Способ защиты района застройки от сейсмического воздействия

 

СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАЙОНА ЗАСТРОЙКИ ОТ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ путем гашения сейсмических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты района застройки от сейсмического воздействия, гашение сейсмических колебаний осуществляют упругими волновыми колебаниями, излучаемыми сейсмическими виброисточниками, одни из которых/установлены в эпицентральной зоне землетрясения, другие - в защитной зоне, окружающей район застройки и удаленной от него на некотором расстоянии , а третьи - у фундаментов сооружений района застройки, причем в : моменты концентрации напряжений или появления краткосрочных предвестников землетрясений в эпицентральной зоне активизируют процесс релаксации напряжения колебаниями, создаваемыми виброисточниками, установленными в этой зоне, затем в момент начала землетрясения активизируют процесс распадной неустойчивости сейсмических колебаний путем излучения размещенными в защитной зоне и у фундаментов сооружений виброисточниками колебаний на резонансных частотахсооружений , а при достижении сейсми .ческими колебаниями района застройки сл смещают их частоту выше резонансной частоты сооружений путем наложения н.а сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками , установленными в защитной зоне, и колебаний в противофазе к пиковым сейсмическим колебаниямили со колебаний на частотах выше резонансо ной частоты сооружений, излучаемых виб4 роисточниками, установленными у о: даментов сооружений.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зьо E 02 о 27/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3325435/29-33 (22) 07.08.81 (46) 23.07.83. Бюл. N 27 (72) К.М.Мирзоев, С.Х,Негматуллаев, А.В.Николаев, Н.Г.Саломов, О.Б.Хаврош кин и В.В.Цыплаков (71) Ордена Ленина институт физики

Земли им. О.Ю.Шмидта и Институт сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН Таджикской CCP (53) 699.841(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР. и . 215100, кл. E 02 0 27/34, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

М 838014, кл. E 02 0 31/08, 1979. (54)(57) спосоБ защиты РАЙонА зАстРоЙКИ ОТ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ путем гашения сейсмических колебаний, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты района застройки от сейсмического воздействия, гашение сейсмических колебаний осуществляют упругими волно, выми колебаниями, излучаемыми сейсмическими виброисточниками, одни из которых установлены в эпицентральной зоне землетрясения, другие - в защитной зоне, окружающей район застройки

„„Я0„„1030496, А и удаленнок от него на некотором расстоянии, а третьи - у фундаментов сооружений района застройки, причем в моменты концентрации напряжений или появления краткосрочных предвестников землетрясений в эпицентральной зоне активизируют процесс релаксации напряжения колебаниями, создаваемыми виброисточниками, установленными в этой зоне, затем в момент начала землетрясения активизируют процесс распадной неустойчивости сейсми- ческих колебаний путем излучения размещенными в защитной зоне и у фундаментов сооружений виброисточниками колебаний. на резонансных частотах со- оружений, а при достижении сейсми- Е ческими колебаниями района застройки смещают их частоту выше резонансной частоты сооружений путем наложения на сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками, установленными в защитной >в зоне, и колебаний в противофазе к пиковым сейсмическим колебаниям- или 1».р колебаний на частотах выше резонансной частоты сооружений, излучаемых виброисточниками, установленными у фундаментов сооружений.

6 2 излучаемых виброисточниками, установленными у фундаментов сооружений °

На фиг,1 изображена схема размещения виброисточников, телеметрии и сейсмоприемников в эпицентральной . зоне; на фиг.2 - схема взаимодействия сейсмических волн с волнами от вибро" источников.

На схеме изображено поверхность 1 земли, план, активные разломы 2 на поверхности земли, виброисточники 3 эпицентральной зоны, сейсмоприемники 4, система 5 телеметрии, резервные места 6 установки виброисточников, виброисточники 7 защитной зоны, высокочастотные виброисточники 8 у .фундаментов сооружений, защищаемые сооружения 9, трассы 10 распространения сейсмических волн из очаговой зоны и волн от виброисточников, очаг 11 землетрясения.

Защита сооружений от сейсмического воздействия по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

По ряду прогностических признаков, в том числе по показаниям сети сейсмоприемников 4, приводят в рабочее состояние виброисточники 3. Все виброисточники в эпицентральной зоне являются высокочастотными и располагаются в соответствии с уточненными данными относительно очага возможного землетрясения и положения активных разломов 2 на поверхности земли 1. По показаниям сейсмоприемников 4, регист- . рирующих увеличение напряженного состояния зоны в моменты максимумов напряжений, кратковременно (на 410 мин) запускают виброисточники 3 и облучают их волновым полем очаги концентраций напряжений и наиболее активные разломы 2 поверхности земли 1, flo данным сети приемников 4 судят о степени разрядки напряжений в эпицентральной зоне.

