Лекция №6
Определение исходной сейсмической информации в соответствии с Европейскими нормами EN 1998-1:2004
Грунтовые условия
Общие положения
(1)Р Для определения типа грунтовых условий по классификации, приведенной ниже в пункте 6.1.2, следует выполнять соответствующие исследования.
(2) Дополнительные указания по исследованиям и классификации грунтовых условий приведены в EN 1998-5:2004(Фундаменты, основания и геологические спектры) (см. 4.2).
(3) Строительная площадка и состав грунтового основания, как правило, должны исключать возможности разрушения грунта, неустойчивости склонов и остаточных осадок, вызванных разжижением или уплотнением грунта при землетрясении. Возможность возникновения таких явлений должна быть исследована в соответствии с EN 1998-5:2004 (Раздел 4).
(4) Исследования грунта и/или геологические изыскания должны быть выполнены в объеме, достаточном для определения параметров сейсмического воздействия в зависимости от класса ответственности сооружения и специфических условий строительства.
Типы грунтовых условий
(1) Для оценки влияния местных грунтовых условий на параметры сейсмического воздействия, площадки классифицированы по грунтовым условиям на типы А, В, С, D и F, характеризуемые стратиграфическими профилями и параметрами, приведенными в Таблице 6.1 и описанными ниже. При определении параметров сейсмического воздействия допускается дополнительно учитывать данные глубинной геологии.
Таблица 6.1 – Типы грунтовых условий
| Тип | Описание стратиграфического профиля | Параметры | ||
| ν s,30, м/с | ударов/30см | с u, кПа | ||
| A | Скальные и другие скальноподобные геологические формации, включающие не более 5 м ослабленных материалов на поверхности. | > 800 | ― | ― |
| B | Отложения очень плотного песка, гравия или очень жесткой глины, мощностью до нескольких десятков метров толщиной, характеризующихся постепенным увеличением механических свойств по глубине. | 360 – 800 | > 50 | > 250 |
| C | Глубокие отложения плотного или средней плотности песка, гравия или жесткой глины с толщиной от нескольких десятков до сотен метров. | 180 – 360 | 15 – 50 | 70 – 250 |
| D | Отложения несвязного и среднесвязного грунта (с некоторыми мягкими связными слоями или без них) или преимущественно мягких устойчивых связных грунтов. | < 180 | < 15 | < 70 |
| E | Грунтовый профиль, состоящий из поверхностного аллювиального слоя с величинами скоростей ν s из типа С или D и мощностью от 5 м и до 20 м, с подстилающим более жесткой породой с ν s > 800 м/с. | |||
| S1 | Отложения, состоящие или содержащие слой мощностью не менее 10 м из мягких глин/илов с высоким индексом пластичности (РI > 40) и водонасыщенные. | < 100 (ориентировочно) | ― | 10 – 20 |
| S2 | Отложения способных к разжижению грунтов, неустойчивых глин или любые другие грунтовые профили, не включенные в типы А – Е или S 1. |
- прочность на сдвиг недренированного грунта.
(2) Площадка, если это возможно, должна быть классифицирована по значению средней скорости поперечных волн ν s,30. В противном случае должно быть использовано значение N SPT.
(3) Средняя скорость поперечной волны ν s,30 должна быть вычислена в соответствии с выражением:
,
Сейсмическое воздействие
Сейсмические зоны
(1)Р Для достижения целей EN 1998 национальные территории должны подразделяться Национальными Регулирующими Органами на сейсмические зоны. Национальные территории делятся на зоны исходя из их сейсмической опасности. Сейсмическая опасность внутри каждой зоны по определению принимается постоянной.
(2) Для большинства случаев применения EN 1998 опасность описывается единственным параметром – значением референтного пикового ускорения a gR грунта типа А. Дополнительные параметры, необходимые для специальных типов сооружений, приведены в соответствующих частях EN 1998.
Референтные пиковые ускорения a gR грунта типа А, необходимые для использования в стране или зонах страны, принимаются по картам зонирования.
(3) Референтное пиковое ускорение грунта, выбранное Национальными Регулирующими Органами для каждой сейсмической зоны, соответствует референтному периоду повторяемости Т NCR сейсмического воздействия из условий неразрушаемости сооружения (или эквивалентной референтной вероятности превышения уровня землетрясения за 50 лет, Р NCR, выбранным Национальными Регулирующими Органами. Коэффициент ответственности γ I равный 1,0 устанавливается для этого референтного периода повторяемости.
Для периодов повторяемости, отличных от референтного, расчетное ускорение a g грунта типа А, равняется a gR, умноженному на коэффициент ответственности γ I (a g = γ I· a gR).
(4) В случае низкой сейсмичности для определенных типов или категорий сооружений могут быть приняты сокращенные или упрощенные процедуры расчета.
Примечание Классификации строительных площадок по грунтовым условиям, учитывающая данные глубинной геологии, а также значения S, T B, T C и T D, определяющие в соответствии с 9.2.2.2 и 9.2.2.3 спектры упругих реакции для горизонтальных и вертикальных воздействий, могут быть установлены в Национальном Приложении конкретной страны.
  |
Рис. Спектра Ньюмарка-Холла и вид спектра, принятого в Европейских нормах
Для горизонтальных компонент сейсмического воздействия спектр упругой реакции S e(T) определяется следующими выражениями (Рис. 9.1):
1) 0 ≤ T ≤ T B: 
; 2) T B ≤ T ≤ T C: 
;
3) T C ≤ T ≤ T D: 
; 4) T D ≤ T ≤ 4 c: 
.
