Инженерно-сейсмологический анализ в методологии проектирования сейсмостойких мостов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.22, доктор геолого-минералогических наук Шестоперов, Герман Сергеевич

• Шестоперов, Герман Сергеевич
• доктор геолого-минералогических наук
• 1992

Оглавление диссертации доктор геолого-минералогических наук Шестоперов, Герман Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОВРЕЖДЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ МОСТОВ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ

1.1. Общие сведения о повреждениях мостов при землетрясениях в СССР.

1.2. Землетрясение в Дагестане (1975 г.).

1.3. Землетрясение в Киргизии (1978 г.)

1.4. Землетрясение в Азербайдаане (1981 г.).

1.5. Землетрясение в Узбекистане (1984 г.).

1.6. Землетрясение в Таджикистане (1984 г.).

1.7. Землетрясение в Таджикистане (1985 г.).

1.8. Землетрясение в Грузии (1986 г.).

1.9. Землетрясение в Молдавии (1986 г.)

IДО.Землетрясение в Армении (1988 г.).

1.11. Краткие сведения о разрушениях мостов при землетрясениях за рубежом.

1.12. Общие требования к проектированию сейсмостойких мостов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Инженерно-сейсмологический анализ в методологии проектирования сейсмостойких мостов»

Актуальность проблемы. Россия принадлежи® к числу государств, подверженных разрушительным землетрясениям. В частности, крупнейшие сейсмические события происходили в прошлом в таких регионах страны как Байкальская рифтовая зона, Камчатка, Северный Кавказ. Значительная уязвимость мостов при землетрясениях, большая тяжесть последствий их разрушения и возможность возникновения в ряде регионов сейсмических воздействий разрушительной силы позволяют отнести обеспечение сейсмостойкости мостов к числу актуальных социально экономических и крупных научно-технических проблем, имеющих важное народно-хозяйственное значение.

Постановка задач исследования» В начале исследований по проблеме сейсмостойкости мостов ГЛ. Карцивадзе была разработана концепция неповреждаемости их конструкций при расчетном сейсмическом воздействии. 8та концепция четко определила цель антисейсмических мероприятий, однако вопрос о принципиальной возможности и технических средствах достижения поставленной цели, а также стоимости соответствующих антисейсмических мероприятий в значительной мере оставайся открытым.

Попытка реализовать упонянутую концепцию относится к началу 1960-х годов, когда кафедрой мостов и железобетонных конструкций Грузинского политехнического института были разработаны требования к проектированию мостов, вошедшие в гл. СНиП П-А.12-62 "Строительство в сейсмических районах'1. Особенностью этих норм было жесткое ограничение строительства моетов на площадках, представляющих наибольшую опасность при землетрясениях, что отвечало принятой концепции, но далеко не всегда было достижимо на практике. Следует также отметить, что выполнение требований упомянутых норм во многих случаях приводило к существенному увеличению расхода строитель ных материалов и к усложнению производства работ, В частности, да данным опытного проектирования, выполненного Тбилисским филиалом Сою8дорпроекта, размеры фундаментов опор мостов при учете сейсмических воздействий увеличивались на 30-40 % от их размеров в обычном исполнении.

В начале 1980-х годов ЦНЙИС Минтраясстроя принимал участие в составлении гл. СНиП П-7-8Т "Строительство в сейсмически районах" В связи с отмеченными недостатками действующих норм автором диссертации была проанализирована существовавшая концепция сейсмостой кости мостов в свете современных данных об уязвимости мостов при землетрясениях и сведений об удорожании их строительства за счет антисейсмических мероприятий.

При анализе последствий землетрясений были рассмотрены многочисленные случаи обрушения мостов в Японии, СМ, Чили и других странах, описанные в работах С.М.ЯЫ'е у 2К,\/.$1еиъ-ёгиудеу ^^атаАу в.КасЬйс/ооит, и!.^.ЬопМа^ ТЬъа^а} М. РеЬсап^и > О). Т1о£а\л/си и др. Однако, поскольку мосты в разных странах имеют неодинаковые запасы прочности, зарубежная информация не могла быть достаточной для оценки уязвимости мостов отечественной постройки яри землетрясениях.

К середине Т970-х годов были опубликованы также некоторые сведения о состоянии небольших балочяых раврезных мостов после землетрясений в России, Туркмении и Узбекистане (й.К. Ивановский, aur. Напетваридзе, H.O. Оразымбетов, M.M. Сердюков, С.А. Шанин, С.А. Федотов, Г.Н. Карцивадзе и др.)* Однако эти данные не позволяли оценить уязвимость современных мостов различных систем ври землетрясениях.

