Анализ динамической реакции сейсмоизолированного здания при землетрясении интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64

DOI: 10.37153/2618-9283-2023-6-92-112

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: динамический мониторинг, резинометаллические опоры, сейсмическая изоляция, система сейсмоизоляции
Аннотация:

Введение. Рассматривается проблема и подчеркивается актуальность исследования поведения зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор в условиях реальных сейсмических воздействий, а также оценки их технического состояния после сейсмических событий. Приводится опыт исследования поведения сейсмоизолированных зданий при реальных сейсмических воздействиях за рубежом и в России.

Материалы и методы. Исследуются динамические параметры железобетонного здания морского вокзала, расположенного в г. Петропавловске-Камчатском, с системой сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор со свинцовыми сердечниками. Регистрация сейсмических колебаний здания выполнена стационарной станцией динамического мониторинга. Результаты обработки записей получены на основе интерпретации данных мониторинга, включая гармонический анализ, определение спектральной плотности мощности, а также применение методов вейвлет-преобразования.

Результаты. Приведены результаты динамического мониторинга сейсмоизолированного здания морского вокзала, расположенного в г. Петропавловске-Камчатском, при землетрясении 03.04.2023 г. магнитудой Mw=6.6 и интенсивностью на площадке размещения объекта равной 7 баллам по шкале MSK-64. Выполнен анализ реакции и динамических параметров здания, а также визуальное обследование несущих и ненесущих конструкций, включая системы сейсмоизоляции здания.

Выводы. Анализ результатов мониторинга позволил идентифицировать частоты собственных колебаний здания, а также проследить их изменение во время сейсмического воздействия. Максимальные перемещения здания указывают на незначительные деформации сдвига сейсмоизолирующих опор, соответствующих зоне их упругой работы. Как жесткость резинометаллических опор, так и динамические параметры здания (частоты (периоды) собственных колебаний и логарифмический декремент затухания здания) изменяются в зависимости от величины интенсивности сейсмического воздействия и деформации сдвига опор соответственно. После землетрясения наблюдались повсеместные трещины и отслоения штукатурных слоев с частичным обнажением слоя изоляционного материала в зоне заполнения упругими элементами зазоров между обвязочными балками системы сейсмоизоляции и конструкциями перегородок здания в уровне сейсмоизолирующего слоя, не влияющими на эксплуатационную надежность здания. Исследование, представленное в настоящей статье, показывает, что с помощью динамического мониторинга зданий и сооружений можно получить более полное и детальное представление об их динамическом поведении, выявить повреждения в конструктивной системе здания или сооружения, обнаружить их нежелательные или специфические реакции, которые могли быть не учтены при проектировании.

Используемая литература:

 

1.      Clemente P., Martelli A. Seismically isolated buildings in Italy: state-of-the-art review and applications. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2018. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2017.12.029.

2.    Boroschek R., Retamales R., Aguilar A. Seismic response of isolated structures subjected to Mw 8.8 Chile Earthquake of February 28, 2010. The International Symposium for CISNID 25th Aniversary, Paper No. M-2.

3.    Clemente P. Effectiveness of HDRB isolation systems under low energy earthquakes. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 118, 2019, pp. 207–220. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.12.018

4.    Clemente P., Bongiovanni G., Buffarini G., Saitta F., Castellano M.G., Scafati F. Effectiveness of HDRB isolation systems under low energy earthquakes.    Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 118 (2019), pp. 207–220. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.12.018

5.    Iiba M., Kashima T., Morita K. Behaviour of Seismically Isolated Buildings Based on Observed Motion Records during the 2011 Great East Japan Earthquake. Proc. 13th World Conference on Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures – commemorating JSSI 20th Anniversary. 2013. Paper №875925.

6.    Kashima T. Dynamic Behaviour of a Seven-Storey Seismically Isolated Building during the 2011 Tohoku Earthquake. EACS 2016 – 6th European Conference on Structural Control, № 127, 2016.

7.    Kashima T., Kitagawa T. Dynamic Behaviour of A 9-storey Base Isolated Building Estimated from Strong Motion Records, Proceedings of the First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology. No. 871, 2006.

8.    Kashima T., Kitagawa Y. Dynamic characteristics of buildings estimated from strong motion records. Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering. 2006, pp. 18–22.

9.    Kashima T., Koyama T., Okawa I., Iiba M. Strong Motion Records in Buildings from the 2011 Great East Japan Earthquake. Proceeding of the 15th World Conference on Earthquake Engineering (15WCEE). No.1762, 2012.

10.              Morita K., Takayama M. Lessons learned from the 2016 Kumamoto earthquake: Building damages and behavior of seismically isolated buildings. AIP Conference Proceedings. 1892 (1): 020007, 2017. doi: 10.1063/1.5005638

11.              Morita K., Takayama M. Behavior of Seismically Isolated Buildings during the 2016 Kumamoto Earthquakes. NZSEE Conference, 2017.