S e(T) – спектр упругой реакции;
T – период колебаний линейной системы с одной степенью свободы;
a g – расчетное ускорение грунта типа А (a g = γ I a gR);
T B – минимальное значение периода на постоянном участке графика спектральных ускорений;
T C – максимальное значение периода на постоянном участке графика спектральных ускорений;
T D – значение периода, определяющее начало диапазона постоянных перемещений на спектре реакции в перемещениях;
S – коэффициент характеризующий сейсмические свойства грунта;
η – коэффициент коррекции, учитывающий демпфирование со значением η = 1 для 5%-го вязкого демпфирования;
γ I -коэффициент ответственности моста
Значения T B, T C и T D и S для каждого типа грунтовых условий и типа спектра должны быть заданы в Национальном Приложении конкретной страны. Если глубинная геология не принята во внимание, то рекомендуется использовать два типа спектра: Тип 1 и Тип 2. Если землетрясения, создающие наибольшую сейсмическую опасность, определенные для площадки в целях вероятностной оценки опасности, имеют магнитуду поверхностных волн Мs не больше чем 5,5, то рекомендуется принять спектр Типа 2. Для пяти типов грунта А, В, С, D и Е рекомендованные значения параметров S, T B, T C и T D даны в Таблице 9.2 для спектра Типа 1 и в Таблице 9.3 для спектра Типа 2. Рисунок 9.2 и Рисунок 9.3 иллюстрируют формы рекомендованных спектров Типа 1 и Типа 2 соответственно, нормализованных по a g для 5% демпфирования. Отличающийся от рекомендованного спектр может быть найден в Национальном Приложении, если принята во внимания глубинная геология.
Таблица 9.2 – Значения параметров, описывающих рекомендованный спектра упругой реакции (Тип 1)
| Типы грунтовых условий | S | T B, c | T С, c | T D, c |
| A | 1,0 | 0,15 | 0,4 | 2,0 |
| B | 1,2 | 0,15 | 0,5 | 2,0 |
| C | 1,15 | 0,20 | 0,6 | 2,0 |
| D | 1,35 | 0,20 | 0,8 | 2,0 |
| E | 1,4 | 0,15 | 0,5 | 2,0 |
Рисунок 9.2 – Рекомендованный спектр упругой реакции (Тип 1) для грунтовых условий типа А – Е (демпфирование 5%)
Таблица 9.3 – Значения параметров, описывающих рекомендованный Тип 2 спектр упругой реакции (Тип 2)
| Типы грунтовых условий | S | T B, c | T С, c | T D, c |
| A | 1,0 | 0,05 | 0,25 | 1,2 |
| B | 1,35 | 0,05 | 0,25 | 1,2 |
| C | 1,5 | 0,10 | 0,25 | 1,2 |
| D | 1,8 | 0,10 | 0,30 | 1,2 |
| E | 1,6 | 0,05 | 0,25 | 1,2 |
Рисунок 9.3 – Рекомендованный спектр упругой реакции (Типа 2) для грунтовых условий типа А – Е (демпфирование 5%)
Примечание Определение соответствующих значений S, T B, T C и T D для грунтовых условий типа S 1 и S 2 должно быть выполнено на основании соответствующих исследований.
Значение коэффициента коррекции, учитывающее демпфирование η, может быть определено из выражения:
,
где ξ – коэффициент вязкого демпфирования, выраженный в процентах.
(5)Р Спектр упругой реакции в перемещениях S De(T) может быть получен путем прямого преобразования спектра упругой реакции в ускорениях S e(T) с помощью следующего выражения:
.
(6) Выражение (3.7), как правило, следует применять для сооружений с периодами колебаний не превышающими 4,0 с. Для сооружений с периодами колебаний более 4,0 с необходимо более точное определение спектра упругой реакции в перемещениях
Спектр упругой реакции для вертикальной компоненты сейсмического воздействия
Вертикальная компонента сейсмического воздействия должна быть представлена спектром упругой реакции S ve(T), определяемым с использованием следующих выражений:
0 ≤ T ≤ T B: 
, T B ≤ T ≤ T C: 
,;
T C ≤ T ≤ T D: 
; T ≤ 4s: 
.
Примечание Значения T B, T C и T D и a vg для каждого типа (формы) спектра вертикальной компоненты сейсмического воздействия должны быть заданы в Национальном Приложении конкретной страны. Рекомендуется использовать два типа спектров вертикальной компоненты сейсмического воздействия: Тип 1 и Тип 2.
Так же как и для спектров, определяющих горизонтальные компоненты сейсмического воздействия, рекомендуется применять спектр Типа 2, если землетрясения, представляющие наибольшую опасность, определяемую для площадки на основе вероятностной оценки, имеют магнитуду поверхностных волн не более 5,5. Для пяти типов грунтовых условий А, В, С, D и Е рекомендованные значения параметров, описывающих спектр вертикальных компонент сейсмического воздействия, даны в Таблице 3.4.
Эти рекомендованные значения не применимы для особых типов грунтовых условий S 1 и S 2.
Таблица 6.4 – Рекомендуемые значения параметров, описывающих спектр упругой реакции для вертикальной компоненты сейсмического воздействия
| Спектр | a vg/ a g | T B, с | T C, с | T D, с |
| Тип 1 | 0,90 | 0,05 | 0,15 | 1,0 |
| Тип 2 | 0,45 | 0,05 | 0,15 | 1,0 |