Эффективность сейсмоизолирующего скользящего пояса при воздействии наиболее неблагоприятных акселерограмм землетрясения

Введение. Выполнены исследования работы монолитного железобетонного здания различной этажности с сейсмоизолирующим скользящим поясом и без него при действии наиболее неблагоприятных акселерограмм землетрясений. Целью исследования является оценка эффективности сейсмоизоляции в виде скользящего пояса в уровне фундамента при действии наиболее неблагоприятных акселерограмм землетрясений с помощью прямого нелинейного динамического метода.

Материалы и методы. При проведении исследования использовался прямой динамический метод, основанный на явной схеме интегрирования уравнения движения (метод центральных разностей).  Для определения наиболее неблагоприятных акселерограмм землетрясений применялся метод, учитывающий все наиболее значимые собственные частоты рассматриваемого здания.

Результаты. На основе расчетов определены относительные перемещения, интенсивности напряжений для здания в целом и с детализацией для наиболее нагруженного этажа. Анализ полученных результатов показал существенное снижение сдвиговых перемещений и интенсивности напряжений при использовании сейсмоизоляции в виде скользящего пояса в уровне фундамента.

Выводы. При выборе типа сейсмоизоляции стоит учитывать ее стоимость, а также трудоемкость изготовления и монтажа. Необходимо, чтобы используемые системы сейсмоизоляции были доступны для массового строительства, были менее сложными и максимально эффективными. Следует использовать апробированные материалы и технологии устройства данных систем, не требующие специфических навыков и квалификации. Сейсмоизоляция должна обеспечивать комплексную защиту от наиболее вероятных сейсмических воздействий. Проведенные исследования показывают, что сейсмоизолирующий скользящий пояс отвечает вышеперечисленным требованиям. В отличие от широко применяемых резинометаллических и маятниковых скользящих опор, сейсмоизоляция в виде скользящего пояса в уровне фундамента не требует заводского изготовления и может быть выполнена непосредственно на строительной площадке.

1. Арутюнян Л.М. Оценка надежности железобетонных зданий с сейсмоизолирующим фундаментом с маятниковыми скользящими опорами : дис. ... канд. тех. наук. М., 2017. 141 с. EDN FHKTSY.

2. Dushimimana A., Dushimimana C., Mbereyaho L., Niyonsenga A.A. Effects of building height and seismic load on the optimal performance of base isolation system // Arabian Journal for Science and Engineering. 2023. Vol. 48. Issue 10. Pp. 13283–13302. DOI: 10.1007/s13369-023-07660-9

3. Уздин А.М., Мозжухин А.С., Сорокина Г.В. Некоторые вопросы нелинейной работы сейсмоизоляции // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2022. № 3. С. 8–19. DOI: 10.37153/2618-9283-2022-3-8-19. EDN DIOUWZ.

4. Patil A.Y., Patil R.D. A review on seismic analysis of a multi-storied steel building provided with different types of damper and base isolation // Asian Journal of Civil Engineering. 2024. Vol. 25. Issue 4. Pp. 3277–3283. DOI: 10.1007/s42107-023-00978-7

5. Sezer Y.M., Diambra A., Ge B., Dietz M., Alexander N.A., Sextos A.G. Experimental determination of friction at the interface of a sand-based, seismically isolated foundation // Acta Mechanica. 2023. Vol. 235. Issue 3. Pp. 1649–1667. DOI: 10.1007/s00707-023-03802-0

6. Asaad R., Kaadan A. Retrofitting existing masonry structures by using seismic base isolation system // Arabian Journal for Science and Engineering. 2023. Vol. 49. Issue 4. Pp. 5243–5254. DOI: 10.1007/s13369-023-08381-9

7. Calvi P.M., Ruggiero D.M. Numerical modelling of variable friction sliding base isolators // Bulletin of Earthquake Engineering. 2015. Vol. 14. Issue 2. Pp. 549–568. DOI: 10.1007/s10518-015-9834-y

8. Khoshnudian F., Motamedi D. Seismic response of asymmetric steel isolated structures considering vertical component of earthquakes // KSCE Journal of Civil Engineering. 2013. Vol. 17. Issue 6. Pp. 1333–1347. DOI: 10.1007/s12205-013-0115-5

9. Уздин А.М., Сандович Т.А., Самих Амин Аль-Насер-Мохомад. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. СПб. : Издательство ВНИИГ, 1993. 175 с.

10. Поляков В.С., Килимник Л.Ш., Черкашин А.В. Современные методы сейсмозащиты зданий. М. : Стройиздат, 1989. 318 с.

11. Айзенберг Я.М. Простейшая сейсмоизоляция. Колонны нижних этажей как элемент сейсмоизоляции здания // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2004. № 1. С. 28–32. EDN HXDEUA.

