Моделирование землетрясений

Когда плитам тесно

Турция ― сейсмически активная область. Риск землетрясений здесь есть всегда. Но нынешняя катастрофа неординарна для этого региона, считает сейсмолог Рубен Татевосян, заместитель директора Института физики Земли имени Шмидта.

«Магнитуда 7,8 очень велика для зоны, где взаимодействуют между собой континентальные плиты, ― говорит ученый в беседе с N + 1. ― Сейсмические события в Тихоокеанском огненном кольце могут быть еще сильнее, значения их магнитуд могут превышать 8,0 и даже 9,0. Но там совершенно другие тектонические условия ― они связаны с процессом субдукции, то есть подползания океанической литосферной плиты под континентальную. А среди внутриконтинентальных землетрясений — нынешнее Газиантепское близко к максимально сильным из достоверно установленных сейсмических событий».

В этом регионе сходятся и взаимодействуют сразу три литосферные плиты: Анатолийская, Аравийская и Африканская.

Землетрясение в Турции было сдвиговым: земля смещалась в основном по горизонтали, вдоль границ литосферных плит. «Но это ни в коем случае не означает, что сдвинулась вся плита целиком. Она остается зацепленной, смещение происходит только на ограниченном участке», ― добавляет ученый.

Анатолийская плита движется на юго-запад со скоростью 21 миллиметр в год, поворачиваясь против часовой стрелки относительно Евразии. В то же время ее соседи, Аравийская и Африканская плиты, ползут на север-северо-запад со скоростями 15 и 5 миллиметров в год соответственно. Но, как поясняет еще один собеседник N + 1 Владимир Саньков, заместитель директора Института земной коры СО РАН, эти цифры показывают, как меняется положение плиты в масштабах миллионов лет. Средняя скорость плит более или менее равномерна, и ее колебания на больших промежутках времени ничего не говорят о механике землетрясений.

Между тем движение плиты ― это сложный процесс, разбитый на локальные события. Плита деформируется неоднородно: где-то участок плиты чуть ползет, в другом месте застревает, накапливая механическое напряжение. А где-то это напряжение превосходит предел прочности и участок проскальзывает — происходит разрыв и смещение. И в этот момент скорость участка плиты изменяется очень заметно. Такие события характерны для разломов, зон контакта между плитами. Они как раз и являются зонами высокой сейсмичности.

Ученые полагают, что толчок магнитудой 7,8 стал следствием

сдвигового разрыва на одном из участков Восточно-Анатолийского разлома.

Восточно-Анатолийский разлом идет с юго-запада на северо-восток по границе Анатолийской и Аравийской плит, лишь на западе касаясь стыка Анатолийской с Африканской. В целом его можно характеризовать как трансформный: континентальные блоки смещаются относительно друг друга преимущественно горизонтально либо испытывают косое сжатие. Соответственно, среди сейсмических явлений здесь большую роль играют сдвиговые процессы.

Впрочем, сейсмологи пока не уверены в том, каким именно был механизм Газиантепского землетрясения ― из-за сложного строения разломной зоны.

Возможно, землетрясение вызвал правосторонний разрыв участка Анатолийской плиты по направлению с юго-востока на северо-запад в пределах разлома, тянущегося от Мертвого моря. Так ли это, покажут будущие исследования. По горячим следам сейсмологи оценили размеры области, затронутой сдвигом при толчке под Газиантепом, в 100 × 70 километров, определили величину сдвига ― около

. А 10 февраля британский Центр наблюдения и моделирования землетрясений, вулканов и тектоники (COMET) сообщил, что зоны разрывов, по данным спутника Sentinel-1, достигают длины 300 и 125 километров. Первый разрыв образовался после землетрясения магнитудой 7,8, второй ― после толчка магнитудой 7,5.

Разрядка напряжения в сейсмическом очаге не проходит бесследно. Напряжения перераспределяются в толще пород земной коры и нередко возникают на значительном удалении, становясь источником многочисленных афтершоков.

Они очень опасны во время спасательных работ после главного землетрясения, нередко приводят к обрушению уцелевших построек и могут угрожать жителям районов, не затронутых во время первого толчка. Газиантепское землетрясение наглядно продемонстрировало всю опасность афтершоков.