В инженерной сейсмологии для оценки возможных повреждений сооружений при землетрясениях применяются сейсмические шкалы (М. Рос-си, Ф. Форель, Д. Ыеркалли, C.B. Медведев, В. Шпонхойер, В. Карник и др.). В последние годы разработан ряд новых версий и дополнений сейсмических шкал (Н.В. Шебалин, Т.Р. Рашидов, А.С. Гехман и др.).

В известных сейсмических шкалах описания повреждений мостов крайне скудны или вообще отсутствриг. В наиболее важном для строительства диапазоне 7-9 баллов существующие шкалы вообще не позволяют оценить вероятные повреждения мостов, а для землетрясений силой 10 баллов такие оценки крайне неопределенны. Отсюда возникает задача разработки шкалы уязвимости мостов при землетрясениях разной силы*

Таким образом, для объективной оценки существовавшей концепции сейсмостойкости мостов и разработки предложений по ее существенному улучшению было необходимо:

- проанализировать сведения о разрушениях мостов при землетрясениях за рубежом, включая современные мосты в сейсмостойком исполнении;

- обследовать в зонах сильных землетрясений мосты отечественной постройки, разные по назначению, величине, системе, возрасту и степени защ|щенности от сейсмических воздействий;

- составить шкалу для оценки уязвимости мостов при сейемичее-ких воздействиях силой от 7 до 10 баллов;

- заново сформулировать цель антисейсмических мероприятий в мостостроении, определись основные технические средства достижения поставленной дели (принципы сейсмостойкости), дать оценку стоимости соответствующих антисейсмических мероприятий.

Указанная на карте сейсмического районирования балльность относится к участкам с инженерно-геологическими и геоморфологическими условиями, характерными для территорий населенных пунктов, т.е. к удаленным от разломов, сравнительно ровным участкам местности, сложенным полого залегающими слоями песчаных и глинистых грунтов при низком уровне воды в грунте. При других природных условиях сила землетрясения будет более или менее отличаться от указанной на карте сейсмического районирования.

Строительство мостов ведется преимущественно в особых природных условиях. Для мостовых переходов через большие реки характерны значительное различие физико-механических свойств грунта береговых склонов, пойм и русла, наклонное залегание и выклинивание отдельных пластов грунта, сильная нарушенность подстилающих скальных пород выветриванием. В сейсмических районах долины рек нередко совпадают с тектоническими разломами, а крутизна береговых склонов намного превышает 15°. Поэтому при изысканиях внеклассных сооружений необходимо выполнять специальные инженерно-сейсмологические исследования. Основными задачами &тих исследований в районе предполагаемого строительства являются определение положения тектонических разломов, выявление зон возможных оползней (обвалов), а также уточнение сейсмичности оснований опор с учетом свойств слагающего их грунта и рельефа местности.

Работы по сейсмическому микрорайонирование в створах мостов выполняют специалисты по инженерной сейсмологии с использованием методов, изложенных в работах С.В. Медведева, 1*1. Вересова, Е.Г. Бугаева, О.В. Павлова и др* Следует отменить» что исследования с использованием инструментальных методов инженерной сейсмологии требуют значительных затрат средств и времени. Поэтому при изысканиях обычных сооружений сейсмичность площадок строительства опор мостов определяют пользуясь гораздо более простыми (неинструментальными) методами.

Начиная с 1962 г. указания по уточнению сейсмичности площадок строительства сооружений неоднократно включались в гл. СНиП "Строительство в сейсмических районах". Существо нормативной методики заключается в подразделении используемых в качестве основания грунтов на три категории по сейсмическим свойствам. В зависимости от категории грунта сейсмичность площадки принимается равной сейсмичности района (для грунтов второй категории), меньше или больше сейсмичности района на один балл (соответственно для грунтов первой и третьей категории).

Основной недостаток методики состоит в замене непрерывных зависимостей между физико-механическими характеристиками грунта и ускорением его колебаний при землетрясении на зависимости разрывные (постоянные в пределах принятых категорий гвуата и имеющие скачки на границах категорий). Вследствие этого методика приводит к увеличению (или уменьшению) расчетной сейсмической нагрузки на сооружение в два рава при самых незначительных изменениях характеристик грунта вблизи границ категорий. Особенно сильно недостаток принятого способа сейсмического микрорайонирования но данным общих инженерно-геологических изысканий ухудшает технико-экономические показатели опор мостов, поскольку обводненность основания рассматривается нормами как фактор, понижающий категорию большинства грунтов.

