паипа. Вопросы для экзамена МРЦПК ответы. Вопросы для экзамена по предмету
 Скачать 388.05 Kb.
|
|
Вопросы для экзамена по предмету Сейсмостойкость зданий и сооружений» Строение Земли. Сейсмические пояса Земли. Континентальные плиты. Земля имеет приближенную форму шара (экваториальный диаметр — 12 754 км, а полярный — около 12 711 км и состоит из нескольких оболочек, выделенных по химическим или реологическим свойствам. В центре расположено внутреннее ядро с радиусом около 1250 км, которое в основном состоит из железа и никеля. Далее идёт внешнее ядро (состоящее в основном из железа) с толщиной около 2200 км. Над ним лежат 2900 км вязкой мантии, состоящей из силикатов и оксидов, а ещё выше — довольно тонкая твёрдая кора. Она тоже состоит из силикатов и оксидов, но обогащена элементами, которые не встречаются в мантийных породах. Представления о внутреннем строении Земли основываются на топографических, батиметрических и гравиметрических данных, наблюдениях горных пород в обнажениях, образцах, поднятых на поверхность с больших глубин в результате вулканической активности, анализе сейсмических волн, которые проходят сквозь Землю, и экспериментах с кристаллическими твёрдыми телами при давлениях и температурах, характерных для глубоких недр Земли. Сейсмические пояса Земли (греч. seismos — землетрясение) – это пограничные зоны между литосферными плитами, которые характеризуются высокой подвижностью и частыми землетрясениями, а также являются областями сосредоточения большинства действующих вулканов. Протяженность сейсмических областей составляет тысячи километров. Данные области соответствуют глубинным разломам на суше, а в океане – срединно-океаническим хребтам и глубоководным желобам. Тектоническая плита — это массивный кусок литосферы неправильной формы, состоящий из коры и самого верхнего слоя мантии. Геологи выделили несколько тектонических плит, которые подразделяются на три основные категории: крупные, мелкие и микро (плиты). Всего существует восемь основных тектонических плит, включая Тихоокеанскую, Североамериканскую, Южноамериканскую, Евразийскую, Африканскую, Антарктическую, Австралийскую и Индийскую плиты. Механизм и классификация землетрясений. Фазы сейсмических колебаний. Механизм землетрясений в проваливании конуса горных пород в пустоту, возникающую при уменьшении объема каменной оболочки с сохранением ее массы, что увеличивает плотность глубинного вещества, занимающего меньший объем от прежнего менее плотного. Вершина опушенного конуса фиксируется гипоцентром, овальное основание конуса – эпицентральной областью. Условно землетрясения подразделяются на слабые (1-4 балла), сильные (5-7 баллов) и разрушительные (8 и более баллов). При землетрясениях лопаются и вылетают стекла, с полок падают лежащие на них предметы, шатаются книжные шкафы, качаются люстры, с потолка осыпается побелка, а в стенах и потолках появляются трещины. Все это сопровождается оглушительным шумом. От гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны, по своей природе являющиеся упругими колебаниями. Различают продольные и поперечные сейсмические волны, как упругие колебания, распространяющиеся в земле от очагов землетрясений, взрывов, ударов и других источников возбуждения. Сейсмические волны — продольные,или /*-волны (лат.primae— первые), приходят к поверхности земли первыми, так как имеют скорость в 1,7 раза большую, чем поперечные волны;поперечные,или 5-волны (лат.secondae— вторые), иповерхностные,илиL-волны (лат.1оп- qeg— длинный). ДлиныL-волн больше, а скорости меньше, чем уР-и 5-волн. Продольные сейсмические волны — волны сжатия и растяжения среды в направлении сейсмических лучей (во все стороны от очага землетрясения или другого источника возбуждения); поперечные сейсмические волны — волны сдвига в направлении, перпендикулярном сейсмическим лучам; поверхностные сейсмические волны — волны, распространяющиеся вдоль поверхности земли.L-волны подразделяют на волны