3 Сейсмічна активність

3.1 Визначення сейсмічної активності

3.1.1 Загальні положення

(1)Р Складність моделі, вибраної для опису сейсмічної дії, повинна відповідати характеру землетрусу і важливості споруди; при цьому вона повинна також розмірятися з складністю моделі, що використовується для розрахунку моста.

(2)Р В даному розділі в рамках кількісного розрахунку сейсмічної дії розглядатимуться тільки вібрації, що передаються грунтом на конструкцію. Проте землетруси можуть викликати переміщення грунту в результаті утворення провалів або розломів. Такі переміщення можуть привести до утворення серйозних деформацій з тяжкими наслідками для мостів. Даний тип небезпеки слід вивчити окремо. Наслідки подібних пошкоджень можна мінімізувати, наприклад, вибором відповідної конструктивної системи. Дія цунамі в даному стандарті не розглядається.

3.1.2 Застосування компонентів руху

(1)Р При проектуванні мостів в розрахунку досить взяти до уваги три лінійних складових сейсмічної дії. Якщо використовується метод спектру реакцій, розрахунок моста може проводитися окремо для компонентів поступальної сейсмічної дії в подовжньому, поперечному і вертикальному напрямах. В даному випадку сейсмічна дія представляється трьома однокомпонентними діями, поодинці для кожного напряму, кількісно вираженими згідно 3.2. Результати впливів повинні поєднуватися згідно 4.2.1.4.

(2)Р Якщо проводиться нелінійний розрахунок динаміки змін, конструкція моста повинна оцінюватися при одночасній дії різних складових.

(3) Сейсмічна дія викликає додаткові зусилля на граничній поверхні між конструкцією і грунтом. Якщо для представлення жорсткості грунту у фундаментах на природній основі або з фундаментом глибокого залягання, наприклад, палі, колони (кесонні) і так далі використовуються елементи кінцевої жорсткості (див. EN 1998-5:2004), дія прикладається до границі грунту.

3.2 Кількісний вираз компонентів

3.2.1 Загальні положення

(1)Р Кожен компонент або складова сейсмічного уявлення має свій кількісний вираз в рамках спектру реакцій або динаміки зміни згідно EN 1998-1:2004, розділ 3, в якому приводяться також основні визначення.

3.2.2 Спектр пружної реакції, залежний від напрямку

3.2.2.1 Горизонтальна складова

(1)Р Горизонтальна складова повинна відповідати вимогам EN 1998-1:2004, 3.2.2.2 відповідно до типу грунту у основі опор моста. Якщо декілька типів грунту підходить для даних опор, застосовуються умови 3.3.

3.2.2.2 Вертикальна складова

(1)Р Якщо враховується вертикальна складова сейсмічної дії (див. 4.1.7), необхідно застосовувати реакції даної складової згідно EN 1998-1:2004, 3.2.2.3.

3.2.2.3 Дія довколишнього джерела

(1)Р Дія довколишнього джерела, застосовується в тому випадку, якщо міст розташований в межах 10 км. по горизонталі від відомого активного сейсмотектонічного порушення, здатного видати моментну магнітуду, що перевищує 6,5.

ПРИМІТКА Якщо в національному застосуванні не визначене інше, рекомендується, щоб сейсмотектонічне порушення вважалося за активне в рамках даної вимоги, якщо історична швидкість зрушення складає, принаймні, 1 мм/рік і є топографічні підтвердження сейсмічної активності в період голоцену (останні 11000 років).

3.2.3 Представлення динаміки змін

(1)Р Якщо проводиться нелінійний аналіз динаміки змін, повинні використовуватися, принаймні, три пари компонентів горизонтального переміщення грунту в часі. Дані пари повинні вибиратися з числа зареєстрованих подій з вказівкою магнітуд, відстані до джерела і механізмів, сумісних з тими, які визначають розрахункову сейсмічну дію.

(2) У разі відсутності достатньої кількості пар зареєстрованих переміщень грунту можна використовувати відповідні модифіковані записи або змодельовані сейсмограми прискорень.

(3)Р Узгодженість з відповідними 5% спектру демпфованої пружної реакції розрахункової сейсмічної дії можна встановити за допомогою наступного масштабування амплітуди переміщень.

а. Для кожного землетрусу, що складається з пари горизонтальних
переміщень, необхідно визначити спектр ВКР (вимушеного комбінаційного розсіювання), для чого потрібно розрахувати корінь квадратний з суми квадратів 5%- демпфованого спектру кожного компоненту.

b. Визначити спектр безлічі землетрусів за допомогою середнього значения спектра ВКР для окремих землетрусів (див. вище).