12. Айзенберг Я.М. Сооружения с выключающимися связями для сейсмических районов. М. : Стройиздат, 1976. 232 с.

13. Мкртычев О.В., Арутюнян Л.М. Исследование работы сейсмоизолирующей маятниковой скользящей опоры при периодическом воздействии // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2016. № 4. С. 38–43. EDN WHCVJD.

14. Мкртычев О.В., Бунов А.А. Сравнительный анализ работы сейсмоизоляции зданий в виде резинометаллических опор на двухкомпонентную акселерограмму // Наука и образование в современной конкурентной среде : мат. Междунар. науч.-практ. конф. 2014. С. 117–123.

15. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Сейсмические нагрузки при расчете зданий и сооружений : монография. М. : Изд-во АСВ, 2017. 140 с.

16. Mkrtychev O., Mingazova S. Analysis of the reaction of reinforced concrete buildings with a varying number of stories with a seismic isolation sliding belt to an earthquake // IOP Conference Series : materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. Issue 5. P. 052065. DOI: 10.1088/1757-899x/869/5/052065

17. Mkrtychev O., Mingazova S. Numerical analysis of antiseismic sliding belt performance // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023. Vol. 19. Issue 2. Pp. 161–171. DOI: 10.22337/2587-9618-2023-19-2-161-171

18. Абрамов Б.М., Абрамов А.Б. Динамический гаситель колебаний, вызываемых периодическими ударами // Механика машин. 1969. № 20. С. 103–117.

19. Алексеев А.М. О демпфировании колебаний импульсно-динамическим гасителем // Проблемы прочности. 1972. № 2. С. 52–54.

20. Васюнкин А.Н., Бобров Ф.В. Экспериментальные исследования зданий на опорах в форме эллипсоидов вращения // Сейсмостойкое строительство. 1976. Т. 14. № 4. С. 20–24.

21. Савинов О.А., Сандович Т.А. О некоторых особенностях применения системы сейсмоизоляции зданий и сооружений // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1978. Т. 212. С. 26–39.

22. Черепинский Ю.Д. К сейсмостойкости зданий на кинематических опорах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1972. № 3. С. 13–15.

23. Чуднецов В.П., Солдатова Л.Л. Здания с сейсмоизоляционным скользящим поясом и упругими ограничителями перемещений // Сейсмостойкое строительство. 1979. Т. 14. № 5. С. 1–3.

24. Кузнецов В.Д., Чэнь С. Скользящий пояс с фторопластом сейсмостойкого здания // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 3 (21). С. 53–58. EDN NTLXRV.

25. Nishia T., Murotab N. Elastomeric seismic-protection isolators for buildings and bridges // Chinese Journal of Polymer Science. 2013. Vol. 31. Issue 1. Pp. 50−57. DOI: 10.1007/s10118-013-1217-8

26. Pan P., Ye L., Shi W., Cao H. Engineering practice of seismic isolation and energy dissipation structures in China // Science China Technological Sciences. 2012. Vol. 55. Issue 11. Pp. 3036–3046. DOI: 10.1007/s11431-012-4922-6

27. Zhou F., Tan P. Recent progress and application on seismic isolation energy dissipation and control for structures in China // Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2018. Vol. 17. Issue 1. Pp. 19–27. DOI: 10.1007/s11803-018-0422-4

28. Leblouba M. Selection of seismic isolation system parameters for the near-optimal design of structures // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. Issue 1. DOI: 10.1038/s41598-022-19114-7

29. Mirzaev I., Yuvmitov A., Turdiev M., Shomurodov J. Influence of the vertical earthquake component on the shear vibration of buildings on sliding foundations // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 264. P. 02022. DOI: 10.1051/e3sconf/202126402022

30. Ahmad N., Shakeel H., Masoudi M. Design and development of low-cost HDRBs seismic isolation of structures // Bulletin of Earthquake Engineering. 2020. Vol. 18. Issue 3. Pp. 1107–1138. DOI: 10.1007/s10518-019-00742-w

31. Ras A., Hamdaoui K. Effect of friction pendulum bearing on metallic buildings behaviour subjected to horizontal ground motions // Asian Journal of Civil Engineering. 2023. Vol. 24. Issue 7. Pp. 2065–2075. DOI: 10.1007/s42107-023-00626-0

32. Hassan W.M. Assessment of ASCE 7–16 seismic isolation bearing torsional displacement // International Journal of Civil Engineering. 2020. Vol. 18. Issue 3. Pp. 351–366. DOI: 10.1007/s40999-019-00462-x

33. Xu W., Du D., Wang S., Liu W., Li W. Shaking table tests on the multi-dimensional seismic response of long-span grid structure with base-isolation // Engi-neering Structures. 2019. Vol. 201. P. 109802. DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109802