При этом воздействие высокочастотных .колебаний от виброисточников 3 на породы, находящиеся на грани раз1 103049

Изобретение относится к строительству, а именно к способам защиты зданий, сооружений от сейсмического воздействия °

Известен способ защиты зданий, сооружений от сейсмического воздействия путем выполнения экрана 1 1. рушения в очагах концентрации напряжений и в местах разломов, за счет дополнительных напряжений упругой волны, а также за счет усталостного механизма разрушения сопровождается локальным разрушением пород. Для получения данных с сейсмоприемников 4

Недостатком известного способа является невысокая эффективность защиты зданий, сооружений, Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ защиты района застройки от сейсмического воздействия путем гашения сейсмйческих колебаний (2 ) .

Недостатком известного способа является малая эффективность защиты зданий, сооружений в районе застройки.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты района застройки от сейсмического воздействия.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты района застройки от сейсмического воздействия путем гашения сейсмических колебаний последнее осуществляют упругими волновыми колебаниями, излучаемыми сейсмическими виброисточниками, одни из которых установлены в эпи30 центральной зоне землетрясения, другие - в защитной зоне, окружающей район застройки и удаленной от него на некотором расстоянии, а третьиу фундаментов сооружений района застройки, причем в моменты концентра- 85 ции напряжений или появления краткосрочных предвестников землетрясений

s эпицентральной зоне активизируют процесс релаксации напряжений .колебаниями, создаваемыми виброисточника-40 ми, установленными в этой зоне, затем в момент начала землетрясения активизируют процесс распадной неустойчивости сейсмических колебаний путем излучения размещенными в защит-45 ной зоне и у фундаментов сооружений виброисточниками колебаний на резонансных частотах сооружений, а при достижении сейсмическими колебаниями района застройки смещают их частоту 50 выше резонансной частоты сооружений путем наложения на сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками, установленными в защитной зоне, и колебаний 55 в противофазе к пиковым сейсмическим колебаниям или колебаний на частотах, вь ше резонансной частоты сооружений, и управления работой виброисточников

3, сбора и обработки-данных и степени снятия напряжений используют телеметрию 5. Если при этом произойдет землетрясение, то по информации от сети приемников 4, переданной в центр обработки и координации работы всех

:групп виброисточников, из этого центра по телеметрии 5 на блоки управления работой виброисточников поступает команда на запуск всех виброисточников.

Виброисточники эпицентральной эоны 1о своим излучением частично смещают спектр очага 11 землетрясения в высокочастотную область. Из очага расходятся импульсные колебания, в спектре которых нет выраженных максимумов; 15 среда распространения колебаний оп- реденным образом также искажает волновое поле, так как спектры колебаний даже в бли ких точках существенно различаются и в значительной сте- gp пени определяются структурой региона.

Одновременно по данным сети сейсмоприемников 4 и заранее известных характеристик региона вычислительный центр определяет. трассы 10 распростра-rs нения сейсмических колебаний из очага 11. По результатам работы вычислительного центра программируются командные устройства виброисточников района застройки 7 и виброисточников ,8, расположенных у фундаментов сооружений 9. В результате работы виброисточников 7 и 8, управляемых командными устройствами, навстречу сейсмическим колебаниям из очага 11 по трасам 10 излучается остронаправленное поле упругих колебаний на резонансных частотах сооружений 9 синфаэно с колебаниями этих же частот соответствующего участка спектра сейсми40 ческих колебаний. Увеличивая мощность встречных колебаний, повышают общую суммарную энергию участка спектра сейсмических колебаний до момента начала распадной неустойчивости в соответствии с соотношением Мэнли-Роу.

Если распад произошел не полностью, а так же для блокировки колебаний, проходящих по другим трассам, при достижении сейсмическими колебаниями района застройки по программе меняют режим работы виброисточников 7 и 8, смещая частоту сейсмических колебаний выше резонансной частоты сооружений 9 путем наложения на сейсмические колебания высокочастотных колебаний, создаваемых виброисточниками 7, установленными в защитной зоне, и колебаний в противофазе к пиковым сейсми1030495

4 ческим колебаниям или колебаний на частотах выше резонансной частоты сооружений, излучаемых.виброисточниками 8, установленными у фундаментов сооружений 9..

В .основу управляемой разрядки напряжений в эпицентральной зоне положен механизм усталостного разрушения горных пород. При возбуждении виброисточниками, расположенными в этой зоне, поля высокочастотных сейсмических колебаний происходит постепенное, по мере накопления усталостного воздействия, частичное разрушение пород в местах концентрации напряжений и разрядка сейсмических сил, т.е. обеспечивается управляемое освобождение сейсмической энергии в очаге землетрясения. В соответствии с прогностическими признаками подобные вибровоздействия должны проводиться всякий раз, как только возникает сейсмическаФ опасность, Так как фоновые напряжения в эпицентральной зоне возрастают в моменты максимальных атмосферных, сейсмических, приливных и других воздействий, то виброисточники можно включать кратковременно только в указанные промежутки времени.

