Барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн



Барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн
Барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн

 


Владельцы патента RU 2475595:

Кузнецов Сергей Владимирович (RU)
Нафасов Айбек Эркинович (RU)

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты территорий с расположенными зданиями и сооружениями, находящихся в сейсмически опасных районах, а также для их защиты от виброколебаний, источником которых может быть любое технологическое оборудование или оружие. Барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн окружает защищаемую территорию, верхний край которого находится на уровне с поверхностью грунта. Барьер в плане выполнен выпуклым, глубина барьера выполняется не меньше 0,2 длины волны, ширина стенки барьера - не меньше одной длины волны. Длина волны принимается соответствующей самой низкой частоте из наиболее опасных частот колебаний для данного района, определяемых по спектрам акселерограмм землетрясений. Расстояние между границами сооружений и внутренней границей барьера составляет не менее 0,35 ширины барьера, а материал барьера выполняется с плотностью как минимум вдвое большей, чем плотность окружающего грунта. Технический результат состоит в повышении эффективности защиты территории от сейсмических волн. 2 ил.

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты территорий с расположенными зданиями и сооружениями, находящихся в сейсмически опасных районах, а также для их защиты от виброколебаний, источником которых может быть любое технологическое оборудование или оружие.

Известен экран для защиты фундаментов зданий и сооружений от воздействия колебаний (Авторское свидетельство СССР №817150, кл. Е02D 27/34, 1979). Экран включает размещенную вокруг контура фундамента траншею, заполненную материалом, поглощающим колебания. Траншея выполнена в грунте из соединенных своими концевыми участками криволинейных секций, причем криволинейные секции могут быть обращены навстречу колебаниям как выпуклостью, так и вогнутостью. Недостатком известного экрана является низкая эффективность защиты за счет нарушения целостности системы грунт-фундамент при исчерпании демпфирующих свойств засыпки траншеи.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является экран для защиты объектов от сейсмических волн (Патент РФ №2006553, кл. Е02D 27/34, 1994). Экран представляет собой расположенную вокруг сооружения, погруженную в грунт оболочку, выполненную из соединенных своими концевыми участками и обращенных выпуклостями навстречу колебаниям железобетонных секций Л-образной формы. При этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе сооружения, а оболочка в плане представляет собой многовершинную звезду. Недостатком такого экрана является разрушение структуры прилегающего с внутренней стороны звезды грунта, что снижает эффективность работы, а также расслоение грунтового массива в виде трещин или осыпи в области выступающих вершин.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности защиты за счет создание барьера, препятствующего распространению поверхностных сейсмических волн (волн Рэлея).

Указанная цель достигается за счет того, что барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн окружает защищаемую территорию, а его верхний край находится на уровне с поверхностью грунта. Барьер в плане выполнен выпуклым, глубина барьера выполняется не меньше 0,2 длины волны, а ширина стенки барьера - не меньше одной длины волны. Длина волны принимается соответствующей самой низкой частоте из наиболее опасных частот колебаний для данного района, определяемых по спектрам акселерограмм землетрясений. Расстояние между границами сооружений и внутренней границей барьера составляет не менее 0,35 ширины барьера, а материал барьера выполняется с плотностью как минимум вдвое большей, чем плотность окружающего грунта. Верхний край барьера устанавливается на одном уровне с поверхностью грунта.

Повышение эффективности защиты достигается за счет модификации физических свойств поверхностного слоя, что приводит к снижению энергии волн Рэлея, которые не могут распространяться, если поверхностность полупространства защемлена. Волнами Рэлея называются поверхностные волны, которые могут распространяться вдоль плоской свободной границы изотропного упругого полупространства и амплитуда которых быстро спадает с глубиной [Strutt J.W. (Lord Rayleigh), On wave propagating along the plane surface of an elastic solid // Proc. London Math. Soc., 1885]. Рэлеевские волны являются одними из существенных факторов, связанных с переносом энергии при землетрясениях, поскольку энергия рэлеевских волн локализована в весьма тонком слое вблизи от границы полупространства. Рэлеевские волны, наряду с волнами Лява, распространяясь по поверхности, затухают с расстоянием медленнее объемных волн. Для восприятия поверхностных волн и создания препятствия для их распространения предлагается заменить участок поверхностного слоя среды на барьер из материала с плотностью как минимум вдвое большей, чем плотность окружающего грунта, тем самым пригрузив поверхностный слой.