Внешние ссылки

• Инженерия землетрясений в Керли
• Научно-исследовательский институт инженерии землетрясений
• Консорциум университетов по исследованиям в области инженерии землетрясений (CU REE)
• NHERI: инженерия природных опасностей исследования инфраструктуры
• Землетрясения и инженерия землетрясений в Библиотеке Конгресса
• Проект исследования рисков инфраструктуры в Британской Колумбии, Ванкувер, Канада

Исследования в области сейсмической инженерии

Стол встряхивания испытание маятниковых подшипников качения в EERC

Исследования в области сейсмостойкости означают полевые, тактические и аналитические исследования или эксперименты, предназначенные для открытия и научное объяснение фактов, связанных с сейсмической инженерией, пересмотр концепций в свете новых открытий и практическое применение теорий.

Национальный научный фонд (NSF) — главное правительственное учреждение США, которое поддерживает фундаментальные исследования и образование во всех областях сейсмической инженерии. В частности, он фокусируется на экспериментальных, аналитических и вычислительных исследованиях по проектированию и производительности структурных систем.

Таблица встряхивания E-Defense

Исследовательский институт инженерии землетрясений (EERI) является лидером в распространении информации, включая инженерными исследованиями землетрясений, как в США, так и во всем мире исследованиями землетрясений исследованиями землетрясений.

Исчерпывающий список инженерных исследований землетрясений, связанных с таблицами сотрясения по всему миру, можно найти в Экспериментальном оборудовании для моделирования землетрясений во всем мире. Самым известным из них сейчас является таблица встряхивания E-Defense в Японии.

Основные исследовательские программы США

NSF также поддерживает Джорджа Брауна-младшего Сеть инженерного моделирования землетрясений

Программа NSF по снижению рисков и проектированию конструкций (HMSE) поддерживает исследования новых технологий для улучшения поведения и реагирования структурных систем, подверженных опасности землетрясений; фундаментальные исследования безопасности и надежности построенных систем; инновационные разработки в анализ и моделировании поведения и конструкций, включая взаимодействие грунта и конструкции; концепции дизайна, улучшающие конструкцию и ее гибкость; и применение новых методов контроля для структурных систем.

(NEES), который способствует открытию знаний и инноваций в отношении землетрясений и цунами, сокращение потерь гражданской инфраструктуры страны и новых методов экспериментального моделирования и приборов.

Сеть NEES включает 14 географически распределенных лабораторий общего пользования, которые используют несколько типов экспериментальных работ: геотехнические исследования центуг, испытания на вибростоле, большие масштабные структурные испытания, эксперименты с волнами цунами и полевые исследования. Участвующие университеты: Корнельский университет ; Университет Лихай ; Государственный университет Орегона ; Политехнический институт Ренсселера ; Университет Буффало, Государственный университет Нью-Йорка ; Калифорнийский университет, Беркли ; Калифорнийский университет, Дэвис ; Калифорнийский университет, Лос-Анджелес ; Калифорнийский университет, Сан-Диего ; Калифорнийский университет, Санта-Барбара ; Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн ; Университет Миннесоты ; Университет Невады, Рино ; и Техасский университет, Остин.

NEES в Buffalo испытательный центр

Площадки оборудования (лаборатории) и центральное хранилище данных, подключенных к глобальному сообществу инженеров по сейсмостойкости через веб-сайт NEEShub. Веб-сайт NEES основан на программном продукте HUBzero, например, в Purdue University для nanoHUB специально для того, чтобы помочь научному сообществу обмениваться ресурсами и сотрудничать. Киберинфраструктура, подключенная через Интернет2, предоставляемые интерактивные инструменты моделирования, область инструментов моделирования, курируемое центральное хранилище данных, анимированные презентации, поддержку пользователей, дистанционное использование ресурсов, механизм использования и совместное использование ресурсов, а также статистику о пользователях и пользователях. шаблоны использования.

Эта киберинфраструктура позволяет исследователям: хранить, организовывать и обмениваться данными в рамках стандартизированной структуры в центральном месте; удаленно участвовать и участвовать в экспериментах с помощью синхронизированных данных и видео в реальном времени; сотрудничать с коллегами для облегчения планирования, выполнения анализа и публикации исследовательских экспериментов; и проводить вычислительное и гибридное моделирование, которое может объединить результаты нескольких распределенных экспериментов и связать физические средства с компьютерным моделированием, чтобы исследовать общую систему.