В связи с изложенным имеется необходимость улучшить нормативные оценки сейсмичности площадок строительства опор мостов. С этой цель» в диссертации рассматривается решение следующих задач:

- найти в виде непрерывной функции соотношение между условным сопротивлением грунта сжатию и скорость» поперечных сейсмических волн;

- получить формулу для определения приращения ускорения колебаний покровных отложений в основании мостовой опоры в зависимости от условного сопротивления и плотности грунта;

- найти корреляционное уравнение, связывающее динамические модули деформации нескальных грунтов, условное сопротивление грунтов сжатию и силу землетрясения;

- исследовать колебания оснований мостовых опор жри различных уровнях грунтовой воды, оценить влияние грунтовой вода на амплитуда перемещений, скорости и ускорений колебаний покровных отложений при землетрясениях*

На карте сейсмического районирования СР-78 показаны зоны наиболее вероятного возникновения очагов разрушительных землетрясений (зоны ВОЗ). В эти зоны включены наиболее опасные в сейсмическом отношении территории, расположенные в районах сейсмичностью У баллов. При землетрясениях в зонах ВОЗ образуется мощные обвале, оползни, лавины и сеж, на поверхности грунта появляются тектонические разрывы, вблизи которых возникав! колебаний грунта особенно большой интенсивности, наблюдаются другие опасные для сооружений природные явления.

В последние годы транспортным строителям нередко приходится возводить крупные сооружения в зонах ВОЗ. Эта особенность современного строительства предъявляет повышенные требования к инженерно-сейсмологической информации об экстремальных природных воздействиях и к методам их учета при проектировании Поскольку строительные нормы не содержат информации о возможных сейсмотектонических, сейемогравитационных и сейсмовибрационных явлениях в зонах ВОЗ, а также указаний по расчету сооружений в этих зонах, то при решении возникающих при проектировании вопросов приходится обращаться непосредственно к трудам геологов и сейсмологов.

В работах геологов ^В.П. Солоненко, B.C. Хромовских, A.A. Никонов, jU. Cj,ßo/bM& и др.; имеются различные соотношения между вероятными параметрами разрывных тектонических движений и магни-тудой землетрясения. Однако полученные на базе ограниченного статистического материала для разных регионов мира количественные оценки амплитуд разрывов значительно различаются между собой.

Сейсмологами ^Б. Болт, П.И. Крамынин, Ю.К. Чернов, В.В. Штейнберг, 1.Я. йптекман, В.М. Грайзер, К.Г. Плетнев,¿7WHousnet и др.; изучены колебания грунтов при многих разрушительных землетрясениях и дан прогноз максимальных ускорений грунта в ближней к разрыву зоне. Однако число полученных в непосредственной близости от разрыва записей пока что невелико. Поэтому для проектирования сооружений в зонах ВОЗ значительный интерес представляют оценки параметров колебаний грунта по состоянию конструкций, испытавших разрушительное сейсмическое воздействие.

В связи с неполнотой имеющейся геологической и сейсмологической информации о поражающих факторах землетрясений в зонах ВОЗ было необходимо:

- разработать методику оценки вероятных амплитуд тектонических разрывов с использованием данных о сейсмотектонических дислокациях в основных сейсмоопасных регионах мира;

- получить аналитическую зависимость между магнитудой землетрясения и амплитудой тектонического разрыва на поверхности грунта;

- разработать методику и получить количественные оценки ускорений колебаний грунта по состоянию конструкций мостов после землетрясений.

В среднем за достаточно длительный промежуток времени землетрясения наносят примерно такой же ущерб, как наводнения. Следовательно, антисейсмическую защиту мостов можно проектировать с той же степенью риска, что защиту от паводков. Надежность последней определяется частотой прохода критического (разрушительного) паводка, которая для средних и больших мостов составляет примерно ОД % (при вероятности превышения расчетного расхода I %). Поэтому среднюю частоту критического (с некоторым запасом расчетного) сейсмического воздействия для мостов можно принять один раз за IOOO лет. Таким образом, для определения расчетной сейсмичности при проектировании моста в идеале нужно иметь распределение вероятностей сейсмических воздействий разной силы в выбранном створе.

