¿Ingeniería de resistencia a terremotos y evaluación de daños por terremotos?
1. Fenómenos de ingeniería sísmica y sus causas
Cuando ocurre un terremoto, el suelo golpea y se sacude violentamente, dañando directamente las estructuras de varios edificios, provocando el colapso de casas, colapso de puentes, presas. agrietamiento, deformación orbital, etc. Los terremotos son muy destructivos para los edificios porque están adheridos al suelo. La forma en que los terremotos dañan los edificios se ve afectada principalmente por la forma en que se propagan las ondas sísmicas. En pocas palabras, hay tres formas de destruir edificios: arriba y abajo, balanceo horizontal y giro hacia la izquierda y hacia la derecha. A menudo es una combinación de los tres métodos.
Las ondas longitudinales hacen que el edificio suba y baje, y la fuerza es tan grande que el edificio no puede moverse con ella, lo que hace que la carga dinámica de las columnas y paredes inferiores aumente repentinamente, superponiéndose la auto- presión de peso de la parte superior del edificio. Si se excede la capacidad de carga de las columnas y muros subyacentes, las columnas y muros colapsarán. Tras el derrumbe de la planta baja, el peso de los pisos superiores del edificio cayó como un martillo, rompiendo el segundo piso y provocando un derrumbe continuo. Todo el edificio se derrumbó inmediatamente y el tercer piso original se convirtió instantáneamente en el "primer piso".
Las ondas superficiales hacen que el edificio oscile horizontalmente, lo que equivale a ejercer una fuerza repetida sobre el edificio en dirección horizontal. Si la resistencia o la capacidad de deformación de las columnas y paredes subyacentes es insuficiente, todo el edificio puede inclinarse o volcarse, lo cual es común en zonas sísmicas.
La tercera función es la de giro. La razón de la torsión es que algunas ondas sísmicas en sí mismas están "formando vórtices" y, en algunos casos, es causada por la diferencia horaria entre las ondas superficiales de la mañana y de la tarde que llegan a ambos extremos del edificio. Esta condición puede causar que el edificio se deforme. Los edificios generalmente tienen poca resistencia a la torsión y se dañan fácilmente. Algunas casas en la zona del terremoto se derrumbaron a la vuelta de la esquina, y esto ocurrió en la mayoría de los casos.
Una vez que llega el momento de saltar arriba y abajo, balancearse hacia la izquierda y hacia la derecha y girar, los tres métodos ocurren al mismo tiempo y el poder destructivo se vuelve aún más aterrador. En zonas cercanas al epicentro, las tres carreteras suelen estar entrelazadas, por lo que los daños son grandes.
Además, cada edificio tiene su propia frecuencia natural específica. Si esta frecuencia está cerca de la frecuencia de acción del terremoto, también causará un efecto similar a la vibración * * *, trayendo un mayor poder destructivo.
También existe una forma de destrucción llamada licuefacción. Si los cimientos del edificio están hechos de arena fina y la casa se construye sobre ellos, y el suelo tiembla y la arena se escurre, la casa se hundirá, causando que se incline o incluso se derrumbe.
2. Métodos de resistencia sísmica para diversos fenómenos de ingeniería
2.1 Resistencia sísmica estructural y energía de deformación de diversas estructuras
El grado de daño de las estructuras bajo la acción sísmica y la estructural La deformación, especialmente el ángulo de desplazamiento entre capas, tiene una relación correspondiente obvia. Por lo tanto, para estructuras con requisitos de deformación como diferentes indicadores de desempeño, se pueden obtener relaciones cuantitativas preliminares de medidas sísmicas. Si el valor de deformación sin colapso es el requisito básico para la capacidad de deformación, cuando se requiere que la estructura esté levemente dañada o no dañada, su valor de control de deformación debe reducirse a una cierta proporción del valor de deformación sin colapso. Sin embargo, según el principio de que la energía sísmica absorbida por la estructura es igual, su resistencia sísmica integral debería permanecer básicamente sin cambios. Con base en esto, se puede obtener la proporción de aumento en la resistencia estructural correspondiente a la disminución en el valor de control de la deformación estructural, es decir, el coeficiente de aumento del efecto de la acción sísmica estructural (fuerza interna). Esto significa que cuando las estructuras de un edificio resisten terremotos, se pueden lograr diferentes requisitos de comportamiento de deformación ajustando los coeficientes del efecto sísmico.