Эти ресурсы совместных ресурсов для сотрудничества и открытия с целью улучшения системы гражданской и механической инфраструктуры.

Моделирование землетрясений

Самые первые моделирование землетрясений были выполнены посредством статического приложения некоторых горизонтальных силерций на основе масштабированных пиковых ускорений грунта к математической модели здания. С дальнейшим развитием вычислительных технологий, статические подходы стали уступать место динамическим.

Динамические эксперименты со строительными и не строительными конструкциями могут быть физическими, как испытание на вибростоле, или виртуальными. Предположим, что исследователи предполагают, что они предполагают использование «историями в реальном времени», хотя последняя не может быть «реальной» для гипотетического землетрясения, либо строительными нормами, либо конкретными исследовательскими требованиями.. Следовательно, есть стимул к использованию моделирования землетрясения, которое представляет собой входные данные, которые являются характеристиками реальных данных.

Иногда моделирование землетрясения понимается как воссоздание локальных эффектов сильного сотрясения земли.

Моделирование конструкции

Одновременные эксперименты с двумя моделями зданий, кинематически эквивалентными реальному прототипу.

Теоретическая или экспериментальная оценка ожидаемых сейсмических характеристик в основном требует моделирования конструкции, которая является основанной на концепции структурного сходства или подобия. Сходство — это некоторая степень аналогии или сходства между двумя или более объектами. Понятие подобия основывается либо на точном, либо на приблизительном повторении паттернов в сравниваемых элементах.

Обычно считается, что модель здания имеет сходство с реальным объектом, если они имеют геометрическое сходство, кинематическое сходство и динамическое сходство. Самый яркий и эффектный вид подобия — кинематический. Кинематическое сходство существует, когда пути и скорости движущихся частиц модели и ее прототипа одинаковы.

Наивысший уровень кинематического сходства — это кинематическая эквивалентность, когда в случае инженерии землетрясений временные характеристики поперечных смещений модели и ее прототипа на каждом этаже будут одинаковыми.

Будет еще, но это неточно

Для точных прогнозов нужны модели земных недр с высоким пространственно-временным разрешением. Но при их построении геофизикам приходится решать обратную задачу.

В прямой задаче есть начальные условия (входной сигнал), есть законы природы, выраженные в формулах (по которым сигнал преобразуется), требуется рассчитать результат (выходной сигнал). А в обратной задаче неизвестны ни законы — это черный ящик, — ни начальные условия. Есть только результат в виде, например, записи сейсмографа. Но для того чтобы спрогнозировать будущие выходные сигналы, устройство черного ящика нужно знать максимально подробно.

Решение у обратной задачи всегда не одно, в общем случае их вообще бесконечно много. Кроме того, абсолютной точности эта модель не добьется никогда. Все модели строятся по усредненным величинам, и потому в ней всегда есть область неопределенности. Ее можно только сужать: увеличивать количество наблюдений и их качество с помощью все более продвинутых технологий, таких как вейвлет-преобразование и инверсия сейсмического сигнала (о том, что такое вейвлеты и как с ними работают, можно почитать в нашем материале «Всплеск, который быстро затухает»). А для введения ограничений ученые привлекают дополнительные данные из смежных областей.

Примером построения сейсмотектонических моделей может служить работа турецких исследователей, посвященная моделированию сейсмоопасных зон Восточно-Анатолийского разлома. Отчет о ней был опубликован летом 2022 года. Ученые использовали каталог из 26 тысяч землетрясений за период с 2007 по 2019 год, статистику исторических землетрясений и данные о тектоническом строении и динамике на разных сегментах разлома. На этой основе они построили глубинный разрез сейсмичности и модель распределения напряжений внутри разлома.

Итогом исследования стало выделение пяти зон повышенной сейсмичности на разных сегментах разлома. Примечательно, что в их число вошла близкая к эпицентру Газиантепского землетрясения область Пазарджика, последнее крупное событие в которой случилось 228 лет назад, в 1795 году. Сейсмическое поведение каждого из этих районов неодинаково, и для них были вычислены приблизительные периоды повторяемости.