с. Провести масштабування спектру даної множини так, щоб він виявився не менше в 1,3 разу 5%-демпфованого спектру пружних реакцій в диапазоні періодів від 0,2Т1 до 1,5Т1, де 1,5Т1 - це період власних основних коливань конструкції для податливого мосту або ефективний період (T_eff) сейсмоизоляційної системи для мосту з сейсмічною ізоляцією (див. 7.2).

d. Масштабний коефіцієнт, виведений на попередній стадії, повинен застосовуватися до всіх окремих компонентів сейсмічного переміщення.

(4) Якщо спектр ВКР компонентів записаної сейсмограми показує прискорення, відношення яких до відповідних значень спектру пружної реакції розрахункової сейсмічної дії демонструє велике відхилення в діапазоні періодів в (3)Рс, можна провести модифікацію записаної сейсмограми прискорень так, щоб спектр ВКР модифікованих компонентів опинився в тіснішій узгодженості із спектром пружної реакції розрахункової сейсмічної дії.

(5)Р Компоненти кожної пари записів землетрусів повинні застосовуватися одночасно.

(6) Якщо трикомпонентні записи землетрусів і переміщення грунту використовуються для нелінійного розрахунку динаміки змін, масштабування горизонтальних пар компонентів може здійснюватися згідно (3)Р незалежно від масштабування вертикальних складових. Останнє масштабування має бути виконане так, щоб середнє значення відповідного спектру множини не було нижче більш ніж на 10% п'ятипроцентного демпфованого спектру пружної реакції вертикальної розрахункової сейсмічної дії в діапазоні періодів від 0,2T_v до 1,5T_v, де T_v - це період найменшого режиму, коли реакція на вертикальну складову превалює над реакцією на горизонтальні складові (наприклад, у вигляді маси, що бере участь).

7. Допускається також використання пар горизонтальних записів переміщення грунту в комбінації з вертикальними записами різних сейсмічних переміщень, сумісних з вимогами (1)Р. Незалежне масштабування пар горизонтальних і вертикальних записів повинне виконуватися як в (6).

7. Модифікація записаної вертикальної складової в (6) і (7) вирішується при використанні методу, вказаного в (4).

3.2.4 Визначення проектного спектру при лінійних розрахунках

(1)Р Проектування податливих і обмежено-податливих конструкцій повинно проводитися за допомогою лінійного розрахунку з використанням спрощеного спектру реакції, названого «розрахунковим діапазоном» згідно EN 1998-1:2004 3.2.2.5.

3.3 Просторова мінливість сейсмічної дії

(1)Р Для секцій мосту з нерозрізною пролітною будовою повинна враховуватися просторова мінливість за наявності одної або обох наступних умов.

• В межах нерозрізної пролітної будови зустрічаються більш за один тип грунту (згідно EN 1998-1:2004, 3.1.1).

• Характеристики грунту уздовж мосту є приблизно однорідними, але довжина нерозрізної пролітної будови перевищує певну довжину обмеження , L_lim.

Примітка Значення, привласнене величині L_lim для застосування в країні, можна знайти в національному застосуванні. Значення, що рекомендується: Llim=Lg/1.5, де довжина Lg приведена в (6) нижче.

(2)Р Модель, що описує просторову мінливість, повинна враховувати характер розповсюдження сейсмічних хвиль, а також прогресуючу втрату кореляції між різними точками у разі неоднорідності грунтів. Дана модель повинна враховувати також, подальшу втрату кореляції, пов'язану з різними механічними властивостями грунту уздовж мосту.

Примітка Моделі просторової мінливості сейсмічних зсувів і відповідні методи розрахунку приведені в довідковому додатку D.

(3) Якщо не визначений точніший метод оцінки, може використовуватися спрощений метод, опис якого приводиться в параграфах (4) - (7).

4. Інерційна характеристика повинна розраховуватися одним з методів, перерахованих в розділі 4 (див. 4.2.1, 4.2.3 і 4.2.4), з використанням однієї форми сейсмічної дії для всієї конструкції, відповідної найбільш несприятливому типу грунту в основі мосту.

4. Для оцінки просторової мінливості, можуть використовуватися псевдостатичні дії відповідних переміщень, що впливають на фундаменти опор. Дані переміщення повинні враховувати можливі форми просторової мінливості сейсмічних переміщень у вільній області і повинні вибиратися так, щоб викликати максимальні значення даної дії.