Para estructuras de edificación con diferentes medidas estructurales, en las actuales "Normas de Protección Sísmica para Edificaciones", con el fin de que el coeficiente de influencia de la estructura estructural sobre la resistencia sísmica sea consistente con el coeficiente de influencia local, la sísmica Las medidas estructurales tienen un impacto en la resistencia sísmica de la estructura general. El impacto se divide en dos categorías: impacto general e impacto local. Por ejemplo, para estructuras de mampostería, se consideran el espaciamiento de las paredes transversales sísmicas, la relación entre la altura y el ancho del edificio, la relación de rigidez de los pisos adyacentes, las conexiones entre paredes y paredes, paredes y pisos, la configuración de vigas anulares y columnas estructurales. tener un impacto general en la estructura, mientras que las dimensiones locales de las paredes, las estructuras de las escaleras y la construcción del techo actúan como estructuras con efectos locales. Las diferentes intensidades de fortificación y las estructuras resistentes a los terremotos tienen diferentes medidas estructurales básicas. Cuando la estructura existente es superior a los requisitos básicos, el coeficiente de influencia correspondiente es superior a 1,0. Cuando es inferior a los requisitos básicos, el coeficiente de influencia correspondiente es inferior a 1,0. El rango de variación de estos coeficientes está generalmente en el rango de. 0,6 ~ 1,3.
De acuerdo con las ideas anteriores, considerando que las estructuras sísmicas básicas estipuladas en las especificaciones de diseño actuales generalmente se pueden dividir en tres niveles: alto, medio y bajo, lo que equivale a utilizar diferentes niveles para expresar diferentes desempeños. Requisitos, pero para diferentes tipos. Los factores considerados al determinar el grado de la estructura son diferentes. Con referencia al contenido y requisitos relevantes de los códigos de diseño actuales, las estructuras sísmicas distintas de los requisitos convencionales se dividen inicialmente de la siguiente manera:
2.1.1 La energía de deformación de la estructura de mampostería que afecta la estructura
La estructura de mampostería puede Para la estructura que afecta la capacidad de cambio, el número de diseño, la ubicación, el tamaño de la sección transversal y la clasificación de refuerzo de las vigas anulares y las columnas estructurales se pueden usar como enfoque, y el tamaño de la pared local. sólo considera su influencia local. Por ejemplo, el número de columnas estructurales de una casa de ladrillos de varios pisos se puede establecer en el primer nivel para las cuatro esquinas del edificio y las cuatro esquinas del hueco de la escalera, y en el segundo nivel para las paredes internas y externas del edificio. tabiques y las cuatro esquinas del hueco de la escalera. La unión de los muros interior y exterior de cada habitación y las cuatro esquinas del hueco de la escalera se fijan al nivel tres al igual que el diseño no sísmico sin columnas estructurales;
2.1.2 Estructuras de estructuras de hormigón armado que afectan la energía de deformación
Las estructuras de estructuras de hormigón armado que afectan la capacidad de deformación se pueden clasificar como puntos clave, como ajuste de fuerzas internas, barras longitudinales y estribos de columnas La relación volumétrica de estribos del refuerzo, la disposición y construcción de los bordes de los muros sísmicos, mientras que la construcción de columnas cortas, soportes de marcos y vigas de acoplamiento pueden considerarse influencias locales. Bajo la misma intensidad de fortificación y los mismos requisitos de rendimiento, los requisitos estructurales dúctiles básicos de las estructuras de hormigón armado en diferentes pisos aún deben ser diferentes.
2.1.3 Estructura de estructura de acero que afecta la energía de deformación
La estructura de refuerzo afecta la capacidad de deformación de la estructura, el ajuste de la fuerza interna, la estructura del dominio del nodo, la relación de esbeltez del componente y la configuración del soporte. considerado como El foco de la puntuación, el ancho y el espesor del miembro pueden considerarse como efectos locales. Bajo la misma intensidad de fortificación y los mismos requisitos de rendimiento, los requisitos estructurales dúctiles básicos de las estructuras de acero en diferentes pisos deben ser diferentes.
2.2 Método del daño sísmico por torsión
A través del resumen de varios terremotos fuertes, la gente se ha dado cuenta de que la regularidad de las estructuras de los edificios tiene un impacto importante en la resistencia sísmica. Entre los distintos tipos de daños, los daños por torsión representan la mayoría. El daño por torsión de toda la estructura causado por un terremoto y el daño por torsión de un solo componente son dos conceptos diferentes. El primero provoca tensiones desiguales en los miembros verticales de la estructura, comenzando desde los miembros de las esquinas y destruyéndolos uno por uno. El segundo es similar a la falla dúctil. Las irregularidades verticales en la estructura crearán una capa débil. Si no se consideran medidas de refuerzo, la capa débil puede ceder primero bajo la acción de un terremoto, provocando el colapso del piso sobre ella. Las irregularidades planas harán que la estructura muestre características obvias de daño por torsión durante los terremotos, lo que resultará en un gran efecto excéntrico de torsión.
En primer lugar se utiliza el método de cálculo de la sísmica torsional acoplada.