Для Пазарджика такой временной интервал оказался определен очень расплывчато: подземные толчки магнитудой выше 7,0 должны повторяться здесь с периодом от 237 до 772 лет. И, хотя нижняя временная граница довольно близка к реальному 228-летнему интервалу между 1795 и 2023, ясно, что модель, которая делает прогноз с разбросом в полтысячелетия, нуждается в серьезной доработке.

И еще одна причина, которая мешает ученым строить адекватные модели, ― сложная, не до конца понятная физика процесса подготовки землетрясения. Исследователи имеют дело с околокритическими состояниями среды, когда небольшие изменения внешних условий могут привести к внезапной подвижке по разлому.

Широко распространено утверждение, что наука больше знает о процессах внутри Солнца, чем о том, что происходит в недрах нашей планеты. И это действительно так, потому что, в отличие от твердой Земли, Солнце описывается законами гидродинамики. И земную атмосферу мы знаем гораздо лучше, чем литосферу, ― ведь она прозрачна и во всем диапазоне доступна для прямых наблюдений и измерений. А вся информация о литосфере поступает к ученым только из косвенных измерений: нельзя засунуть глубоко в земные недра градусник, а если в редких случаях это и получается, нет возможности откалибровать данные, чтобы потом получать информацию дистанционно.

Геофизики не могут прямо наблюдать внутренние движения в земной коре, измерить скорости и давления. Причем трудности есть и при прогнозе таких атмосферных явлений, как торнадо. Легко представить себе, насколько они были бы больше, если бы ученым пришлось на основе косвенных данных, не зная в точности состава атмосферы, предсказывать зарождение и поведение торнадо.

Косвенные данные, которые могли бы помочь ответить, будет землетрясение или нет, ученые вытаскивают из разных источников: анализ фоновой сейсмичности (для него нужна плотная сеть станций), смещения поверхности земли (для этого требуются GPS и сеть деформометров), эманация газов, например, радона (нужна сеть датчиков), магнитные измерения, поведение грунтовых вод. На основе этих наборов данных получаются временные ряды, и любой из них может содержать сигнал о предстоящем событии ― а может и не содержать. Он спрятан в шумах, а его нужно выделить из фона, не зная в точности, как готовится землетрясение.

Алексей Иванов, заместитель директора Института земной коры СО РАН

Модели, разумеется, строят и по только что случившимся событиям: они необходимы для лучшего понимания структуры и поведения сейсмоопасных зон.

Подобной катастрофы в Турции не случалось с 27 декабря 1939 года, когда на северо-востоке страны, вблизи города Эрзинджан, произошло сейсмическое событие магнитудой 7,8 и максимальной интенсивности — 12 баллов по шкале Меркалли. Землетрясение тогда убило почти 33 тысячи человек, а 100 тысяч было ранено. Такое число жертв было вызвано, в частности, тем, что землетрясение, как и нынешнее, случилось зимой: многие люди просто замерзли в 30-градусные морозы. Это землетрясение, впрочем, не было связано с геологической структурой, в которой произошло нынешнее, хотя Северо-Анатолийский (землетрясение 1939-го) и Восточно-Анатолийский разломы (землетрясение 2023-го) часто рассматриваются, как сопряженные системы.

Последнее крупное землетрясение в области, за сейсмичность которой отвечает Восточно-Анатолийский разлом, произошло 3 апреля 1872 года на территории вокруг города Антакья. Его магнитуда составила 7,2, пострадало несколько городов, 38 деревень были уничтожены.

Последний раз землетрясение в непосредственной близости от Газиантепа было больше 200 лет назад, всего в 50 километрах от города. Магнитуда этого события оценивается в 7,0.

Сейсмостойкое строительство

Сейсмостойкое строительство означает реализацию сейсмического проектирования, пережили ожидаемое землетрясение в соответствии с ожиданиями и в соответствии с применимыми строительными нормами.

Строительство Жемчужной реки Башня X-образные распорки для противодействия боковым силам землетрясений иров вет

Дизайн и конструкция связаны. Чтобы добиться хорошего качества изготовления, детализация элементов и их соединений должна быть как можно более простой. Как и любое строительство в целом, строительство при землетрясении — это процесс, который из строительства, модернизации или сборки инфраструктуры с учетом строительных материалов.