Если масштабы выделяющейся при этом упругой энергии эпицентральной зоны превышают определенный пороговый уровень безопасности, то дальнейшее управление таким процессом осуществляют методами нелинейных взаимодействий сейсмических волновых колебаний. Так как поверхностные слои земной коры являются средой с квадратичной нелинейностью, то сейсмические волновые колебания, возбуждаемые виброисточниками, сопровождаются генерацией второй гармоники и постоянной составляющей, проявляющейся в натяжении среды. Если же в среде создается поле колебаний разных частот, то возникает третья, комбинационная гармоника и происходит так называемое, трехчастотное волновое взаимодействие, в котором участвуют одновременно три волны с частотами <О1 (ш (ш, при чем ш = м „+ (лу . Характер энергообмена между волнами консервативен и описывается соотношениями МэнлиРоу. Если в спектре очага волны на частотах резонанса зданий наиболее мощные и имеют наибольшую частоту, то в соответствии с соотношениями Мэнли-.

Роу наблюдается явление распадной не устойчивости, — когда волна на часто0496

5 103 те Ы отдаст всю свою энергию слабым низкочастотным волнам. Для возникновения распадной неустойчивости необходимо пороговое превышение амплитуды высокочастотной волны, оно пропорционально потерям в среде и рассогласованию волновых чисел. Неустой- чивость волновых колебаний, взаимодействующих вдоль обшего участка трассы распространения, пропорциональна их амплитуде на частоте <м и длине трассы их взаимодействия.

С другой стороны, воздействие волновых колебаний виброисточников на очаг землетрясения сопровождается, через изменения, характеристик распределения напряжений и смещений в окрестность краев трещин, периодическим воздействием на силы, управляющие развитием трещин. Тем самым появляется возможность управлять сейсмическими воздействиями. Поэтому, при землетрясении две группы виброисточников одна в эпицентральной зоне .и вторая в районе застройки излучают колебания на частоте ш5» АР(ыр- резонансная частота сооружений ), а высокочастотные виброисточники у фундаментов сооружений модулируют по амплитуде и излучают колебания так же на частоте м . Виброисточники у фундаментов. сооружений работают в режиме параметрического излучения сейсмических волновых колебаний, когда высокочас" тотная часть манипулированного вибросигнала затухает в нелинейной среде ближней зоны источника. волнового поля, и далее распространяется волна, имеющая форму низкочастотной огибающей сигнала. Распадная неустойчивость сейсмических волновых колебаний в очаге землетрясения на частотах cv< является всегда неполной, а размерй эпицентральной зоны значительны, r ° так что интенсивность волнового поля по-прежнему опасна для защищаемых объектов. Поэтому навстречу подходящим к защищаемым сооружениям волновым фронтам на частотах ш с помощью группй виброисточников, установленных у фундаментов сооружений,. следует излучать волновые колебания также с частотой М, но в противофазе по отнощению к сейсмическим колебаниям. В момент прохождения ослабленных таким образом волновых колебаний рабочая частота указанных виброисточников сдвигается в сторону от ЮР, происходит затягивание и синхронизация сейсмических колебаний, порожденных землетрясением на другой, не равной ыр

5 частоте. Независимо от конкретных условий и природы волновых полей, их синхронизация возможна при сколь угодно малой связи между ними (например, нелинейность среды ), если только до10 статочно мало рассогласование одноименных параметров (частоты или длины волны ), причем величина расстройки, на которой начинает проявляться эффект .затягивания частоты, зависит от сте15 пени нелийейности среды и амплитуды сигналов. В соответствии с этим, группа виброисточников в районе застройки возбуждает в поле проходящих сейсмических волновых колебаний от

20 землетрясения вибросигналы на частоте

ы . ш (и,/од 1" t,3), обеспечивая тем самым затягивание волн и снижая мощность сейсмических воздействий на опасных для сооружений частотах (u

25 В результате сформироааыные новые волновые колебания имеют синхронную частоту Lu, близкую к средневзвешенному значению парциальных частот ш и шр, причем среднеквадратичное от"

30 клойение Lu при флуктуации сейсмических волновых колебаний на мР является значительно меньше, чем среднеквадратичные отклонения ыР.

Для повышения эффективности защиты

35 индивидуальных сооружений возможно гашение сейсмических волновых колебаний с помощью вибровоэдействия не" посредственно у сооружений; Нелинейные волны значительной амплитуды под

g0 воздействием мощных возмущений теряют устойчивость и разрушаются. Поэтому волновое поле высокочастотных виброисточников (10 10 Гц, работающих непосредственно у фундаментов

4» зданий, взаимодействуя с низкочастотными сейсмическими волновыми колебаниями от землетрясения, вызывает их распадную неустойчивость и тем самым защищает сооружение от сейсмического воздействия. Высокочастотные же колебания, проходящие по сооружению, по" высят его жесткость.

Применение предлагаемого способа защиты района застройки от сейсмичес- .

55 кого воздействия обеспечивает эффективную защиту сооружений от сейсмических колебаний.

1030496

2 1

Редактор Н.Рогулич

-е

Заказ 5349/34 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 г

/

Г

Составитель Е.Палагин

Техред И.Метелева Корректор А,ференц