4. Вимоги (5) будуть задоволені, якщо кожен з двох нижченаведених типів горизонтальних переміщень буде врахований в розрахунку окремо, шляхом розрахунку дії на відповідні фундаменти опор або на відповідні основи. Результати застосування двох типів можуть не комбінуватися.

а. Тип А

Тип А складається з відносних переміщень:

3 SEISMIC ACTION

3.1 Definition of the seismic action

3.1.1 General

(1)P The complexity of the model selected to describe the seismic action shall be appropriate to the relevant earthquake motion to be described and the importance of the structure and commensurate with the sophistication of the model used in the analysis of the bridge.

(2)P In this Section only the shaking transmitted by the ground to the structure is considered in the quantification of the seismic action. However, earthquakes can induce permanent displacements in soils arising from ground failure or fault rupture. These displacements may result in imposed deformations with severe consequences for bridges. This type of hazard shall be evaluated through specific studies. Its consequences shall be minimised by appropriate measures, such as selecting a suitable structural system. Tsunami effects are not treated in this Standard.

3.1.2 Application of the components of the motion

(1)P In general only the three translational components of the seismic action need to be taken into account for the design of bridges. When the response spectrum method is applied, the bridge may be analysed separately for the translational components of the seismic action in the longitudinal, transverse and vertical directions. In this case the seismic action is represented by three one-component actions, one for each direction, quantified in accordance with 3.2. The action effects shall be combined in accordance with 4.2.1.4.

(2)P When non-linear time-history analysis is performed, the bridge shall be analysed under the simultaneous action of the different components.

(3) The seismic action is applied at the interface between the structure and the ground. If springs are used to represent the soil stiffness either in connection with spread footings or with deep foundations, such as piles, shafts (caissons), etc. (see EN 1998-5:2004), the motion is applied at the soil end of the springs.

3.2 Quantification of the components

3.2.1 General

(1)P Each component of the earthquake motion shall be quantified in terms of a response spectrum, or a time-history representation (mutually consistent) as set out in EN 1998-1:2004, Section 3, which also provides the basic definitions.

3.2.2 Site dependent elastic response spectrum

3.2.2.1 Horizontal component

(1)P The horizontal component shall be in accordance with EN 1998-1:2004, 3.2.2.2, depending on the ground type at the foundation of the supports of the bridge. When more than one ground types correspond to these supports, then 3.3 applies.

3.2.2.2 Vertical component

(1)P When the vertical component of the seismic motion needs to be taken into account (see 4.1.7), the site-dependent response spectrum of this component shall be taken in accordance with EN 1998-1:2004, 3.2.2.3.

3.2.2.3 Near source effects

(1)P Site-specific spectra considering near source effects shall be used, when the site is located within 10 km horizontally of a known active seismotectonic fault that may produce an event of Moment Magnitude higher than 6,5.

NOTE Unless the National Annex defines otherwise, it is recommended that a seismotectonic fault be considered to be active for the purposes of this requirement when there is an average historic slip rate of at least 1 mm/year and topographic evidence of seismic activity within the Holocene times (past 11000 years).

3.2.3 Time-history representation

(1)P When a non-linear time-history analysis is carried-out, at least three pairs of horizontal ground motion time-history components shall be used. The pairs should be selected from recorded events with magnitudes, source distances, and mechanisms consistent with those that define the design seismic action.

(2) When the required number of pairs of appropriate recorded ground motions is not available, appropriate modified recordings or simulated accelerograms may replace the missing recorded motions.

(3)P Consistency to the relevant 5% damped elastic response spectrum of the design seismic action shall be established by scaling the amplitude of motions as follows.

a. For each earthquake consisting of a pair of horizontal motions, the SRSS spectrum
shall be established by taking the square root of the sum of squares of the 5%- damped spectra of each component.

b. The spectrum of the ensemble of earthquakes shall be formed by taking the average
value of the SRSS spectra of the individual earthquakes of the previous step.

c. The ensemble spectrum shall be scaled so that it is not lower than 1,3 times the 5%- damped elastic response spectrum of the design seismic action, in the period range between 0,2Т1 and 1,5Т1, where T₁ is the natural period of the fundamental mode of the structure in the case of a ductile bridge, or the effective period (T_eff) of the isolation system in the case of a bridge with seismic isolation (see 7.2).

d. The scaling factor derived from the previous step shall be applied to all individual seismic motion components.