Дестабилизирующее действие землетрясения на конструкции может быть прямым (сейсмическое движение наземный) или косвенный (оползни, вызванные землетрясениями, разжижение почвы и волны цунами).

Сооружение может иметь вид устойчивости, но в случае землетрясения нести ничего, кроме опасности. Решающим фактом является то, что для безопасности сейсмостойкие строительные методы так же важны, как контроль качества и использование правильных материалов. Подрядчик землетрясения должен быть зарегистрирован в провинции / стране местонахождения проекта (в зависимости от местного законодательства), связан и застрахован.

Для минимизации причин убытки, строительный процесс должен быть организован с учетом того, что землетрясение может произойти в любое время до окончания строительства.

Каждый строительный проект требует квалифицированной команды профессионалов, разбирающихся в основных характеристиках сейсмических характеристик различных конструкций, а также в управлении строительством.

Сооружения Adobe

частично разрушены Глинобитное здание в Уэстморленде, Калифорния

Около тридцати процентов населения мира живет или работает в земляном строительстве. Глинобитный кирпич типа является одним из старейших и наиболее широко используемых строительных материалов. Использование самана очень распространено в некоторых из наиболее уязвимых районов регионов мира, традиционно в Латинской Америке, Африке, Индийском субконтиненте и других частях Азии, Ближнего Востока и Южной Европы.

Грубые здания считаются очень уязвимыми при сильных землетрясениях. Однако существует несколько способов усиления новых конструкций из глинобитных плит.

Ключевыми факторами повышения сейсмических характеристик строительства из глинобитных плит являются:

• Качество строительства.
• Компактность, коробка -тип макета.
• Сейсмическое армирование.

Структуры из известняка и песчаника

Изолированное от основания здания города и округа, Солт-Лейк-Сити, Юта

Известняк очень распространено в архитектуре, особенно в Северной Америке и Европе. Многие достопримечательности по всему миру сделаны из известняка. Многие средневековые церкви и замки в Европе сделаны из известняка и песчаника кладки. Это долговечные материалы, но их большой вес не обеспечивает адекватным сейсмическими характеристиками.

Применение современных технологий для сейсмического переоборудования может повыситьучесть неармированных каменных конструкций. Например, с 1973 по 1989 год Солт-Лейк-Сити и Здание округа в Юте было капитально отремонтировано и отремонтировано с упором на сохранение исторической точности внешнего вида. Это было сделано вместе с сейсмической модернизацией, в ходе которой слабая структура из песчаника помещена на фундаментный изоляционный фундамент, чтобы лучше защитить его от повреждений в результате землетрясения.

Деревянные каркасные конструкции

Дом Анны Хвиде, Дания (1560)

Деревянный каркас насчитывает тысячи лет и использовался во многих частях света в разные периоды, такие как древняя Япония, Европа и средневековая Англия в местах, где древесина была в хорошем запасе, а строительный камень и работы с ним отсутствовали.

Использование деревянного каркаса в зданиях обеспечивает их полный каркасный каркас, что дает некоторые структурные преимущества, поскольку деревянный каркас, если он правильно спроектирован, обеспечивает лучшую сейсмическую живучесть.

Легкокаркасные конструкции

Двухэтажный деревянный каркас для конструкции жилого дома

Легкокаркасные конструкции обычно обладают сейсмостойкостью за счет жесткой фанеры стен на сдвиг и деревянных конструкционных панелей диафрагмы. Для сейсмостойких систем для всех деревянных конструкций требуются специальные учеты диафрагм, горизонтальных и вертикальных ножниц, диафрагмы и значения соединителя / крепежа. Кроме того, для распределения сдвига по длине диафрагмы требуются коллекторы или распорки.

Армированные каменные конструкции

Армированная пустотелая каменная стена

Строительная система, в которой стальная арматура заделана в стыки раствора каменной кладки или помещается в отверстия и после заполнения бетоном или раствор называется армированной кладкой .

Разрушительное землетрясение 1933 года в Лонг-Бич показало, что каменная кладка следует немедленно улучшить. Кодекс штата Калифорния сделал армированную кладку обязательной.