Ширина стенки барьера должна быть не меньше длины волны, при этом длина волны принимается соответствующей самой низкой частоте из наиболее опасных частот колебаний, определяемых по спектрам акселерограмм землетрясений. Если длина волны оказывается больше ширины барьера, часть волновой энергии проходит через барьер, и эффективность барьера резко уменьшается. При выполнении ширины барьера свыше длины волны, эффективность барьера возрастает, но после превышения ширины барьера 1,6 длины волны, эффективность защиты растет незначительно.

Глубина барьера выполняется не меньше 0,2 длины волны. Если глубина барьера оказывается меньше 0,2 длины волны, часть волновой энергии проходит через барьер, и эффективность барьера резко уменьшается. При выполнении глубины барьера свыше 0,2 длины волны, эффективность барьера возрастает, но после превышения глубины барьера 0,4 длины волны, эффективность защиты растет незначительно.

Безопасное расстояние между границами сооружений и внутренней границей барьера составляет не менее 0,35 ширины барьера, так как на расстоянии ближе указанного грунт и сам барьер испытывают значительные деформации, вызванные сейсмическими волнами. Барьер испытывает деформации из-за того, что он воспринимает на себя основную энергию поверхностных волн. Близлежащий грунт испытывает деформации из-за того, что: а) часть волновой энергии проходит под барьером и б) передаются деформации от барьера.

Эффективность барьера увеличивается пропорционально увеличению плотности материала, из которого он изготовлен. Существенное увеличение эффективности барьера достигается, когда его материал имеет плотность как минимум вдвое больше, чем плотность окружающего грунта.

Верхний край барьера для наиболее эффективного взаимодействия с поверхностными волнами устанавливается на одном уровне с поверхностью грунта.

На фиг.1 представлен вид на барьер сверху (в плане). Барьер (1) представляет собой выпуклую геометрическую фигуру, огибающую защищаемую территорию (2) на расстоянии "а" между границами защищаемых сооружений и внутренней границей барьера. На фиг.2 изображен разрез (А-А) - барьер (1) глубиной "h" и шириной "s" погружен в поверхностный слой грунта (3).

Пример подбора параметров барьера для далеких землетрясений в области Вранча (Румыния), спектрограмма которых содержит явно выраженные пики в диапазоне от 1,5 до 2 Гц (9-12,56 рад/сек) [Demetriu S. and Trandafir R., Time-frequency representations of earthquake motion records. An. St. Univ. Ovidius Constant, 2003, vol. 11(2), pp.57-68.]: скорость распространения продольных волн в грунтах из галечника с водонасыщенным песком (плотность 1500 кг/м3) составляет приблизительно 120 м/сек, поперечных - 70 м/сек, рэлеевских волн - 65 м/сек. Тогда ширина барьера (при длине волны, равной L=CR/min(f)=65/1,5=43,3 м, где CR - скорость распространения рэлеевских волн, f - наиболее низкая частота колебаний в диапазоне 1,5-2 Гц) должна быть не менее 43,3 м; глубина - не менее 8,66 м, а плотность - не менее 3000 кг/м3. Надо отметить, что при близких землетрясениях частотный диапазон, отвечающий пикам амплитуд, обычно выше и лежит в диапазоне от 3 до 8 Гц. Таким образом, в этом случае ширина сейсмического барьера становится существенно меньше: для водонасыщенного галечника (плотность 1500 кг/м) при пиковой частоте 3 Гц (наиболее низкая частота волны в диапазона 3-8 Гц), длина волны будет примерно 21,7 метров, соответственно необходимая ширина барьера будет также не менее 21,7 метров, глубина барьера - не менее 4,34 м, а плотность - не менее 3000 кг/м3.