По проблеме сотрясаемости выполнено много специальных исследований (Ю.В. Ризниченко, С.С. Сейдузова, A.B. Друмя, С.И. Голенецкий и др.). В 1970-е годы для инженеров путей сообщения особый интерес представлял сейсмический режим Байкальской рифтовой зоны. В связи с проектированием крупных сооружений на БАМе нужно было оценить средние периоды повторения землетрясений силой от 7 до 9 баллов на наиболее опасном в сейсмическом отношении участке трассы длиной около 1000 км. Для этого требовалось решить следующие задачи:

- разработать методику оценки повторяемости сейсмических воздействий применительно к осевой части Байкальской рифтовой зоны, расположенной к востоку от оз. Байкал;

- проанализировать данные о повторяемости сейсмических воздействий в других регионах;

- оценить повторяемость сейсмических воздействий силой 7-9 баллов для площадок строительства мостов на участке БАМ от Нижне-ангарска до Усть-Нюкжи.

При строительстве мостов применяют разнообразные технические приемы защиты от подземных толчков. Во многих случаях эффективным оказывается использование специальных антисейсмических устройств, увеличивающих сопротивление несущих конструкций или уменьшающих сейсмические силы.

Значительный опыт создания антисейсмических устройств накоплен в Новой Зеландии, США, Японии и других странах. В последние годы в Японии большое внимание уделяют выбору рациональных схем горизонтальных связей между пролетными строениями и опорами. Имеются также разработки по сейсмоизоляции пролетных строений, гашению колебаний и ударов, резервированию необходимых запасов прочности и устойчивости несущих конструкций (К. УцпъиЪэ^ 3. Зпота 1д , 9^71ойис1г1 ^ И.Ки^о} 7. К&то и др).

В США антисейсмические мероприятия в мостостроении стали осуществлять после Калифорнийского землетрясения 1906 г. Американскими инженерами запатентованы устройства, поглащающие энергию колебаний моста за счет пластического деформирования демпферов, а также предложены разнообразные динамические гасители колебаний. Для повышения сейсмостойкости мостов применяются также ограничители колебаний и другие антисейсмические устройства {Я.ё.МсСоппеР у Л- и др.).

Г.Н. Карцивадзе, В.П. Чуднецовым, В.А. Словинским, Ю.В. Словинским и др. созданы надежные конструкции облегченных пролетных строений, сейсмостойких опор и опорных частей. Использование этих конструкций существенно уменьшает расход материалов на антисейсмические мероприятия при сохранении высокой надежности сооружений.

Экспериментальные и теоретические разработки по конструкциям буферных и распорных антисейсмических устройств выполнены в ЦНЙИСе и в Союздорнии. Образцы амортизаторов для опытного строительства запроектированы Гипротрансмостом и Ленгипротрансмостом. При проведении исследований по сейсмостойким конструкциям и антисейсмическим устройствам мостов перед автором диссертации стояли следующие задачи:

- классифицировать применяемые на практике антисейсмические устройства мостов по выполняемым ими функциям;

- разработать конструкцию, провести испытания и дать методику расчета буферных и распорных антисейсмических устройств;

- оценить удорожание строительства мостов в сейсмических районах по данным типового и опытного проектирования.

Спектральная методика определения сейсмических сил для расчета мостов утверждена в качестве нормативной в 1962 г. Требования главы СНиП П-А.12-62 включали основные положения (принципы) сейсмостойкого строительства, указания по определению сейсмических сил и требования к конструкциям сооружений, разработанные в трудах Air. Назарова, Ш.Г. Напетваридзе, ИЛ. Корчинского, C.B. Медведева и др. Требования к конструкциям мостов учитывали результаты исследований, выполненных в Грузинском политехническом институте.

Переход на спектральную методику расчета создал необходимые предпосылки для существенного прогресса в теории и практике сейсмостойкого строительства. Однако нерешенность ряда вопросов инженерной сейсмологии и теории сейсмостойкости не позволяла на первых порах с необходимой детальностью определить величины различных коэффициентов, учитывающих особые условия работы конструкций и грунтов оснований при сейсмическом воздействии. В связи с этим за последние 30 лет большое внимание уделялось испытаниям оснований и конструкций различных сооружений с помощью взрывов, сейсмоплатформ и вибромашин, а также анализу их повреждений при землетрясениях (И.Л. Кор-чинский, T.S. Жунусов, Г.В. Беченева, 1.Д. Баркан, Ю.Г. Трофименков М.Н. Голубцова, В.А. Ильичев, Ю.В. Монголов, C.B. Поляков и др.).