Лява (поперечные колебания в горизонтальной плоскости, не имеющие вертикальной составляющей) и волны Рэлея (сложные колебания, имеющие вертикальную составляющую), названные так в честь открывших их ученых. Наибольший интерес для инженера-строителя имеют продольные и поперечные волны. Продольные волны вызывают расширение и сжатие пород в направлении их движения. Они распространяются во всех средах — твердых, жидких и газообразных. Скорость их зависит от вещества пород. Это можно видеть из примеров, приведенных в табл. 11. Поперечные колебания перпендикулярны продольным, распространяются только в твердой среде и вызывают в породах деформации сдвига. Скорость поперечных волн примерно в 1,7 раза меньше, чем продольных. На поверхности земли от эпицентра во все стороны расходятся волны особого рода — поверхностные, являющиеся по своей природе волнами тяжести (подобно морским валам). Скорость их распространения более низкая, чем у поперечных, но они оказывают на сооружения не менее пагубное влияние. Действие сейсмических волн или, иначе говоря, продолжительность землетрясений, обычно проявляется в течение нескольких секунд, реже минут. Иногда наблюдаются длительные землетрясения. Например, на Камчатке в 1923 г. землетрясение продолжалось с февраля по апрель месяц (195 толчков). Типы и свойства сейсмических волн при землетрясении. Сейсмическая волна – это акустическая энергия, проходящая через слои земли. Она возникает в результате любого волнения внутри земной коры, в ходе механического воздействия на горные породы. Это: извержение вулкана, землетрясение, оползень, большой взрыв, движение магмы. Скорость, с которой она распространяется, зависит от нескольких показателей. В первую очередь это её тип. На быстроту продвижения также влияют плотные и упругие свойства породы, сквозь которую она проходит. Сейсмические волны, которые возникают при землетрясениях и приводят твёрдую породу к деформации сжатия или растяжения, называются продольными. Их обозначают буквой P. Они также называются первичными потому, что во время толчков сейсмические станции их регистрируют первыми. Продольные характеризуются большой скоростью и имеют тенденцию к увеличению по мере углубления к центру планеты. Так в верхней части Земли они продвигаются со скоростью примерно 4-5 км/ч, а в центральной части её скорость равна 11 км/ч. Характер их движения схож со звуковыми волнами. Они без труда проходят как через любые твёрдые породы, так и через жидкости. Схожесть волн со звуковыми заключается ещё в том, что при выходе ближе к поверхности их могут услышать животные или люди. Их разрушительная сила невелика. От неё лопаются стёкла в окнах и слышен грохот. Когда твёрдое тело при деформации сдвигается, возникают поперечные волны (S). Поперечные имеют скорость в 1,7 раза меньше, чем у продольных. Они не могут проходить через жидкости, такие как магма или воды океана. Поперечные, смещающие поверхность грунта, в зависимости от их скорости и амплитуды, могут привести к большим разрушениям. P и S волны считаются объёмными. Кроме них есть ещё поверхностные сейсмоволны, которые распространяются вдоль земной поверхности, не проникая на глубину более 160 км. Их обозначают, как L-волны или длинные. Длинные волны сильнее, чем объёмные влияют на характер разрушений. Но их сила ослабевает в зависимости от нахождения очага землетрясения: чем он дальше, тем они слабее. Длинные волны распространяются со скоростью 3,2-4,4 км/с и приходят позже объёмных. Их также различают два вида: Рэлея и Лява сейсмические волны. Воздействие последних происходит горизонтально, приводя к разрушениям зданий. Волны Рэлея движутся по эллипсу. P и S волны могут быть отражёнными и преломлёнными. Так как планета состоит из слоёв, отличающихся по составу и твёрдости, то это влияет на характер движения P и S волн. Они возвращаются обратно к поверхности, если встречают на своём пути изменения упругости и плотности. При постепенной смене