Рассмотрим принцип работы защитного барьера для сооружений, стоящих на песчаном грунте плотностью 1800 кг/м3. Барьер для этого грунта выполнен из бетона с плотностью 4000 кг/м3. Для поверхностных волн с частой колебаний, лежащих в диапазоне от 3 до 8 Гц, и длиной от 11 до 25 метров наиболее эффективные геометрические параметры барьера составляют: ширина стенки s=25 метров, глубина h=5 метра, верхний край барьера расположен непосредственно на уровне поверхности грунта. При взаимодействии волн с барьером происходит затухание амплитуды сейсмических волн и на защищаемой территории (после барьера) амплитуда волн уменьшается в два раза. Барьер вызывает дифракцию сейсмических волн: он отсекает основную часть волновой энергии и направляет ее вниз, и лишь незначительная часть волновой энергии проникает в защищаемую территорию за счет прохождения волн по нижней границе барьера. При этом в барьере возникают зоны больших деформаций, основная часть которых локализована в передней части барьера. Отраженные от барьера волны направляются в обратном направлении, либо вглубь земли.

Необходимо отметить, что кинетическая энергия волнового поля является квадратичной функцией амплитуды. Проведенные исследования показывают, что с помощью горизонтального барьера можно получить уменьшение магнитуды перемещений за барьером в 1,5-2 раза (в зависимости от физических свойств грунта и барьера) по сравнению с незащищенной зоной перед барьером. Это означает уменьшение кинетической энергии сейсмических волн в защищаемой территории в 2,25-4 раза соответственно.

После взаимодействия волн с барьером возможно частичное и даже полное разрушение структуры барьера, поэтому после завершения периода сейсмической активности необходимо проводить мероприятия по восстановлению барьера.

Барьер для защиты застроенных территорий от поверхностных сейсмических волн, окружающий защищаемую территорию, верхний край которого находится на уровне с поверхностью грунта, отличающийся тем, что барьер в плане выполнен выпуклым, глубина барьера выполняется не меньше 0,2 длины волны, ширина стенки барьера - не меньше одной длины волны, при этом длина волны принимается соответствующей самой низкой частоте из наиболее опасных частот колебаний для данного района, определяемых по спектрам акселерограмм землетрясений, расстояние между границами сооружений и внутренней границей барьера составляет не менее 0,35 ширины барьера, а материал барьера выполняется с плотностью как минимум вдвое большей, чем плотность окружающего грунта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам, используемым для укрепления фундамента зданий и сооружений и предотвращения их разрушения в сейсмически неблагоприятных районах.

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам, используемым для укрепления фундамента зданий и сооружений, и предотвращения их разрушения в сейсмически неблагоприятных районах.

Изобретение относится к строительству зданий, восприимчивых к стихийным бедствиям. .

Изобретение относится к опоре для защиты сооружений, которая выполнена в виде маятниковой скользящей опоры. .

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве зданий и сооружений, в частности, в регионах с повышенной сейсмической активностью.

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений. .

Изобретение относится к строительству сейсмобезопасных зданий и сооружений. .

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям, предназначенным для защиты объектов гражданского и промышленного строительства от разрушения при оползневых явлениях в неустойчивых грунтах и в районах с повышенной сейсмоопасностью.

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для предотвращения воздействия колебаний на объекты строительства. .

Изобретение относится к области строительства, а именно к обеспечению сейсмостойкости фундаментов зданий, сооружений, возводимых в сейсмоопасных районах, и может быть использовано при проведении экспериментальных исследований.