En el pasado, el diseño sísmico solo consideraba la vibración traslacional unidireccional, que es un tipo de vibración forzada. Los métodos computacionales que consideran el acoplamiento torsional van más allá. La rigidez producida por la vibración forzada unidireccional no puede representar la dirección más débil de la estructura. Por ejemplo, para planos en forma de L, de arco, de tridente y otros, si no se adopta el método de diseño sísmico que considera la torsión acoplada, será difícil encontrar la dirección con la rigidez estructural más débil. Considerando la rigidez del acoplamiento traslacional y torsional, no sólo se considera la interacción entre desplazamientos en cada dirección, sino también una vibración libre. Su vibración no es una vibración forzada en una sola dirección, sino una vibración libre en la dirección más débil y la segunda más débil. Por lo tanto, el cálculo sísmico acoplado es un método de diseño más práctico. Cada período y forma de vibración que genera es tridimensional y tiene tres componentes. Generalmente, la forma de vibración en una determinada dirección no se puede distinguir estrictamente. Se puede observar que en el diseño sísmico se deben considerar incluso estructuras regulares simétricas. En términos generales, cuanto más irregular sea la estructura, mayor será la reacción de acoplamiento de torsión plana y mayor la fuerza sísmica.
En segundo lugar, considere la excentricidad accidental
Debido a la incertidumbre de la acción sísmica, a menudo provoca respuestas de torsión de algunas estructuras, como la aceleración de torsión en las ondas sísmicas, que es difícil de calcular en Cálculos de diseño. Piensa con precisión. Además, la rigidez estructural y la distribución de masa asumidas en el cálculo no pueden ser consistentes con la situación real. Durante el proceso de respuesta no lineal de la estructura que cede o se daña, el grado de degradación de la rigidez de cada componente es diferente, lo que complica aún más los supuestos del cálculo. desviarse de la situación real. Estas contingencias reales y deficiencias en los supuestos computacionales deben corregirse adecuadamente durante el proceso de diseño.
La mayoría de los códigos de diseño sísmico extranjeros estipulan que se deben considerar los efectos adversos de la excentricidad accidental causada por la construcción, el uso o el componente de torsión de los movimientos sísmicos del terreno. La excentricidad accidental también se especifica para estructuras de construcción con planos regulares (incluida la simetría); para estructuras con diseño de planos irregulares, además de su propia excentricidad, también se debe agregar la excentricidad accidental. En el código sísmico, para estructuras planas regulares, se utiliza un método simplificado para aumentar la fuerza sísmica interna de la estructura lateral para considerar la influencia de la excentricidad accidental. Para edificios de gran altura, el método simplificado de aumentar las fuerzas internas de la estructura del marco lateral no es apropiado. Por lo tanto, en el "Reglamento Técnico para Estructuras de Hormigón de Edificios de Gran Altura" (3-2002), la excentricidad de masa de cada piso se toma directamente como 0,05 Li (Li es la longitud total del edificio perpendicular a la dirección de acción del terremoto ) para calcular la acción del terremoto. Además, Gaoguan afirma claramente que se debe tener en cuenta la excentricidad accidental en el cálculo de la relación de desplazamiento. Se puede observar que el control de torsión de la estructura debe realizarse teniendo en cuenta la excentricidad accidental.
2.3 Métodos de prevención de ingeniería para la licuefacción de arena durante terremotos
En terremotos importantes del pasado, hubo muchos ejemplos de licuefacción de arena. Como forma principal de desastre sísmico, la licuefacción de arena a menudo provoca un asentamiento desigual de los cimientos de los edificios y daños estructurales, provocando graves desastres y víctimas, y provocando enormes desastres para la humanidad.
Si los resultados de la evaluación muestran que la base de arena está en peligro de sufrir daños por licuefacción, primero intente evitar el uso directo de arena licuada como base del edificio. Si esto no es posible, se pueden tomar medidas adecuadas para mejorar la resistencia a la licuación de la arena para prevenir o reducir los daños a los edificios en caso de terremotos.
El cifrado es una medida eficaz y ampliamente utilizada en la actualidad. Existen varios métodos utilizados, como el método de densificación vibratoria, el método de densificación por pila de arena, el método de compactación dinámica y el método de densificación por explosión.
Primero, método de cifrado por vibración. Inserte el vibrador cilíndrico en la base de arena. Su extremo inferior y su parte superior están provistos respectivamente de boquillas pulverizadoras de agua. El eje vertical del cilindro impulsa el bloque excéntrico para que gire horizontalmente a alta velocidad, produciendo una vibración horizontal de alta frecuencia. El vibrador puede vibrar y emitir agua al mismo tiempo y hundirse a una profundidad predeterminada. Después de que la arena se vibra vigorosamente, las partículas del suelo se reorganizan por la vibración y se vuelven densas. Inyectar grava en los agujeros formados por vibración para formar montones de grava puede disipar el exceso de presión de agua de los poros generada en la base de arena durante los terremotos.