12.              Morita K., Takayama M. Observed response of seismically isolated buildings during the 2016 Kumamoto earthquake. 17th U.S.-Japan-New Zealand Workshop on the Improvement of Structural Engineering and Resilience.

13.              Moroni M.O., Sarrazin M., Soto P. (2012). Behavior of Instrumented Base-Isolated Structures during the 27 February 2010 Chile Earthquake. Earthquake Spectra. 28, S1, S407–S424   doi: 10.1016/j.soildyn.2012.06.019

14.              Nagarajaiah S., Xiaohong S. Response of base-isolated USC hospital building in Northridge earthquake. Journal of structural engineering. 2000, pp.1177–1186.

15.              Kasai K., Mita A., Kitamura H., Matsuda K., Morgan T.A., Taylor A.W. Performance of Seismic Protection Technologies during the 2011 Tohoku-Oki Earthquake. Earthquake Spectra. Volume 29, no. 1, pp. 265–293.

16.              Saito T. Performance of Seismically Isolated Buildings at March 11, 2011, Tohoku Earthquake. Proceedings of the 19th CIB World Building Congress. Brisbane, Australia, May 9–13, 2013.

17.              Saito T. Behavior of response controlled and seismically isolated buildings during severe earthquakes in Japan. doi 10.12910/EAI2015-078

18.              Salvatori A., Di Cicco A., Clemente P. Seismic monitoring of buildings with base isolation. 7th ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, 2019, pp. 5254–5275. doi: 10.7712/120119.7301.19221

19. Jain S., Thakkar S. Seismic response of building base isolated with filled rubber bearings under earthquakes of different characteristics. 12WCEE 2000.

20.              Stewart J.P., Conte J.P., Aiken I.D. Observed behavior of seismically isolated buildings. Journal of structural engineering. 1999, pp. 955–964.

21.              Ventura C.E., Liam Finn W.D., Lord J.-F., Fujita N. Dynamic characteristics of a base isolated building from ambient vibration measurements and low level earthquake shaking. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2003, no. 23, pp. 313–322.

22.              Zhou C., Chase J. G., Rodgers G. W., Kuang A., Gutschmidt S., Xu C. Performance evaluation of CWH base isolated building during two major earthquakes in Christchurch. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering. 2015, vol. 48, no. 4, doi: 10.5459/bnzsee.48.4.264–273

23.              Qu Z., Wang F., Chen X., Wang X., Zhou Z. Rapid report of seismic damage to hospitals in the 2023 Turkey earthquakesequences. Earthq. Res. Adv. 2023, in press.

24.              Giziatullin I.R., Bubis A.A., Vakhrina G.N., Chupanov M.R. Monitoring of dynamic behavior of the base isolated buildings and adjacent soils in the Kamchatka region. Earthquake Geotechnical Engineering for Protection and Development of Environment and Constructions. Proceedings of the 7th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering. 2019: 7th, Rome, January 17–20, 2019, pp. 2667–2673.

25.              Гизятуллин И.Р., Бубис А. А., Вахрина Г.Н., Чупанов М.Р. Анализ динамической реакции здания с системой сейсмоизоляции при реальном сейсмическом воздействии. Материалы XIII Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (с международным участием). Санкт-Петербург, 01– 06 июля 2019. С. 113.

26.              Вахрина Г.Н., Чупанов М.Р., Гизятуллин И.Р. Анализ динамической реакции здания при реальном сейсмическом воздействии // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2018. № 2. С. 39–45.

27.              Гизятуллин И.Р. Анализ динамических характеристик сейсмоизолированного здания с применением результатов численных расчетов и натурных наблюдений: выпускная квалификационная работа магистра: 08.04.01. Моск. гос. строит. университет. Москва, 2018. 93 с.

28.              Опыт динамического мониторинга сейсмоизолированного здания морского вокзала, расположенного в г. Петропавловске-Камчатском / И. Р. Гизятуллин, А. А. Бубис, Л. Н. Смирнова, Л. Р. Ставницер // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2022. № 5. С. 47–66. DOI 10.37153/2618-9283-2022-5-47-66.

29.              Siringoringo D.M., Fujino Y. Long-term seismic monitoring of base-isolated building with emphasis on serviceability assessment. Earthquake engineering & structural dynamics, 2014. DOI: 10.1002/eqe.2538.

30.              Чебров В.Н., Дрознин Д.В., Кугаенко Ю.А., Левина В.И., Сенюков С.Л., Сергеев В.А., Шевченко Ю.В., Ящук В.В. Система детальных сейсмологических наблюдений на Камчатке в 2011 г. // Вулканология и сейсмология. 2013. № 1. C. 18–40. doi: 10.7868/S0203030613010021

31.              Чеброва А.Ю., Чемарёв А.С., Матвеенко Е.А., Чебров Д.В. Единая информационная система сейсмологических данных в Камчатском филиале ФИЦ ЕГС РАН: принципы организации, основные элементы, ключевые функции // Геофизические исследования. 2020. Том 21. № 3. С. 66 – 91. DOI: https://doi.org/10.21455/gr2020.3–5.