УДК 624.012.041.

Недостаток информации о реальных параметрах сейсмического воздействия есть следствие применения маятниковых сейсмических приборов.

Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С.,Маматов Ж.Ы., Садабаева Н.Д.

Аннотация: Приведены результаты тестовых испытаний типовых сейсмических приборов, проведенных по инициативе авторов на виброплатформах моделирующих сейсмические колебания грунта. Эксперименты проведены в Кыргызском Государственном Университете Строительства, Транспорта и Архитектуры (КГУСТА). Их результаты подтверждают предположения авторов о том, что маятниковые сейсмические приборы не способны точно отображать не только первичные разрушительные волновые толчки, но даже вызванные ими вторичные колебания поверхностной толщи грунта. Эти предположения были впервые сделаны в 1992 году на основе анализа аномальных сдвиговых форм разрушения колон и стен зданий при землетрясениях.

Результаты экспериментов показали, что стандартные акселерометры и сейсмометры существенно занижают реальные величины параметров сейсмических колебаний своего основания (в виде грунта или виброплатформ). Это происходит потому, что при интерпретации акселерограмм и сейсмограмм не учитывается влияние волн сдвига на картину смещений маятников. Эти волны сдвига здесь генерируются самими колебаниями грунта или виброплатформы.

Ключевые слова: сейсмические, прибор, маятник, толчки, волны, колебания, эксперименты, виборплатформа, параметры, ускорения, скорости, сдвиг, акселерометр.

По нашей инициативе, строго обоснованной в [1,2] в КГУСТА были проведены принципиально важные эксперименты. В них исследовалось способность стандартных маятниковых сейсмических приборов точно отображать заданные колебания виброплатформ, имитирующих колебания грунта при землетрясениях разной интенсивности.

При этом были получены ожидаемые нами крайне важные результаты.

Согласно официальной сейсмической теории, маятниковые приборы должны в точности отображать параметры установившихся гармонических колебаний их основания (будь то грунт или виброплатформа). Поэтому предложенные нами эксперименты, казалось бы, не имели смысла, так как их результат был предсказуем и самоочевиден с точки зрения официальной сейсмической науки. Тем не менее мы постояли на необходимости проведения таких экспериментов.

Для того чтобы, объяснить их смысл, а так же сделать понятным смысл и значение полученных результатов надо изложить суть наших теоретических изысканий, приведших к проведению подобных экспериментов.

Начиная с 1992 года, в ряде работ, например, в [2-6] мы регулярно утверждали, что маятниковые сейсмические приборы не отображают реальные параметры импульсных сейсмических движений грунта, занижая величины их ускорений и скоростей. Эти утверждения были основаны на всесторонних исследованиях аномальных сдвиговых форм при массовых сейсмических разрушениях зданий и их элементов. Эти формы не могли быть вызваны теми низкоскоростными колебаниями грунта, которые всегда фиксируются стандартными сейсмометрами и акселерометрами. Они могут быть вызваны лишь волновыми импульсами, создающими скорость в грунте не ниже чем 2м/сек., которая может вызвать волновой срез колонн и стен [3-5].

Результаты этих исследований приведены во многих наших публикациях, перечисленных в итоговой работе [6]. На основе анализа этих результатов мы дали свою интериретацию сейсмических процессов приводящих к появлению сдвигов форм разрушений зданий, описанную в работах [1,7,8]. Ее суть состоит в следующем:

При землетрясениях в поверхностной толще грунта, ответственной за разрушение зданий, происходят два качественно разных процесса:

-первичный-волновой процесс,

-вторичный-колебательный прцесс.

При этом первый процесс может накладываться на второй. Они принципиально различны по своим параметрам (скоростям и ускорениям), по силе механизму воздействия на сооружения, по длительности, а так же по наличию информации об этих процессах.

Первичный –сугубо волновой процесс, внешне проявляется в виде резких толчков и является главной причиной сейсмических разрушений зданий и сооружений.

Его почти не фиксируют маятниковые сейсмические приборы на фоне последующих колебаний грунта. Суть этого процесса, описанного в [7,8], состоит в следующем.

Поперечные сейсмические волны, то есть волны сдвига, пробегая вверх через податливую поверхностную толщу грунта, имеющую большой градиент модулей Е и G, резко замедляются, но при этом существенно наращивают свой разрушительный потенциал, увеличивая скорость верхних слоев грунта, волны удваивают и без того возросшую скорость грунта, наносят мягкие боковые удары по фундаментам зданий и производят волновой срез их колонн и стен.

Одновременно с этим эффектом усиления поверхностная толща поглощает часть энергии волн за счет неупругих деформаций грунта. При прохождении волн по кратчайшему вертикальному пути это поглощение минимально и составляет 20%. В дальних зонах возле границ области разрушения длина пути волн сквозь неупругую верхнюю толщу возрастает более чем в 5 раз и поэтому волны, идущие к зданиям напрямую от гипоцентра, полностью теряют свою разрушительную силу, так как поглощение энергии волн за счет неупругости составляет уже 100%.