Существуют различные практики и методы для получения усиленной кладки. Самый распространенный вид — это армированная пустотелая кладка. Эффективность как вертикального, так и горизонтального армирования сильно зависит от типа и качества кладки, т. Е. Блоков кладки и раствор.

Для достижения пластичного поведения кладки необходимо, чтобы прочность на сдвиг стены выше прочность на изгиб.

Железобетонные конструкции

пешеходный мост из напряженной ленты через Роуг-Ривер, Грантс-Пасс, Орегон

Предварительно напряженный бетон вантовый мост через реку Янцзы

железобетон — бетон, в который были включены стальные арматурные стержни (арматура ) или волокна для усиления материала, который может быть в случае бы хрупким. Его можно использовать для изготовления балок, колонн, перекрытий или мостов.

Предварительно напряженный бетон — это разновидность железобетона, используемая для преодоления естественной слабости бетона при растяжении. Его можно наносить на балки, перекрытия или мосты с более длинным пролетом, чем это практично для обычного железобетона. Предварительное напряжение арматуры (обычно из высокопрочного стального троса или стержней) используется для обеспечения зажимной нагрузки, которая создает сжимающее напряжение, которое компенсирует растягивающее напряжение, которое элемент сжатия в разрушении испытал бы изгибающую нагрузку.

Для предотвращения катастрофического обрушения в результате сотрясения земли (в интересах безопасности жизни) железобетонный каркас должен иметь пластичные соединения. В зависимости от используемых методов и наложенных сейсмических сил, такие здания могут быть использованы, требуют капитального ремонта или могут быть снесены.

Предварительно напряженные структуры

Предварительно напряженные структуры — это структуры, общая целостность, стабильность и безопасность зависит, в первую очередь очередь, от предварительное напряжение. Предварительное намерение преднамеренное создание постоянных напряжений в конструкции с целью улучшения ее характеристик в различных условиях эксплуатации.

Естественно созданная внешняя стена Колизей, Рим

Существуют следующие основные типы напряжения:

• Предварительное сжатие
• Предварительное напряжение с высокопрочными встроенные арматурами
• Последующее напряжение с высокопрочным связующим или несвязанным арматуры

Сегодня концепция широко используется при проектировании зданий, подземных сооружений, телебашен, электростанций, плавучих хранилища и морских объектов, ядерные реакторные сосуды и многочисленные виды мостовых систем.

Полезная идея предварительного напряжения была, по-предположительно, знакома архитекторам Древнего Рима; посмотрите, например, на высокую стену чердака Колизея, работающую как стабилизирующее устройство для стены опор под ней.

Стальные конструкции

Обрушившийся участок моста через залив Сан-Франциско-Окленд в ответ на землетрясение в Лома-Приете

Стальные конструкции в основном сейсмостойкими, но произошли некоторые сбои. Множество сварных стальных корпусов, устойчивых к моменту,, выглядели сейсмоустойчивыми, неожиданно испытали хрупкое поведение и были серьезно повреждены в результате землетрясения 1994 г. в Нортридже. После этого Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) инициировало методы ремонта и новых подходов к проектированию для минимизации повреждений зданий со стальным каркасом при будущих землетрясениях.

Для конструкционной стали Расчет факторов нагрузки и сопротивления (LRFD), очень важно оценить способность конструкции развиваться и поддерживать свое несущее сопротивление в неупругом диапазоне. Мерой этой способности является пластичность, которую можно осуществлять в самом материале, в структурном элементе или для всей конструкции.

В связи с землетрясением в Нортридже Американский институт стальных конструкций представил AISC 358 «Предварительно квалифицированные соединения для специальных и промежуточных стальных рам с моментом». Положения AISC по сейсмическому проектированию требуют, чтобы во всех стальных стойках к моменту использовались либо соединения, используемые в AISC 358, либо соединения, прошедшие предварительные циклические испытания.

Сейчас, рассказывает Анна Добрынина, основное направление в области прогноза землетрясений ― это накопление статистики. Нужны длинные ряды геофизических данных из регионов с разными геодинамическими условиями.

