Войти
Взаимодействие грунта и конструкции (SSI ) состоит из взаимодействия между почвой ( земля) и построенное на нем сооружение. Это в первую очередь обмен взаимными напряжениями, при котором движение системы «земля-конструкция» зависит как от типа грунта, так и от типа конструкции. Это особенно применимо к районам сейсмической активности. Различные комбинации почвы и конструкции могут либо усилить, либо уменьшить движение и последующий ущерб. Здание на твердом грунте, а не на деформируемом грунте, будет иметь больший ущерб. Второй эффект взаимодействия, связанный с механическими свойствами грунта, - это опускание фундамента, усугубленное сейсмическим явлением. Это явление называется разжижением грунта.
Большинство строительных конструкций включает в себя какой-либо тип структурных элементов, непосредственно контактирующих с землей. Когда внешние силы, такие как землетрясения, действуют на эти системы, ни структурные смещения, ни смещения грунта не зависят друг от друга. Процесс, в котором реакция грунта влияет на движение конструкции, а движение конструкции влияет на реакцию почвы, называется взаимодействие грунта и конструкции (SSI) .
Традиционные методы проектирования конструкций не учитывают SSI последствия. Пренебрежение SSI разумно для легких конструкций в относительно жестком грунте, таких как малоэтажные здания и простые жесткие подпорные стены. Однако влияние SSI становится заметным для тяжелых конструкций, лежащих на относительно мягких почвах, например атомных электростанций, высотных зданий и эстакад на мягких грунтах.
Повреждения, полученные в результате недавних землетрясений, такие как землетрясение в Кобе в 1995 г., также подчеркнули, что на сейсмическое поведение конструкции сильно влияет не только реакция надстройки, но также реакция фундамента и грунта, как Что ж. Следовательно, современные нормы сейсмического проектирования, такие как Стандартные спецификации для бетонных конструкций: Проверка сейсмических характеристик JSCE 2005, предусматривают, что анализ реакции должен проводиться с учетом всей структурной системы, включая надстройку, фундамент и грунт.
Традиционно считается, что SSI - это чисто положительный эффект, и им можно легко пренебречь при консервативном проектировании. Положения SSI кодов сейсмического проектирования не являются обязательными и позволяют проектировщикам уменьшить расчетное базовое смещение зданий, рассматривая взаимодействие грунт-конструкция (SSI) как положительный эффект. Основная идея, лежащая в основе положений, заключается в том, что система грунт-конструкция может быть заменена эквивалентной моделью с фиксированным основанием с более длительным периодом и обычно с большим коэффициентом демпфирования. В большинстве проектных кодов используются чрезмерно упрощенные расчетные спектры, которые достигают постоянного ускорения до определенного периода, а затем монотонно убывают с периодом. Учет взаимодействия грунта и конструкции делает конструкцию более гибкой и, таким образом, увеличивает естественный период конструкции по сравнению с соответствующей жестко поддерживаемой конструкцией. Более того, учет эффекта SSI увеличивает эффективный коэффициент демпфирования системы. Плавная идеализация проектного спектра предполагает меньшую сейсмическую реакцию с увеличенными естественными периодами и эффективным коэффициентом демпфирования из-за SSI, что является основным обоснованием кодексов сейсмического проектирования для уменьшения расчетного базового сдвига, когда учитывается эффект SSI. Эта же идея также лежит в основе текущих общих норм сейсмического проектирования, таких как ASCE 7-10 и ASCE 7-16. Хотя упомянутая идея, то есть уменьшение сдвига в основании, хорошо работает для линейных систем грунт-конструкция, показано, что она не может надлежащим образом уловить влияние SSI на пластичные системы. Совсем недавно Khosravikia et al. оценили последствия применения положений SSI ASCE 7-10 и Национальной программы уменьшения опасности землетрясений 2015 года (NEHRP), которые составляют основу стандарта сейсмического проектирования 2016 года, предоставленного ASCE. Они показали, что положения SSI как NEHRP, так и ASCE 7-10 приводят к небезопасным проектам для конструкций с поверхностным основанием на умеренно мягких грунтах, но NEHRP немного улучшает существующие положения для приземистых конструкций. Для конструкций на очень мягких почвах оба положения дают консервативные конструкции, а NEHRP даже более консервативен. Наконец, оба положения дают почти оптимальные конструкции для других систем.