Именно поэтому в отличии от эпицентральных и средних зон, где разрушения производят первичные волны сдвига (совместно с продольными волнами)в зонах вдали от эпицентра, возле границ области разрушения тот же сейсмический срез зданий производят уже не первичные, а вторичные волны сдвига, порожденные непосредственно под зданиями продольными волнами, которые пробегают по глубине свыше 100м с большими скоростями.

Поверхностная толща грунта (глубиной 100-150м) имеет очень большой градиент в величинах своих модулей деформации Е и сдвига G. Именно поэтому она обладает уникальным свойством усиливать более чем на порядок волновую скорость массы грунта за счет резкого снижения фазовой скорости, пересекающих ее волн [ 7,8].

Судя по характеру типовых сейсмических срезов железобетонных колонн волновые скорости верхних слоев грунта при толчках имеют величины не ниже 2м/сек и достаточно крутой фронт своего подъема и падения, которому отвечают краткие всплески ускорений. Эти всплески, разумеется не могут уловить маятниковые акселерометры, нацеленные на фиксацию только колебаний грунта.

После каждого кратковременного толчка, т.е. после резкого волнового сдвига поверхностей толщи грунта, длящегося не более чем 0,2 сек, наступает вторичный колебательный процесс. Сдвинутая волнами толща начинает совершать собственные затухающие сдвиговые колебания, детально описанные в [1].

Принципиально разница между волновыми и колебательными сейсмическими движениями грунта в поверхностной толще состоит в том, что при волновых толчках грунт всегда движется только в сторону от гипоцентра, т.е. не меняет знак своих скоростей и перемещений, а при колебаниях грунт периодически меняет свои скорости и перемещения, т.е. меняет направления движения на противоположный знак.

Скорости и ускорения колебаний грунта значительно ниже, чем при волновых импульсных точках, а период колебания близок к одной секунде. Именно эти колебания в меру своих возможностей отображает стандартные маятниковые приборы в своих акселерограммах и сейсмограммах. При этом они вообще никак не отображают волновые импульсные толчки.

В работах [2-4] мы утверждаем, что приборы маятники, в принципе, не способны адекватно отображать разрушительные сейсмические импульсы, т.к. они срезают пики их ускорений в своих записях.

Впоследствии в (1) мы впервые обратили внимание на незамеченный ранее важный эффект. Он состоит в том, что горизонтальные колебания основания маятниковых приборов, имеющие скорость V(t), генерируют в пружинах маятников кратковременные появления волн сдвига и волновых касательных напражений VGC^-1 , которые существенно влияют на картину движения маятников.

(здесь G-это модуль сдвига, С-скорость волны сдвига в пружине маятника).

В частности, движения маятника вдогонку за смещением его движущегося основания происходит в основном не за счет возвратной квазистатической реакции его изогнутой пружины, а за счет волновых касательных напряжений, вызванных действием на него скорости V, возникающей при колебательных движениях основания маятника и никак не учитываемых официальной теорией акселерометров и сейсмометров. [9]

Это должно приводить к существенному искажению реальных параметров гармонических колебаний основания маятника (т.е. грунта или виброплатформы), записываемых маятниковыми приборами (вопреки официальной теории [9]).

Для того, чтобы проверить и экспериментально подтвердить этот вывод нами были намечены тестовые экспериментальные исследования,которые были проведены в КГУСТА КР, под руководством зав.кафедрой, доцента Ж. Маматова.

Суть программы состоит в следующем. На виброплатформе моделировался основной тон реальных сейсмических колебаний грунта с технической частотой в 1 герц в широком диапазоне ускорений от 0,1q до 0,5q.

Для этого достаточно поставить на виброплатформу модели какого-либо стандартного типа зданий и определить величину того ускорения колебаний платформы ап, при котором эта модель разрушится. Затем надо сравнить величину этого ускорения ап, с величиной того реального сейсмического ускорения ар,при котором здания всегда разрушаютсяи при землетрясениях. Это ускорение ар, нам известно из анализа сейсмических разрушений при многочисленных землетрясениях.

Именно его тогда во время землятресений зафиксировали маятниковые стандартные акселерометры сильных движений.

Согласно официальной сейсмической доктрине, при землетрясениях происходят гармонические колебания грунта, которые каким то образом производят аномальные сдвиговые формы разрушения колонн и стен зданий при известных нам величинах ускорений ар, которые фиксируются маятниковыми акселерометрами.

Эти колебания в точности воспроизводится на виброплатформах ее ускорения ап=Dw², где D-ее амплитуда смещения, w-ее круговая частота. w=pn, n-частота в герцах.

Следовательно, мы можем легко воспроизвести как сейсмические колебания, так и разрушения искусственно и таким образом мы сможем проверить правильность официальной сейсмической доктрины. Именно это было проделано в наших экспериментах. Если она верна, то модели зданий должны разрушатся на виброплатформе при тех же величинах ускорений и должны иметь те же необычные сдвиговые формы разрушений, что и при землетрясениях.