«Минимальное статистически достоверное количество измерений ― 100. То есть нам необходим интервал, в течение которого произошло 100 сильных, с магнитудой выше 5,0, землетрясений, ― объясняет ученая. ― Более слабые события просто не проявятся в рядах наблюдений. Современное оборудование, например широкополосные сейсмические станции с цифровой регистрацией сигнала, позволяют вести полноценный сбор данных в полном диапазоне частот, анализировать шумы. Но такие технологии начали внедряться 40–30 лет назад. Поэтому нигде, даже в Японии, которая вся покрыта густой сетью сейсмостанций, нет достаточного объема данных».

При этом расширение научного инструментария сейсмологов уже повлияло на глобальный уровень сейсмичности, отмечает Владимир Саньков. В последние десятилетия выросло количество регистрируемых землетрясений ― но не оттого, что трясти стало по-настоящему чаще, а просто за счет расширения сети станций и усовершенствования оборудования.

Рубен Татевосян убежден, что на текущем этапе приоритет должен принадлежать не столько прогнозу событий, сколько прогнозу рисков. Их уже можно рассчитать достаточно надежно на основе оценок сейсмической опасности, и в этом прочной опорой служит подробное сейсмическое районирование.

Землетрясение, даже очень сильное, само по себе никого не губит, подчеркивает Татевосян. Люди страдают и гибнут оттого, что из-за толчков рушатся постройки. А проектирование сейсмоустойчивых сооружений не требует привязки к конкретному времени: для него необходимо знать масштабы урона, грозящего той или иной местности в случае стихийного бедствия.

В этой связи запоздалым предостережением выглядит исследование уязвимости построек города Газиантеп, опубликованное турецкими специалистами по гражданскому строительству в марте 2022 года. Они рассчитали коэффициенты ущерба для различных участков в центральной части города, где сосредоточены наиболее старые кирпичные дома, и установили, что эти сооружения рискуют обвалиться при землетрясениях магнитудой 6,5 или 6,6 на близлежащих активных разломах.

Не менее уязвимы оказались здания в некоторых других районах Газиантепа. Между тем реальное землетрясение 6 февраля 2023 года было гораздо сильнее расчетного, и в Газиантепе рухнули сотни домов, не считая древней крепости и исторической мечети.

Но завтрашняя беда всегда кажется нам далекой. Да и сейсмостойкое строительство очень дорого. И оно, увы, не всегда по-настоящему сейсмостойкое: например, после Измитского землетрясения 1999 года на северо-западе Турции были обнаружены серьезные нарушения в технологии возведения некоторых зданий.

Будущее покажет, повлияет ли трагедия в Турции и Сирии на решение проблемы сейсмостойкого строительства. А пока в пострадавших от стихии районах продолжаются афтершоки, которые мешают спасателям разбирать завалы и искать пострадавших.

Контроль сейсмических колебаний

• устройства пассивного управления не иметь Обратная связь возможность между ними, элементами конструкции и землей;
• устройства активного контроля включать наземные регистрирующие приборы в реальном времени, интегрированные с оборудованием для обработки данных о землетрясениях и приводы внутри структуры;

Когда земля сейсмические волны достигают и начинают проникать в основание здания, плотность их потока энергии из-за отражений резко снижается: обычно до 90%. Однако оставшиеся части падающих волн во время сильного землетрясения по-прежнему обладают огромным разрушительным потенциалом.

После того, как сейсмические волны войдут в надстройка, есть несколько способов контролировать их, чтобы смягчить их разрушительное воздействие и улучшить сейсмические характеристики здания, например:

• к рассеиваться волновая энергия внутри надстройка с правильно спроектированными демпферы;
• распределить энергию волны между более широким диапазоном частот;

Однако есть и другой подход: частичное подавление потока сейсмической энергии в надстройка известный как сейсмический или базовая изоляция.

Для этого некоторые подкладки вставляются во все основные несущие элементы в основании здания или под ними, которые должны существенно разъединять надстройка из его основание отдыхая на трясущейся земле.

Первое свидетельство сейсмостойкости с использованием принципа изоляции основания было обнаружено в г. Пасаргады, город в древней Персии, ныне Иран, восходит к VI веку до нашей эры. Ниже приведены некоторые примеры современных технологий контроля сейсмической вибрации.

