмических воздействиях.
Расчет сейсмостойкости сооружений на повторные сейсмические воздействия следует
производить по вторичным схемам.
На предварительных стадиях проектирования (при отсутствии оценок вероятности возникновения повторных толчков на площадке рассматриваемого гидроузла) допускается производить проверку сейсмостойкости при повторных землетрясениях с интенсивностью, уменьшенной по сравнению с интенсивностью расчетного землетрясения на 1 балл.
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 ап, 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 ап, то на предварительной стадии проектирования допускается принимать, что значение ап 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:
