Charactericrics of the seismic movement of the day surface. Their use in earthquake engineering

Abstract

Актуальность работы. В статье анализируются требования к расчетному сейсмическому воздействию. Прежде всего, это обеспечение запаса прочности сооружения при рассмотрении его предельных состояний. С этой точки зрение понятие похожести реального и расчетного воздействия весьма условны. По крайней мере, внешнего сходства реального и расчетного воздействия не требуется. Вместе с тем расчетное воздействие должно иметь ряд характеристик близких к реальным. Цель работы. В статье анализируется три группы характеристик: кинематические, энергетические и спектральные. Из кинематических характеристик детально проанализированы пиковые ускорения и коэффициент гармоничности. Установлена связь этих характеристик с преобладающим периодом воздействия на акселерограмме. Предложена новая модификация коэффициента гармоничности с учетом остаточных смещений после землетрясения. Методы работы. Для оценки пиковых ускорений предложена методика, основанная на шкале балльности и не требующая привлечения других нормативных документов и карт ОСР. Результаты работы. Отмечено, что кинематические характеристики являются основными для проведения силовых расчетов на действие проектного землетрясения. В качестве энергетических характеристик рассмотрены интенсивность по Ариасу, абсолютная кумулятивная скорость, плотность сейсмической энергии, среднеквадратичные ускорения и показатель Парка-Янга. Показано, что энергетические характеристики в рамках одного балла постоянны и не зависят от спектрального состава воздействия. Получены доверительные границы для оценки интенсивности по Ариасу и абсолютной кумулятивной скорости. Отмечено, что энергетические характеристики являются определяющими для расчетов конструкций за пределами упругости на действие максимального расчетного землетрясения. При анализе спектральных характеристик помимо традиционных спектров ответа рассмотрены спектр работы сил пластического деформирования и предложенный авторами спектр повреждаемости сооружения. Первый спектр важен для расчета упругопластических систем, а второй – для расчета адаптивных систем. При моделировании спектрального состава воздействия авторы считают необходимым исходить из использования резонансных для сооружения расчетных воздействий. Уход от этого принципа должен иметь веское обоснование сейсмологов, которые, наряду с инженерами-проектировщиками должны нести за это финансовую и юридическую ответственность. Relevance. The paper analyzes requirements for the design seismic input. First of all, it is ensuring the structure safety margin when considering its limiting states. From this point of view, the concept of similarity between real and design actions is rather indefinite. At least, no external similarity between the real and the design actions is required. At the same time, the design action should have a number of characteristics close to real ones. Aim. The paper analyzes three groups of such characteristics: kinematic, energy and spectral ones. Out of the kinematic characteristics, the peak accelerations and the harmonic coefficient are analyzed in detail. The relationship of these characteristics with the input predominant period on the accelerogram has been established. A new modification of the harmonic coefficient is proposed, taking into account the residual displacements after the earthquake. Methods. To assess peak accelerations, the authors proposed a method based on a scale of earthquake intensity, which does not require the use of other regulatory documents and seismic zoning maps. Results. It is noted that the kinematic characteristics are the main ones for carrying out force calculations of structures under the action of a design earthquake. The Arias intensity, absolute cumulative velocity, seismic energy density, root-mean-square acceleration and Park-Young indicator are considered as energy characteristics. It is shown that the energy characteristics in the frame of the same seismic intensity are constant and do not depend on the action spectral composition. Confidence limits for the Arias intensity and absolute cumulative velocity estimates were obtained. It is noted that the energy characteristics are important for calculations of structures out of elasticity area under maximum design earthquake. When considering the spectra, besides the response spectra, the spectrum of the work of plastic deformation forces and the spectrum of structure damageability are considered. The former spectrum is important for calculating elastoplastic systems, and the latter one is important for calculating adaptive systems. When modeling the action spectral composition, it is necessary to use resonant design input for the calculated structure. A contravention of this requirement must have a strong rationale for seismologists, who must bear financial and legal responsibility for this solution.