Используя строгий численный анализ, Милонакис и Газетас показали, что увеличение естественного периода структуры из-за SSI не всегда полезно, как предполагают упрощенные расчетные спектры. Осадки мягкого грунта могут значительно продлить период сейсмических волн, а увеличение естественного периода конструкции может привести к резонансу с длительной вибрацией грунта. Кроме того, исследование показало, что потребность в пластичности может значительно возрасти с увеличением естественного периода конструкции из-за эффекта SSI. Постоянная деформация и разрушение грунта могут еще больше усугубить сейсмический отклик конструкции.
Когда конструкция подвергается воздействию землетрясения , она взаимодействует с фундаментом и грунтом и, таким образом, изменяет движение грунта. Взаимодействие грунт-конструкция в общих чертах можно разделить на два явления: а) кинематическое взаимодействие и б) инерционное взаимодействие. Землетрясение движение грунта вызывает смещение почвы, известное как движение в свободном поле. Однако фундамент, заложенный в почву, не будет следовать свободному движению поля. Эта неспособность основания соответствовать движению свободного поля вызывает кинематическое взаимодействие. С другой стороны, масса надстройки передает инерционную силу на грунт, вызывая дополнительную деформацию грунта, которая называется инерционным взаимодействием.
При низком уровне сотрясения земли кинематическая преобладает эффект, вызывающий удлинение периода и увеличение радиационного затухания . Однако с началом более сильного сотрясения, деградация в ближней зоне и зазоры между грунтом и сваей ограничивают демпфирование излучения, и инерционное взаимодействие становится преобладающим, вызывая чрезмерные смещения и деформации изгиба, сосредоточенные у поверхности земли, что приводит к повреждению сваи вблизи уровня земли.
Наблюдения за недавними землетрясениями показали, что реакция фундамента и грунта может сильно влиять на общую реакцию конструкции. Известны несколько случаев серьезных повреждений конструкций в результате прошлых SSI землетрясений. Яшинский ссылается на повреждение ряда опор на сваях мостовых конструкций из-за эффекта SSI в результате землетрясения в Лома-Приета в Сан-Франциско в 1989 году. Обширный численный анализ, проведенный Милонакисом и Газетас, позволил установить SSI как одна из причин драматического обрушения скоростной автомагистрали Хансин в 1995 году Землетрясение в Кобе.
Основными типами фундаментов, основанными на нескольких характеристиках здания, являются:
Заполнение фундаментов грунтов определяется в соответствии с механическими свойствами самих грунтов: в Италии, например, согласно новой сейсмоустойчивой норме - Ordinanza 3274/2003 - можно выделить следующие категории:
Тип фундамента выбирается в зависимости от типа грунта; например, в случае однородных горных пород выбираются соединенные цоколи, а в случае очень низкого качества грунтовые плиты выбираются.
Для получения дополнительной информации о различных способах строительства фундаментов см. фундамент (архитектура).
И основания, и конструкции могут быть более или менее деформируемыми; их сочетание может или не может вызвать усиление сейсмических воздействий на конструкцию. Фактически, грунт является фильтром по отношению ко всем основным сейсмическим волнам, поскольку более жесткий грунт способствует возникновению высокочастотных сейсмических волн, а менее плотный грунт принимает более низкочастотные волны. Следовательно, жесткое здание, характеризующееся высокой основной частотой, подвергается усиленным повреждениям, когда оно построено на жестком грунте, а затем подвергается воздействию более высоких частот.
Например, предположим, что есть два здания с одинаковой высокой жесткостью. Они стоят на двух разных типах почв: первый - твердый и каменистый, второй - песчаный и деформируемый. Если здание подвергнется такому же сейсмическому событию, оно будет повреждено сильнее.
Второй эффект взаимодействия, связанный с механическими свойствами грунта, касается опускания (проседания) фундамента, усугубляемого самим сейсмическим событием, особенно в отношении менее плотных грунтов. Это явление называется разжижение грунта.
Методы, наиболее часто используемые для смягчения проблемы взаимодействия грунта и конструкции, состоят из использования ранее замеченных систем изоляции и некоторых методов крепления грунта., которые приняты прежде всего на некачественных (категории D и E). Наиболее распространенными методами являются техника и техника струйной цементации . Метод струйной цементации заключается в закачивании в грунт жидкого бетона с помощью сверла . Когда этот бетон затвердевает, он образует своего рода столб, который укрепляет окружающую почву. Этот процесс повторяется на всех участках конструкции. Техника свайных работ заключается в использовании свай, которые, будучи вставленными в землю, поддерживают фундамент и здание наверху, перемещая нагрузки или веса к более глубоким слоям почвы, которые, следовательно, более компактны и устойчивы к перемещению.
.
.
.