2. Método de compactación con pilotes de arena. Se introduce una tubería de acero en el suelo mediante vibración y se vierte arena gruesa en la tubería. Mientras vibra, se levanta el tubo de acero, se compacta la arena y se compacta la capa de arena circundante. Dado que los pilotes de arena a menudo se llenan con arena gruesa, el cuerpo del pilote puede acelerar el drenaje de los cimientos y las partículas de arena se hacen vibrar y compactar, por lo que el efecto del tratamiento es significativo.
En tercer lugar, método de compactación forzada. Ese es el método de compactación dinámica, es decir, un martillo pesado de 8 t ~ 30 t cae libremente desde una altura de 6 m ~ 30 m, lo que genera ondas de compresión y una enorme tensión en el suelo, haciendo que el suelo sea denso para aumentar su capacidad de carga. y reducir su compresibilidad. Mejorar su capacidad para resistir la licuefacción.
Cuarto, método de cifrado de explosión. En el suelo de cimentación que necesita ser densificado, se entierra una cierta cantidad de explosivos de acuerdo con la profundidad especificada para hacer que el suelo de cimentación sea denso y mejorar su resistencia a la licuefacción.
Además, las cimentaciones de balsa y de caja tienen un efecto significativo en la mejora del comportamiento sísmico de las cimentaciones sobre cimentaciones licuadas y cimentaciones de suelo blando. Los cimientos en forma de balsa y los cimientos en forma de caja tienen buena integridad, pueden regular mejor la presión de los cimientos y reducen efectivamente el asentamiento desigual de los cimientos causado por vibraciones y hundimientos a gran escala, reduciendo así el daño a la superestructura.
3. Evaluación de daños por terremotos
La evaluación de daños sísmicos incluye la evaluación de la intensidad del terremoto, las formas de daño estructural, las víctimas y las pérdidas económicas, y propone posibles medidas de alivio del terremoto. La evaluación de los daños por terremoto se puede dividir en tres formas: predicción de daños por terremoto (evaluación previa al terremoto), evaluación durante el terremoto y evaluación posterior al terremoto. La predicción de daños por terremotos se basa principalmente en ciertos métodos de análisis de terremotos y evalúa los posibles daños por terremotos en función de factores como las condiciones estructurales geológicas de la ciudad, el análisis del desempeño sísmico estructural y los terremotos históricos. La evaluación del tiempo del terremoto se refiere a la evaluación en tiempo real que realizan los sismólogos de los daños causados por el terremoto y las posibles tendencias de desarrollo después de que ocurre el terremoto principal. La evaluación posterior a un terremoto se refiere a una evaluación integral de las pérdidas por terremotos a través de estudios y cálculos completos y detallados en el sitio después de que ocurre un terremoto.
En el método tradicional de evaluación de daños por terremotos, el grado de daño a los edificios se divide en cinco niveles: colapso, daño severo, daño moderado, daño leve y básicamente intacto. El grado de intensidad del terremoto se puede expresar mediante macrointensidad.
Sin embargo, los métodos tradicionales son ineficientes y difíciles de cumplir con los requisitos de alivio de terremotos. La aparición de altas tecnologías como SIG, GPS y RS puede acelerar la evaluación de desastres sísmicos. Los SIG se han utilizado para evaluaciones previas y posteriores a los terremotos, pero el GPS no se ha utilizado ampliamente. Algunos expertos en ingeniería sísmica han utilizado tecnología de detección remota para realizar estudios de evaluación posteriores a un terremoto. Actualmente, en los estudios de evaluación posteriores a terremotos, la teledetección se centra principalmente en identificar la tasa de colapso de las casas. La tecnología "3s" ideal es combinar e integrar orgánicamente GIS, GPS y RS para formar un sistema "3s". Esta integración puede ser "integración flexible" o "integración estrecha". Dado que GIS, GPS y RS tienen cada uno sus propias ventajas, existen deficiencias en el uso de una de estas tecnologías por sí sola para la evaluación de daños por terremotos. Si la tecnología "3" se combina con los métodos tradicionales de evaluación de daños por terremotos, se mejorará la eficiencia de la evaluación de daños por terremotos.
La aparición de tecnologías de alta tecnología como GIS, GPS y RS puede aumentar la velocidad de la evaluación de desastres sísmicos. Sin embargo, estos métodos en sí mismos tienen muchas deficiencias. Además de la integración y complementación, también es necesario complementar y modificar los métodos tradicionales. La combinación de métodos tradicionales y de alta tecnología es la dirección de desarrollo de la prevención digital de terremotos y la reducción de desastres.
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