(4) When the SRSS spectrum of the components of a recorded accelerogram gives accelerations the ratio of which to the corresponding values of the elastic response spectrum of the design seismic action shows large variation in the period range in (3)Pc, modification of the recorded accelerogram may be carried out, so that the SRSS spectrum of the modified components is in closer agreement with the elastic response spectrum of the design seismic action.

(5)P The components of each pair of time-histories shall be applied simultaneously.

6. When three component ground motion time-history recordings are used for non­linear time-history analysis, scaling of the horizontal pairs of components may be carried out in accordance with (3)P, independently from the scaling of the vertical components. The latter shall be effected so that the average of the relevant spectra of the ensemble is not lower by more than 10% of the 5% damped elastic response spectrum of the vertical design seismic action in the period range between 0,2T_v and 1,5T_v, where T_v is the period of the lowest mode where the response to the vertical component prevails over the response to the horizontal components (e.g, in terms of participating mass).

6. The use of pairs of horizontal ground motion recordings in combination with vertical recordings of different seismic motions, consistent with the requirements of (1)P above, is also allowed. The independent scaling of the pairs of horizontal recordings and of the vertical recordings shall be carried out as in (6).

6. Modification of the recorded vertical component in (6) and (7) is permitted using the method specified in (4).

3.2.4 Site dependent design spectrum for linear analysis

(1)P Both ductile and limited ductile structures shall be designed by performing linear analysis using a reduced response spectrum, called design spectrum, as specified by EN 1998-1:2004, 3.2.2.5.

3.3 Spatial variability of the seismic action

(1)P For bridge sections with a continuous deck the spatial variability shall be considered when one or both of the following two conditions hold.

• Soil properties along the bridge vary to the extent that more than one ground types (as specified in EN 1998-1:2004, 3.1.1) correspond to the supports of the bridge deck.

• Soil properties along the bridge are approximately uniform, but the length of the continuous deck exceeds an appropriate limiting length, L_lim.

NOTE The value ascribed to L_lim for use in a country may be found in its National Annex. The recommended value is: Llim = Lg/1.5 where the length Lg is defined in (6) below.

(2)P The model describing spatial variability should account, even if only in a simplified way, for the propagative character of the seismic waves, as well as for the progressive loss of correlation between motions at different locations due to the random non homogeneity of the soil, involving complex reflections and refractions of the waves. The model should also account, even if only in a simplified way, for the further increase in loss of correlation due to differences in the mechanical properties of the soil along the bridge, which also modify the frequency content from one support to the other.

NOTE Models of the spatial variability of the earthquake motions and appropriate methods of analysis are presented in informative Annex D.

3. Unless a more accurate evaluation is made, the simplified method specified in the paragraphs (4) to (7) may be used.

3. The inertia response should be accounted for by one of the methods specified in Section 4 (see 4.2.1, 4.2.3 and 4.2.4) using a single input seismic action for the entire structure (e.g. a single response spectrum or corresponding accelerogram sets), corresponding to the most severe ground type underneath the bridge supports.

3. The spatial variation of the seismic action may be estimated by pseudo-static effects of appropriate displacement sets, imposed at the foundation of the supports of the bridge deck. These sets should reflect probable configurations of the spatial variability of the seismic motion at free field and should be selected so as to induce maximum values of the seismic action effect under investigation.

3. The requirements in (5) are deemed to be satisfied, by imposing each of the following two sets of horizontal displacements, applied separately, in each horizontal direction of the analysis, on the relevant support foundations or on the soil end of the relevant spring representing the soil stiffness. The effects of the two sets need not be combined.

a. Set A

Set A consists of relative displacements:

ε_{r ,} ε_r

застосовуэться з одним знаком (+ or -) у всіх

опорах мосту (1 to n) в горизонтальному напрямку, що розглядається (див. Рисунок 3.1)

applied simultaneously with the same sign (+ or -) to all supports of the bridge (1 to n) in the horizontal direction considered (see Figure 3.1).

Рисунок 3.1: Тип деформації А

де:

dg - розрахункове переміщення грунту залежно від типу грунту опори i, згідно EN 1998-1:2004, 3.2.2.4;

Li - відстань (проекція на горизонтальну площину) від опори i до нульової точки i = 0;

Lg _- відстань, за межами якого переміщення грунту можуть розглядатися як повністю некорельовані.