Стены из сухого камня в Перу

Настроенный массовый демпфер

Обычно настроенные массовые демпферы огромные бетонные блоки, установленные в небоскребы или других структур и выступить против резонансная частота колебания конструкций с помощью какого-то пружинного механизма.

В Тайбэй 101 небоскреб должен противостоять тайфун ветры и землетрясения тремор обычен в этом районе Азиатско-Тихоокеанского региона. Для этого используется сталь маятник Весом 660 метрических тонн, который служит демпфером настроенной массы, был спроектирован и установлен поверх конструкции. Подвешенный с 92-го по 88-й этаж, маятник качается, чтобы уменьшить резонансное усиление боковых смещений в здании, вызванных землетрясениями и сильными землетрясениями. порывы ветра.

Гидравлические вязкостные демпферы (FVD)

Демпферы трения (FDs)

Демпферы трения, как правило, доступны двух основных типов: линейные и вращательные, они рассеивают энергию за счет тепла. Демпфер работает по принципу кулоновский демпфер. В зависимости от конструкции фрикционные амортизаторы могут явление прерывистого скольжения и Холодная сварка. Основным недостатком является то, что поверхности трения могут со временем изнашиваться, и по этой причине они не рекомендуются для рассеивания ветровых нагрузок. При использовании в сейсмических условиях износ не является проблемой, и нет необходимости в техническом обслуживании. У них есть прямоугольная петля гистерезиса, и, пока здание достаточно эластично, они имеют тенденцию возвращаться в исходное положение после землетрясения.

Металлические демпферы податливости (MYD)

Металлические амортизаторы, как следует из названия, податливы, чтобы поглотить энергию землетрясения. Этот тип амортизаторов поглощает большое количество энергии, однако их необходимо заменять после землетрясения, так как они могут помешать зданию вернуться в исходное положение.

Вязкоупругие демпферы (ВЭД)

Вязкоупругие демпферы полезны тем, что их можно использовать как для ветровых, так и для сейсмических применений, они обычно ограничиваются небольшими смещениями. Существует некоторая озабоченность по поводу надежности технологии, поскольку некоторым брендам запрещено использовать в зданиях в Соединенных Штатах.

Подвижные маятниковые демпферы (качели)

Изоляция основания стремится предотвратить преобразование кинетической энергии землетрясения в упругую энергию в здании. Эти технологии делают это за счет изоляции конструкции от земли, что позволяет им двигаться в некоторой степени независимо. Степень, в которой энергия передается в конструкцию и как она рассеивается, зависит от используемой технологии.

Свинцовый резиновый подшипник

LRB проходит испытания в UCSD Центр Caltrans-SRMD

Изолятор основания пружины с демпфером

Пружины с демпфером крупным планом

Пружинно-демпферный базовый изолятор установлен под трехэтажным таунхаусом, Санта Моника, Калифорния изображена на фотографии, сделанной до 1994 г. Землетрясение северного моста контакт. Это базовая изоляция устройство концептуально похоже на Свинцовый резиновый подшипник.

Один из двух подобных трехэтажных таунхаусов, который был хорошо оборудован для записи как вертикальных, так и горизонтальных ускорения на полу и на земле, выдержала сильную сотрясение во время Землетрясение северного моста и оставил ценную записанную информацию для дальнейшего изучения.

Простой роликовый подшипник

Простой роликовый подшипник базовая изоляция устройство, предназначенное для защиты различных строительных и не строительных конструкций от потенциально повреждений боковые удары сильных землетрясений.

Маятниковый подшипник качения

• шарнирно-фрикционный слайдер;
• сферическая вогнутая поверхность скольжения;
• закрывающий цилиндр для ограничения бокового смещения.

Снимок со ссылкой на видеоролик качалка Тестирование системы FPB, поддерживающей жесткую модель здания, представлено справа.

Внешняя ссылка

• Землетрясение в Керли
• Институт инженерных исследований землетрясений
• Консорциум университетов по исследованиям в области сейсмостойкости (CUREE)
• NHERI: Инфраструктура инженерных исследований стихийных бедствий
• Землетрясения и инженерия землетрясений в Библиотеке Конгресса
• Проект исследования рисков инфраструктуры в Университете Британской Колумбии, Ванкувер, Канада