Расчет мостов на сейсмостойкость имеет существенные отличия от расчета конструкций зданий и гидротехнических сооружений. Эти отличия определяются прежде всего необходимостью учитывать на мосту при землетрясении нагрузку от подвижного состава, а также спецификой конструкции современных больших мостов, как протяженных и высоких сооружений, имеющих существенно неравномерное распределение массы по высоте. Вместе с тем, железобетонные опоры мостов имеют сравнительно небольшие размеры поперечных сечений. Поэтому в мостах при землетрясениях обычно возникают интенсивные вынужденные колебания, нередко появляются неупругие деформации в основаниях и в опорах. Отмеченные особенности требуют внесения в спектральную методику расчета применительно к мостам ряда дополнений и уточнений. В связи с этим требовалось решить следующие задачи:

- разработать методику учета нагрузок от подвшного состава железных и автомобильных дорог при расчете опор мостов на сейсмостойкость;

- уточнить динамические расчетные схемы опор мостов в части учитываемого числа масс и форм колебаний;

- разработать методику определения амплитуд колебаний опор мостов с учетом поперечных трещин в стойках, возникающих при землетрясениях;

- разработать комплекс алгоритмов и программ к ЭШ, учитывающих результаты новых исследований по инженерной сейсмологии и теории сейсмостойкости, увеличить информативность программ, определяющих напряженно-деформированное состояние опор при сейсмическом воздействии.

Колебания пролетных строений возбуждаются разнообразными воздействиями (проходящим по мосту транспортом, сейсмическими колебаниями грунта, ударами и др.). В теоретических работах но динамике сооружений при изучении реакции пролетного строения на динамические воздействия используют разнообразные приемы расчета.

Методы расчета балок и плит на кратковременные (импульсные) нагрузки изложены в работах С.И. Тимошенко, И.М. Рабиновича, А.П. Филиппова и др. Значительный вклад в развитие методов расчета колебаний мостов внесли A.B. Александров, В.В. Болотин, Н.Г. Бондарь, И.И. Казей, Ю.Т. Козьмин, Э.А. Сехниашвили, А.Г. Барченков,

B.C. Сафронов, M.P. Диванидзе и др.

Методика расчета сейсмических колебаний балочных разрезных мостов из своей плоскости разработана Г.Н. Карцивадзе. Исследование колебаний балочных пролетных строений с учетом их пространственной работы при сейсмических воздействиях выполнено А.Д. Коноваловым. Динамическую реакцию мостов рамной и висячей систем на сложные силовые и кинематические воздействия проанализировал В.М, Осокин.

Анализ последствий землетрясений показывает, что на пролетные строения одновременно с кинематическим (сейсмическим) воздействием могут действовать другие динамические нагрузки (импульсные нагрузки, возникающие при ударах конструкции, колебания при проходе транспортных средств и др.). В связи с этим представляется целесообразны рассмотреть решение упомянутых задач в рамках единой методики. В качестве математической основы при разработке такой методики автор принял метод интегрального преобразования Лапласа для решения дифференциальных уравнений, описывающих колебания пролетных строений.

Для разработки методики динамического пространственного расчета пролетных строений плитно-балочной конструкции было необходимо:

- построить матричный алгоритм для вычисления частот и форм пространственных колебаний плитно-балочных конструкций с учетом деформации контура их поперечного сечения;

- разработать методику расчета колебаний плит но -ба ло чно го пролетного строения, возбуждаемых импульсными, периодическими и подвижными нагрузками;

- выполнить эксперимент на модели пролетного строения с целью проверки результатов теоретических исследований.

Основными задачами исследования в целом являлись:

- усовершенствование концепции и обобщение принципов проектирования сейсмостойких мостов;

- существенное уточнение методики определения расчетных параметров сейсмического воздействия и динамических модулей деформации несйальных грунтов при проектировании мостов в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов;

- разработка методики определения расчетных параметров тектонического и сейсмического воздействий при проектировании мостов в зонах очагов возможных землетрясений с магнитудой М^ 7,1 (силой более 9 баллов);

- развитие методов расчета на сейсмостойкость мостовых сооружений и способов их защиты от поражающих факторов землетрясений.

Практическая цель работы заключалась в создании новой экономически эффективной методологии проектирования сейсмостойких мостов, реализованной посредством включения ее в нормативные документы и использования в проектной практике.

Фактический материал. Исследования по сейсмостойкости мостов проводились автором в ЦНИИСе Минтрансстроя с 1971 г. по 1991 г. Результаты исследований представлены в научно-технических отчетах, соответствующих государственной научно-технической программе 0,74.03 "Сейсмология и сейсмостойкое строительство", планам НИР Минтрансстроя и ЦНИИСа. Все работы выполнялись под научным руководством и при непосредственном участии автора.