Например, нам известно что глинобитные здания разрушаются при сейсмических ускорениях ар=0,2q. Это значит, что и модели таких зданий, испытанные на виброплатформе, должны разрушатся при тех же ускорениях ап, того же поряка (например, при ап=0.3q). Такое расхождение было вполне допустимо.

Однако, проведенные нами эксперименты дали нам абсолютно сенсационные результаты, приведенные в “отчете”.[10]

В этих экспериментах модели либо разрушались при ускорениях ап,, многократно превышающих реальные ускорения ар, либо модели вообще не удалось разрушить.

Полученные нами результаты требуют пристального внимания, предания их гласности и всестороннего обсуждения , т.к. они, практически опровергают официальную сейсмическую доктрину. Ранее в наших многочисленных публикациях, перечисленных в работе [1], мы не раз утверждали,что на виброплатформах легко можно в точности воспроизвести реальные сейсмические колебания грунта, фиксируемые стандартными акселерометрами и сейсмометрами. Но при этом не возможно воспроизвести те аномальные сдвиговые формы разрушения колонн, простенков и стен, которые появляются вместо ожидаемых изгибных форм [6] и которые наиболее широко встречаются при всех сильных землетрясениях.

В наших нынешних экспериментах мы получили принципиально новые результаты, которые не только подтверждают наши теоритические ожидания, но и превосходят их [6]. Наши эксперименты показали, что сейсмические колебания грунта, в точности воспроизведенные на виброплатформе, не только не могут вызвать аномальные формы сейсмического среза зданий (что мы предсказывали), но и вообще не могут их разрушить даже при очень больших ускорениях-точно так же как нам не удалось разрушить наши модели зданий.

В этом и состоит наше экспериментальное опровержение официальной сейсмической доктрины.

Выводы:

1. Главный вывод, из полученных нами результатов эксперимента в том, что благодаря тотальному использованию только лишь маятниковых сейсмических приборов, мы до сих пор не имеем необходимой информации о разрушительных сейсмических воздействиях и это объясняет все неудачи в сейсмозащите зданий и сооружений.

2. В ближайшее время необходимо создать приборы, которые действительно смогут измерить реальные параметры сейсмических движений грунта. Затем эти приборы следует разместить во всех потенциально сейсмоактивных зонах и это позволит довольно скоро получить, наконец, точную информацию о разрушительных сейсмических воздействиях.

3. Придется отказаться от антирезонансной стратегии сейсмозащиты зданий и признать, что реальной причиной сейсмических срезов несущих элементов зданий, являются не их околорезонансные колебания, а волны сдвига. Это определит новую по настоящему эффективную стратегию сейсмозащиты зданий.

4. Придется разработать качественно новую методику прочностного расчета зданий при землетрясениях и на этой основе создать принципиально новые “коды” и “нормы” по проектированию и расчету сейсмостойких зданий и сооружений.

Список литературы:

1. Смирнов С.Б. “Сдвиговой механизм сейсмических колебаний грунта и качественно новые эксперименты для получения их реальных параметров, вызывающих волновой срез колонн и стен в зданиях”, объединенный научный журнал, 2009,№12, стр.5-5.

2. Смирнов С.Б. “О принципиальной ошибке в традиционной трактовке записей инерционных сейсмических приборов”, Жилищное строительство, 1995, №1, стр.23-25.

3. Смирнов С.Б. “Ударно-волновая концепция сейсмического разрушения сооружений”, Энергетическое строительство, 1992, №9, стр.70-72.

4. Sergey Smirnov “Discordances between seismic destruction and present calculation”, International Civil defence journal, 1994, №1, р.р.6-7; 28-29; 46-47.

5. Смирнов С.Б. “Обоснавания причин разрушения сейсмостойких зданий и эффективные меры их сейсмозащиты “ Энергетическое строительство, 1994 №4.

6. Смирнов С.Б. “Исследования аномальных форм в сейсмических разрушениях зданий, противоречащих официальной теории сейсмозащиты и опровергающих официальный взгляд на причины разрушения зданий при землятресениях”, Объединенный научный журнал, 2008, №9, стр.51-59.

7. Смирнов С.Б. “Упругая отдача сдвигаемой толщи грунта как реальная причина сейсмического среза зданий”, Объединенный научный журнал, 2008, №11, стр.57-60.

8. Sergey Smirnov “Seismic shears of buildings are the result of output of upper soil thickness, displaced by abyssal seismic waves”, The integrated scientific journal, Moscow, Russia, 2009, №7, р.р.64-68.

9. Ray W. Clough, Joseph Penzien. “Dynamics of structures”, New York, 1975, 320p.p.

10. Отчет по НиР. Испытание на виброплатформе моделей малоэтажного здания на воздействие колебаний различной интенсивности, КГУСТА, Бишкек-2011г.