Изобретение относится к области строительства, в частности к сейсмоизолирующим устройствам зданий и сооружений

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройству сейсмозащиты зданий и сооружений для защиты конструкций, людей и оборудования от интенсивных горизонтальных и вертикальных колебаний природного и техногенного происхождения, передающихся на эти здания, сооружения

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении и анализе напряженно-деформированного состояния строящихся преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах. Способ строительства преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, согласно которому после сооружения очередной группы из одного или нескольких этажей строения производят измерения осадок фундаментов, средних наклонов верхнего перекрытия над этой группой этажей и средних наклонов верхних перекрытий над всеми ранее сооруженными группами этажей. По результатам измерения и их анализа судят о деформациях основания и напряженно-деформированном состоянии строения к моменту измерений и до полного возведения строения, а также о необходимости воздействия на грунт или фундамент. Вначале фундамент сооружают из расчета не на полную нагрузку от строения, а на ее часть, например от половины строения, в процессе сооружения этой части строения производят измерения деформаций фундаментов и наклонов перекрытий, по ним оценивают действительные характеристики деформируемости грунтов, напряженно-деформированное состояние строения на момент измерений и на полное его возведение, а также необходимость повышения несущей способности фундаментов. После чего в случае необходимости выполняют работы по повышению несущей способности фундаментов путем увеличения размеров фундаментов, упрочнения грунтов под фундаментами, например, путем инъекции закрепляющих растворов, дополнения ранее сооруженных фундаментов сплошной железобетонной плитой, вдавливаемыми, завинчиваемыми или буронабивными сваями. Повышение несущей способности фундаментов осуществляют только в той части, в том объеме и на том уровне высоты строящегося здания, сооружения, которые обеспечивают безопасность и допустимый уровень деформаций строения до полного его завершения. Технический результат состоит в повышении точности оценки характеристик сжимаемости грунтов в основании фундаментов в процессе возведения здания, сооружения, повышении достоверности анализа напряженно-деформированного состояния строения при возведении и после завершения строительства, снижении трудоемкости. 1 табл., 9 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению зданий и сооружений в сейсмических районах. Сейсмостойкое здание включает каркас и фундаментную плиту, подвешенную на жестких в вертикальном направлении тягах к объемлющему ее, заглубленному в грунт фундаментному стакану. Между днищем фундаментного стакана и подошвой фундаментной плиты располагается динамический гаситель горизонтальных колебаний в виде плиты, подвешенной к каркасу с помощью жестких в вертикальном направлении тяг, пропущенных через отверстия в фундаментной плите, причем размер этих отверстий позволяет гасителю беспрепятственно совершать горизонтальные колебания во время землетрясения. Технический результат состоит в повышении надежности и сейсмостойкости здания. 1 ил. Референт Инин А.Н.