Полученный в полевых условиях материал включает данные обследований мостов после землетрясений в Дагестане (1975 г.), в Киргизии (1978 г.), в Азербайджане (1981 г.), в Узбекистане (1984 г.), в Таджикистане (1984 и 1985 гг.), в Грузии (1986 г.)» в Молдавии (1986 г.) и в Армении (1988 г.).

В лабораторных условиях выполнены испытания железобетонных моделей балок, плит и плитно-балочных конструкций статической нагрузкой с доведением их до разрушения, проведены испытания на прочность и выносливость антисейсмических устройств с тарельчатыми пружинами и резино-металлическими элементами, выполнен эксперимент по изучению пространственных колебаний модели плитно-балочного пролетного строения, возбуждаемых импульсными нагрузками.

При разработке практических рекомендаций по учету сейсмических воздействий при проектировании мостов в диссертации использованы опубликованные различными авторами материалы инструментальных наблюдений на сейсмических станциях, сведения о сейсмодислокациях, данные по скоростям сейсмических волн, динамическим модулям деформации грунтов и другие фактические инженерно-сейсмологические материалы.

При анализе особенностей конструкций мостов,сооружаемых в сейсмических районах, рассмотрены многие типовые и индивидуальные проекты опор, пролетных строений и опорных частей. Для выявления технико-экономических показателей сейсмостойких конструкций рядом проектных организаций по техническим заданиям ЦНШСа было выполнено опытное проектирование железнодорожных, автодорожных и городских мостов.

Фактический материал,использованный в диссертации включает также данные о разрушениях мостов при землетрясениях в США, Японии и других странах, об антисейсмических устройствах зарубежной проектировки, нормах проектирования мостов в сейсмических районах ряда зарубежных государств.

Методы исследования. Работа выполнена с привлечением современных методов расчета колебаний грунтов и конструкций мостов при землетрясениях. Для нахождения наилучших корреляционных зависимостей между характеристиками грунта и расчетными параметрами сейсмического воздействия применялись линейные и нелинейные математические модели, параметры которых определялись методами регрессионного анализа. Для расчета колебаний конструкций использовались методы матричного и операционного исчислений,строительной механики и теории упругости с реализацией полученных алгоритмов на современных компьютерах.

На защиту выносятся:

1. Результаты инженерно-сейсмологического анализа повреждений мостов при землетрясениях;

2. Методика уточнения расчетных параметров сейсмического воздействия и определения динамических модулей деформации нескальных грунтов при проектировании мостов в районах сейсмичностью 7, 8 и

9 баллов;

3. Методика определения расчетных параметров тектонического и сейсмического воздействий при проектировании мостов в зонах очагов возможных землетрясений с магнитудой Л>1Г1 (силой более 9 баллов);

Разработки по конструкциям антисейсмических устройств, обеспечивающих эффективную защиту мостов от землетрясений;

5.Усовершенствованная методика расчета колебаний опор мостов при землетрясениях;

6. Методика решения задач о пространственных колебаниях плит-но-балочных пролетных строений, возбуждаемых импульсными, гармоническими и другими динамическими нагрузками.

Научную новизну работы составляют:

- таблица характерных повреждений мостов при землетрясениях силой от 7 до 10 баллов по шкале

- разработанная применительно к мостостроению классификация поражающих факторов землетрясений;

- усовершенствованная концепция и обобщенные принципы проектирования сейсмостойких мостов;

- корреляционные зависимости вероятной скорости поперечных сейсмических волн от условного сопротивления грунта сжатию;

- формула для вычисления поправочного коэффициента, учитывающего влияние физико-механических свойств грунта на ускорение колебаний покровных отложений при землетрясениях;

- формулы для определения динамических модулей деформации нескальных грунтов при сжатии и сдвиге;

- корреляционная связь между магнитудой землетрясения и амплитудой тектонического разрыва на поверхности грунта;

- методика оценки расчетного ускорения колебаний грунта по состоянию конструкций мостов в зоне разрушительного землетрясения;

- расчетные ускорения колебаний грунта в горизонтальном и в вертикальном направлениях для проектирования мостов в зонах очагов возможных землетрясений с магнитудой ^¿£-7,1;

- примененные в мостах конструкции буферных антисейсмических устройств с тарельчатыми пружинами и резино-металлическими элементами;

- методика определения расчетной сейсмичности при проектировании мостов;

- методика учета нагрузок от подвижного состава железных дорог и автомобилей при расчете мостов на сейсмостойкость;

- методика учета поперечных трещин в стойках опор при определении амплитуд колебаний ригелей при землетрясении;

- комплекс алгоритмов и программ, позволяющих выполнять расчеты на сейсмостойкость опор разного типа с учетом взаимодействия фундаментов с грунтом, опор с пролетными строениями и пролетных строений с транспортными средствами;

- решения по методу сил задачи о частотах и формах собственных пространственных колебаний шштно-балочных пролетных строений с деформируемым контуром поперечного сечения и задачи об их вынужденных колебаниях, возбуждаемых импульсными и другими динамическими нагрузками.

Достоверность научных положений и выводов работы доказывается:

- многолетними наблюдениями мостов в сейсмических районах и данными их обследований в эпицентральных зонах разрушительных землетрясений;

- экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях моделей балок, плит и плитно-балочных конструкций;

- испытаниями антисейсмических устройств;

- опытным проектированием конструкций мостов с привлечением ведущих проектных институтов страны в области мостостроения;

- сопоставлением результатов исследований с требованиями зарубежных норм;

- апробацией результатов работы на конференциях и совещаниях по инженерной сейсмологии и сейсмостойкому строительству.

Реализация работы в строительстве: Результаты исследований по теме диссертации включены в СНиП П-7-81 "Строительство в сейсмических районах", СНиП 2.05.03-84- "Мосты и трубы" и в "Рекомендации по учету сейсмических воздействий при проектировании мостов" (М., ЦНИИС, 1983 г.). Предложенные конструктивные решения и методы расчета антисейсмических устройств использовались при разработке проектов многих мостов. Разработки по методам расчета опор на сейсмостойкость широко применялись при проектировании ряда крупных мостовых сооружений, расположенных в сейсмических районах, в том числе на БАМе, Северном Кавказе, в Армении, на Украине, в Азербайджане, в Таджикистане, в Алжире, Монголии, Вьетнаме и др.

Экономический эффект от внедрения предложений соискателя по конструкциям и методам расчета мостов и от использования разработанных норм и рекомендаций оценивается суммой 45-50 млн. руб. в ценах 1981-1985 гг.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований были доложены на научно-технических советах Минтрансстроя и ЦНИИСа, а также на научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе в Кишиневе (1976 г.), Бергамо (1978 г.), Иркутске (1979 г.), Улан-Удэ (1991 г.), Алма-Ате (1982 г.), Махачкале (1987 г.), Ленинакане (1988 г.) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 70 работ и получено 3 авторских свидетельства.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, имеющих общий объем 359 машинописных страниц и включающих 115 рисунков, 17 таблиц и списки использованных публикаций на русском и на иностранных языках. Диссертация имеет три приложения общим объемом 35 страниц.

Список литературы диссертационного исследования доктор геолого-минералогических наук Шестоперов, Герман Сергеевич, 1992 год

1. Газлийские землетрясения 1976 г. Инженерный анализ последствий. Отв. ред. Поляков C.B., Мартемьянов А.И., Килимник Л.Ш., Жаров A.M., M., "Наука", 1982, 196 с.

2. Горшков Г.П. Землетрясения Туркмении. М., изд. АН GCCP, 1947, 63 с.

3. Дагестанское землетрясение 14 мая 1970 г. Отв. ред. Амирханов Х.И. М., "Наука", 1981, 260 с.

4. Землетрясения в СССР в 1975 г. Отв. ред. Горбунова И.В., Кондорская Н.В., Шебалин Н.В. М., "Наука", 1978, 310 с.

5. Землетрясения в СССР в 1978 г. Отв. ред.Кондорская Н.В., М., "Наука", 1982, 232 с.

6. Землетрясения в СССР в 1981 г. Отв. ред. Кондорская Н.В. М., "Наука", 1984, 256 с.

7. Землетрясения в СССР в 1986 г. Отв. ред. Кондорская Н.В. М., "Наука", 1989, 364 с.

8. Ивановский И.К. О землетрясении и песчаных заносах на Закаспийской железной дороге. "Железнодорожное дело", № 40,1896г., с. 327-334.

9. Карпатское землетрясение 4 марта 1977 г. и его последствия. Отв. ред. Друмя А.В. М., "Наука", 1980, 272 с.

10. Карцивадзе Г.Н. Повреждения дорожных искусственных сооружений при сильных землетрясениях. М., "Транспорт", 1969, 56 с.

11. Новый каталог сильных землетрясений на территории GCGP. Отв. ред. Н.В. Кондорская, Н.В. Шебалин. М., "Наука", 1977,535 с.

12. Оразымбетов Н.О., Сердюков М.М., Шанин С.А.Ашхабадскоеземлетрясение 1948 г. М., Госстройиздат, i960, с. 225-226.