Примітка 1 Значення, привласнене величині Lg для застосування в країні, можна знайти в національному застосуванні. Значення, що рекомендується, приводиться в таблиці 3.1N залежно від типу грунту:

Таблиця 3.1 N - відстань, за межами якого переміщення грунту можуть розглядатися як некорельовані

Figure 3.1 Displacement Set A

where:

d_g is the design ground displacement corresponding to the ground type of support i, in accordance with EN 1998-1:2004, 3.2.2.4;

Li is the distance (projection on the horizontal plane) of support i from a reference support i = 0, that may be conveniently selected at one of the end supports;

Lg is the distance beyond which the ground motions may be considered as completely uncorrelated.

NOTE 1: The value ascribed to Lg for use in a country may be found in its National Annex. The recommended value is given in Table 3.1N, depending on the ground type:

Table 3.1N: distance beyond which ground motions may be considered uncorrelated

b. Тип B

Тип В використовується для вивчення дії переміщень грунту, у випадку якщо вони мають протилежні напрями в зоні суміжних мостових опор. Для того, щоб врахувати даний факт, необхідно допустити переміщення ∆d_i будь-якої проміжної опори i (>1) щодо нерухомих суміжних опор i-1 та i+1 (див. рисунок 3.1)

b. Set B

Set B covers the influence of ground displacements occurring in opposite directions at adjacent piers. This is accounted for by assuming displacements ∆d_i of any intermediate support i (>1) relative to its adjacent supports i-1 and i+1 considered undisplaced (see Figure 3.1).

ε_r

де:

L_aV;i середнє значення відстаней L_i-1;i та L_i;i+1 від проміжної опори i до її суміжних опор i-1 та i+1відповідно. Для крайніх опор (0 і n) L_av0=L₀₁ та L_avn= L_n-1,_n;

β_rкоефіцієнт, який відповідає за величину переміщень грунту, що відбуваються в протилежних напрямах в зоні суміжних опор.

Примітка 2 Значення, привласнене величині fi_r - для застосування в країні, можна знайти в національному застосуванні. Значення, що рекомендується:

βг = 0.5, якщо у всіх трьох опорах зустрічається один і той же тип грунту.

βг = 1.0, якщо тип грунту однієї з опор відрізняється від типу грунту два решти опор.

ε_r така ж величина, як і для типу А вище. Якщо відбувається зміна типу грунту між двома опорами, необхідно набувати максимального значення ε_r.

Тип В складається з наступних абсолютних переміщень з протилежним знаком на ділянках суміжних опор i та для від i = 0 до n - 1 (див. рисунок 3.2).

where:

L_aV;i is the average of the distances L_i-1;i and L_i;i+1 of intermediate support i to its adjacent supports i-1 and i+1 respectively. For the end supports (0 and n) L_av0=L₀₁ and L_avn= L_n-1,_n;

β_r is a factor accounting for the magnitude of ground displacements occurring in opposite direction at adjacent supports.

NOTE 2: The value ascribed to fi_r for use in a country may be found in its National Annex. The recommended value is:

β_r = 0.5 when all three supports have the same ground type

β_r = 1.0 when the ground type at one of the supports is different than at the other two.

ε_r is as defined for set A above. If a change of ground type appears between two supports, the maximum value of s should be used.

Set B consists of the following configuration of imposed absolute displacements with opposed sign at adjacent supports i and for i = 0 to n-1 (see Figure 3.2).

Рисунок 3.2 Тип переміщень В

(7)Р В кожному горизонтальному напрямі максимальні результати псевдостатичного розрахунку (5) і (6) повинні поєднуватися з відповідними інерційними діями (4) з використанням правила SSRS (корінь квадратний з суми квадратів). Результат даного поєднання складає результати розрахунку в даному напрямі. Для поєднання різних складових сейсмічної дії застосовуються правила 4.2.1.4.

(8) При проведенні розрахунку динаміки зміни, сейсмічні переміщення в області кожної опори повинні відображати з достатнім ступенем надійності можливу просторову мінливість сейсмічної дії.

Примітка Інструкції по вибору сейсмічної дії, що відображає можливу просторову мінливість, приводяться в D.2 додаток D.

Figure 3.2 : Displacement Set B

(7)P In each horizontal direction the most severe effects resulting from the pseudo static analyses of (5) and (6) shall be combined with the relevant effects of the inertia response of (4), by using the SSRS rule (square root of the sum of squares). The result of this combination constitutes the effects of the analysis in the direction considered. For the combination of the effects of the different components of seismic action, the rules of 4.2.1.4 are applicable.

(8) When time-history analysis is performed the seismic motions applied at each support should reflect with sufficient reliability the probable spatial variability of the seismic action.

NOTE Guidance for generating samples of seismic motion reflecting the probable spatial variability is given in D.2 of Informative Annex D.