Изобретение относится к строительству, в частности к области обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений. Предварительно напряженная сейсмоизолирующая опора для зданий и сооружений состоит из нижней и верхней частей, образующих замкнутую камеру, в которой размещена промежуточная подушка из шариков и смазки. Нижняя часть опоры имеет втулку с резьбой, предназначенную для заполнения полости шариками и смазкой, снижающей трение и обеспечивающей защиту внутренней поверхности от коррозии, а также содержит болт для создания предварительного напряжения в промежуточной подушке. Верхняя часть состоит из опорной плиты, направляющей обоймы и конического сердечника, который служит для снижения удельного давления на внутреннюю поверхность опоры. Замкнутая камера прикреплена ребрами жесткости к опорным плитам. Жесткость верхней части обеспечивается ребрами и полостью, заполненной бетоном. Для крепления опоры в ее опорных плитах предусмотрены отверстия для анкерных болтов. Технический результат состоит в обеспечении защиты зданий и сооружений от сейсмических толчков, снижении стоимости строительства в сейсмических районах. 3 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Устройство сейсмоустойчивой установки разрядника содержит монтажный узел под нижнем фланцем разрядника, заземлитель, регистратор срабатывания и стойку-фундамент. Устройство снабжено вторым монтажным узлом на верхнем фланце разрядника и порталом с подвесным изолятором на его траверсе. Разрядник подвешивается посредством второго монтажного узла к подвесному изолятору, а монтажный узел под нижним фланцем закреплен к стойке-фундаменту дополнительной демпферной конструкцией. Технический результат - повышение сейсмоустойчивости разрядника и сохранение его в рабочем состоянии при значительных ветровых нагрузках. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства сейсмостойких сооружений. Технический результат: обеспечение оперативного управления сейсмозащитой здания или сооружения и повышение сейсмостойкости объекта в аварийной ситуации. Комплексная система сейсмозащиты здания или сооружения включает сейсмостойкое здание замкнутого типа на пространственной фундаментной платформе со скользящим слоем в основании, имеющей верхнюю и нижнюю плиты, скрепленные ребрами. Система дополнительно содержит автоматически управляемую систему-предохранитель с сейсмозащитным устройством, повышающую сейсмостойкость здания и обеспечивающую его сейсмозащиту в аварийной ситуации. Автоматически управляемая система-предохранитель содержит проводную или беспроводную быстродействующую связь между сейсмостанцией наблюдения, находящейся на удаленном расстоянии от здания, и размещенным в здании модулем управления, воспринимающим аварийный сигнал с сейсмостанции и передающим его актуаторам, размещенным в полостях фундаментной платформы. При этом актуаторы выполнены в виде напорных баллонов со смазывающей жидкостью и снабжены запорными элементами, взаимодействующими с модулем управления и срабатывающими по управляющему решению при получении аварийного сигнала от сейсмостанции впрыскиванием дозированной порции смазки в скользящий слой под фундаментной платформой здания, нижняя плита которой снабжена отверстиями или решетками, а скользящий слой, являющийся амортизатором сейсмического воздействия, образован из нескольких слоев полимерной пленки, верхние из которых выполнены перфорированными с отверстиями, пропускающими смазывающую жидкость внутрь между верхними слоями пленки, а нижние слои непроницаемы. 1 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении тяжелых с перекрестно-стеновой конструктивной схемой сооружений, которые устраиваются на сжимаемых грунтах в районах с повышенной сейсмичностью. Способ возведения свайно-плитного фундамента в сейсмических районах включает устройство свайного поля и фундаментной плиты с отверстиями, заполняемыми бетоном при достижении плиты-ростверка расчетной осадки, равной ½ от допустимой величины для данного типа здания. Плита-ростверк имеет сквозные отверстия, посредствам которых плиту устанавливают на сваи с возможностью свободного перемещения вдоль них. После устройства плиты-ростверка возводят несущие стены с нишами под сваи и продолжают монтаж несущих конструкций в течение времени, пока осадка плиты-ростверка не достигнет ½ от максимальной расчетной осадки, затем все ниши в стенах заполняют бетоном. Технический результат состоит в повышении восприятия плитой доли нагрузки, передаваемой от сооружения с перекрестно-стеновой конструктивной схемой на фундамент, снижении осадки. 2 ил.

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и может быть использовано при строительстве каркасных зданий с отдельными фундаментами. Система сейсмозащиты каркасных зданий характеризуется наличием элементов скольжения. Состоит из колонн с расширенной верхней частью, установленных в цокольном или подвальном этаже, элементов скольжения (стальной и фторопластовой пластин) и ограничителей перемещений в виде арматурных стержней или стальных канатов, опирающихся одним концом на ригели через стальные пружины, а другим - в фундамент. На опорные части ригелей установлена стальная пластина из нержавеющей стали, а на расширенную часть колонны - стальная пластина и пластина из фторопласта. Технический результат состоит в снижении сейсмических нагрузок на надфундаментную часть здания, повышении надежности работы системы сейсмоизоляции при вертикальных составляющих сейсмического воздействия. 1 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для мониторинга основания фундаментов в проблемных грунтовых условиях. Фундамент с индикатором сверхнормативных деформаций, просадок, провалов в основании представляет собой монолитную железобетонную плиту, ленту либо сборный блок, в которых выполнены на всю толщину вертикальные технологические каналы (штрабы). В технологическом канале смонтирован индикатор деформации, представляющий собой расположенное между верхней и нижней выпадающей крышками реле зазора с двумя пластинами и клеммой, установленными соосно вертикально одна над другой и удерживаемыми в разомкнутом состоянии с помощью распорной пружины, нижняя крышка связана с реле зазора, реле зазора подключено к пульту службы охраны или к пульту диспетчерской ЖКХ. Технический результат состоит в обеспечении подачи своевременного автоматического сигнала на пульт при начавшихся деформациях основания, повышении надежности фундамента. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх