Постановка задач исследований

Начало сейсмических расчетов датируется 1900 г., когда японский ученый Омори предложил статическую теорию сейсмостойкости. Согласно ей инерционные сейсмические нагрузки на сооружение определялись как произведение массы на максимальное ускорение грунта, т. е. сооружение считалось абсолютно твердым телом, которое при землетрясениях перемещаются вместе с грунтом. Кроме того, предполагалось, что сооружения не имеют вращательных степеней свободы. Тогда сейсмическая инерционная нагрузка S на сооружение определяется по формуле 1

(1)

где Q – вес сооружения (или его элемента) с учетом полезных нагрузок.

Так как эта формула не охватывает даже основные черты явления и особенности конструкции, то в дальнейшем в нее стали вводиться поправочные коэффициенты α, формула имеет вид:

(2)

Или же величины Кс стали уточняться и применяться в зависимости от конструкции рассчитываемого сооружения, грунтовых условий и пр.

Сделанная Омори оценка, в лучшем случае могла быть использована при землетрясениях малой интенсивности, так как в действительности сооружения могут иметь ускорения существенно больше, чем ускорения грунта. Несовершенства этой теории определения сейсмических воздействий, приводившие в ряде случаев к тяжелым последствиям, вызвало необходимость её пересмотра.

Эта теория доминировала в течение полувека, а с некоторыми модификациями используется в ряде стран и поныне.

Начиная с 20-х годов усилиями ученых разных стран (М. Мононобе, К. Сюэхиро, Нейман, К.С. Завриев и др.) разрабатывается динамическая теория сейсмостойкости, учитывающая при вычислении инерционных сейсмических нагрузок как параметры колебаний основания, так и влияние вынужденных упругих колебаний сооружения. Обоснованность сейсмического анализа удалось существенно повысить путем использования спектров отклика - способа обработки инструментальных записей землетрясений, предложенного в начале 30-х годов американскими исследователями М. Био и X. Беньоффом. На этом представлении сейсмических данных основана так называемая линейно-спектральная теория сейсмостойкости. За рубежом этот метод пользуется большой популярностью, на что указывает огромное количество публикаций и нормативных документов [UBC-1997.UNIFORM BUILDING CODETM], [FEMA 356, 273, 274], [ATC-40.Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Building].

В ее создании принимали участие ученые многих стран, среди которых следует назвать Хаузиера, Ньюмарка, Блюма, Далала, Морраца и др. Большую роль в развитии теории сейсмостойкости и методов сейсмостойкого строительства обычных и специальных сооружений сыграли также ученые бывшего Советского Союза - К.С. Завриев, И.Л. Корчинскнй, С.В. Медведев, А.Г. Назаров, Ш.Г. Напетваркдзе, С.В. Поляков, А.П. Сииицын и многие другие.

Дальнейший прогресс в развитии сейсмических расчетов конструкций связан с появлением новых алгоритмов и программного обеспечения. Благодаря этому стала возможной очень детальная схематизация сложных сооружений, а также выполнение расчетов при задании воздействия цифровой акселерограммы, с помощью численного преобразования Фурье и т.п.

Наиболее современной является концепция МГСУ проектирования сооружений с заданной обеспеченностью сейсмостойкости. Особенность концепции - учет нелинейного характера работы в явном виде при использовании нелинейного статического и динамического методов.

Тем не менее объем знаний современных методов расчета строительных конструкций и принципов их конструирования, направленных на повышение сейсмостойкости, недостаточен применительно к арктическим сооружениям, где необходимо учитывать большое количество разных воздействий и сценарии их сочетания.

На основании вышеприведенных фактов целью работы ставится разработка методики повышения сейсмостойкости морских инженерных сооружений в мелководной зоне.

Для достижения данных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить теоретическое обоснование методики по повышению сейсмостойкости морских инженерных сооружений в мелководной зоне.

2. Выполнить моделирование морских инженерных сооружений при сейсмических воздействиях для условий мелководной зоны Арктической зоны РФ.

3. Разработать рекомендации по повышению сейсмостойкости морских инженерных сооружений в мелководной зоне.

Выводы по I главе

Территория за Полярным кругом занимает всего лишь около 6% поверхности Земли, однако на её долю может приходиться до 20% неразведанных извлекаемых запасов нефти и природного газа. О залежах углеводородов в Арктике известно уже не первое десятилетие, но лишь в последние годы переход к полномасштабному освоению таких ресурсов, и доступ к ним по знаменитому Северо-Западному проходу, соединяющему Атлантический и Тихий океаны, и по Северному морскому пути, связывающему страны Европы и европейскую часть России с Дальним Востоком и азиатскими рынками, стали технически и экономически обоснованными.

«Роснефть» выполняет сейсморазведочные работы в акваториях Баренцева, Печорского, Карского, Восточно-Сибирского, Чукотского морей и моря Лаптевых.

Полномасштабное проведение работ на шельфе Арктике сталкивается со множеством проблем, часть из которых будет рассмотрена в данной диссертационной работе:

1. Сведения об асейсмичности Арктического региона, в особенности шельфа Арктики, сильно преувеличены. Современные данные телесейсмической сети Арктики показывает наличие сейсмических событий в приоритетных местах добычи углеводородов и в районе СМП.

2. Телесейсмическая сеть РФ малоразвита по сравнения с сетями других стран на территории шельфа Арктики, ввиду чего на данный момент картина сейсмических событий в регионе не полная.

3. Сейсмичность Арктического региона за период существования нормативных документов и карт сейсмического районирования несколько раз менялась, в следствии чего морские инженерные сооружения на территории СМП могли быть построены без учета мероприятий по сейсмоустойчивости.

4. Безопасность прохода судов по Северному морскому пути является проблемой, на которую нацелен комплекс наблюдений: метеорологических и гидрологических. Сейсмологические данные пока не входят в эту систему, хотя региональные коровые землетрясения и льдотрясения могут существенно изменять пространственную динамику ледового покрова.

5. Инфраструктура большинства арктических портов, требует масштабной модернизации. Необходим капитальный ремонт или строительство новых причальных сооружений с учетом сейсмических воздействий и повышения их уровня ответственности.

6. Результаты исследования указывают на то, что для расчета амплитуд максимальных ускорений в морских грунтах вполне можно использовать соотношения, полученные по макросейсмическим и инструментальным наблюдениям на побережье.

7. Отсутствует методика расчета для морских сооружений в мелководной зоне с учетом других воздействий.