13. Поляков C.B. Последствия сильных землетрясений. М., Стройиздат, 1978, 311 с.

14. Шестоперов Г.С., Казей И.И. Повреждения мостов при землетрясениях в Дагестане. В сб. "Сейсмостойкость транспортных сооружений". М., "Наука", 1980, с. 3-9.

15. Шестоперов Г.С. Сейсмостойкость мостов. М., "Транспорт", 1984, 143 с.

16. Шестоперов Г.С., Тертеров A.C., Хачатуров Ю.С. Обследование железнодорожных сооружений после Параванского землетрясения 1986 г. В экспресс-информации "Строительство и архитектура". Серия 14, выпуск I. М., ВНИИС, 1987, с. 31-35.

17. Шестоперов Г.С., Пшеничников С.Н., Федосеев В.Н., Штерн А.Я. Обследование конструкций мостов после Карпатского землетрясения 1986 г. в Молдавской ССР. В экспресс-информации "Строительство и архитектура". Серия 14, вып. 6. М., ВНИИС, 1987, с. 23-26.

18. Шестоперов Г.С. Повреждения мостов при землетрясениях и их учет при проектировании искусственных сооружений (отечественный опыт). В экспресс-информации "Строительство инженерных сооружений", выпуск 6. М., ВПТИтранестрой, 1988, 16 с.

19. Шестоперов Г.С., Балаш В.А., Казей И.И. и др. Маршрутное обследование мостов, насыпей, выемок, устройств и объектов железнодорожного электроснабжения после землетрясения в Армении. В сборнике ВПТИтрансстроя № 18, M., 1989, с. 6-33.

20. Braga F., Petrangeli M. Terremoto del 6 Maggio 1976 nel Friulli. Considerazioni sul compartamento di ponti, viadotti ©d altre opere stradalli. "Ind. ital. cem.", 1976, N 7-8, p. 525 540.

21. Davison C. The Japanese earthquake of 1923, London. T. Murby, 1931, 125 p.

22. Duke C.M. , Leeds D.Y. Response of soils, foundations and earth structures to the Chilean earthquakes of 1960. Bull, of the Seism, soc. of Am., 1963, v. 53, No.2, p. 309-357.

23. Jamada J. Damage to earth structures and foundations by the Niigata earthquake June 16, 1964 in JNK. In.: " Soil and Foundation", v . VI, Jan. 1966, No 1, p. 1-13.

24. Kachadorian R. Effects of the earthquake of March 27, 1964, on the Alaska highway system. Washington, United States Gov.1.Print. Off., 1968, 66 p.

25. Katayama S., Fujii T., Takahashi J. Damage caused by the Niigata earthquake and the geological features of national highway in the suburbs of Niigata city. In.: "Soil and Foundation", v. VI, Jan. 1966, N 6, p. 54-70.

26. McCulloch D.S., Bonilla M.G. Effects of the earthquake of March 27, 1964 on the Alaska Railroad, Washington, United States Gov. Print. Off., 1970, 161 p

27. Michailov V. Friuli earthquake 1976. Strong motion accelerograf records. In.: Preprints of seminar on constructions inseismic zones ( Bergamo Udine, Italy ). 1978.

28. Nasu N. The Great Indian earthquake of January 15, 1934. Bulletin of the earthquake research instituite. Tokyo Imperial university, v. XIII, 1935, p. 417 432.

29. Pardacci A., Braga F., Brancalioni F., Casallo R. , Cipollini A., Petragelli M. Terremoto del 6 Maggio. 1976 nel Friulli. Considerazioni generali. "Ind. ital. cem.", 1976, N 7-8, p. 447 464.

30. Penzien J., Clough R.W. Damage to highway bridge structures. In. San Fernando, California, Earthquake of 9 February 1971. Bulletin 196. California Division of Mines and Geology, 1975, p. 381 394.

31. Railway Gazette, 1934, N 26.

32. Repports of the Imperial eartquake investigation committe, N 100, Japan, Tokyo, 1926.

33. San Fernando, California earthquake of February 9» 1971, v.2, Washington, OS Dep. of Commerce, 1973, 325 p.

34. Steinbrugge K.V., Flores R.A. The Chilean earthquakes of May ,1960. A structural eng. view point. Bull. Seism. Soc. of Am., 1963, v. 53, p. 225 307.

35. The California earthquake of April 16, 1906. Report of the State earthquake investigation com. Washington, 1908, 451 p.

36. The Fukui earthquake. Hokuriku region, Japan, 28 June, 1948, v.2, Eng. Far East Command, 1949, p. 25 26.