этих характеристик возникает преломление волны (как луча солнца в воде), а при резке – отражение (как источника света от зеркала). Сила землетрясений: магнитуда, энергетический класс, интенсивность. Интенсивностьземлетрясения измеряется в баллах с помощью специальных шкал. Интенсивность -это степень ущерба от землетрясения в конкретном месте. Первые сравнительные шкалы бальности были предложены итальянским ученым де Росси и швейцарцем Форрелем в 1880 г. (шкала Росси - Форелля). Итальянский вулканолог Меркалли создал новую 12 бальную шкалу, которая позднее была модифицирована и получила название ММ (модифицированная шкала Меркалли). Она используется до сих пор. В Японии разработана 7 бальная шкала для определения интенсивности землетрясений в условиях Японского архипелага. В 1964 г. сейсмографами Медведевым С.В. - СССР, Шпонхойером В.- ФРГ и Карником В.- ЧССР была создана 12 бальная шкала МSК - 64. Интенсивность землетрясений по 12-ти бальной шкале. I балл - неощутимое землетрясение. Обнаруживается и регистрируемся только сейсмографами II балла - едва ощутимое землетрясение, Колебания ощущаются только отдельными людьми, находящимися внутри помещений, особенно на верхних этажах. III балла - землетрясение. ощущается многими (около 50 %) людьми, находящимися. внутри помещений. Висячие предметы слегка раскачиваютс 1Убалла - заметное сотрясение, ощущается многими людьми. Дребезжание окон, дверей, посуды, Скрип полов и стен. Мебель дрожит. Висячие предметы слегка раскачиваются. Жидкость в открытых сосудах слегка, колеблется, V баллов - ощущается всеми людьми внутри помещений, под открытым небом - многими. Спящие просыпаются. Животные беспокоятся. Сотрясение зданий в целом. Висячие предметы сильно раскачиваются. Картины сдвигаются с места. Незапертые двери и окна распахиваются и снова захлопываются. Из наполненных открытых сосудов в небольшом количестве выплескивается жидкость, VI баллов - многие люди пугаются и выбегают из зданий. В некоторых случаях разбивается посуда и другие стеклянные изделия, падают книги. Возможно движение мебели. В штукатурке зданий образуются тонкие трещины, VII баллов - повреждение зданий. Во многих каркасных, железобетонных зданиях - легкие повреждения. Во многих кирпичных домах и в зданиях крупноблочного типа наблюдаются небольшие трещины в стенах. Могут быть отдельные случаи оползней на песчаных берегах, VIII баллов - сильные повреждения зданий. Испуг и паника. Сдвигается и иногда опрокидывается тяжелая мебель. Часть висячих ламп повреждается. Образуются небольшие оползни, трещины в грунтах шириной до несколько сантиметров. IX баллов - всеобщее повреждение зданий. Всеобщая паника. Животные мечутся. Памятники и колонны опрокидываются. Разрывы частей трубопровода, в отдельных случаях искривление железнодорожных рельсов. Трещины в грунтах достигают 10 см. Частые оползни. X баллов - всеобщее разрушение зданий. Кирпичные дома и здания крупноблочного типа полностью разрушаются. Опасные повреждения плотин, дамб, мостов Разрывы и искривления подземных трубопроводов, оползни, возникновение новых озер. XI баллов - катастрофа. Разрушаются все здания, мосты, шоссейные дороги Значительная деформация почвы. многочисленные горные обвалы. ХII баллов - изменение рельефа. Сильное повреждение или разрушение практически всех наземных и подземных сооружений. Радикальные изменения земной поверхности. Энергия землетрясений измеряется магнитудой Рихтера - это десятичный логарифм от выраженной в микронах максимальной записи толчка, сделанной сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра. В настоящее время существуют разные модификации шкал магнитуд, в зависимости от того какие волны принимаются в расчет (продольные, поперечные, поверхностные) и какой аппаратурой они зарегистрированы. В странах СНГ используется шкала магнитуд, основанная на поверхностных волнах. Согласно этой шкале сильнейшее зарегистрированное землетрясение имели магнитуду 8,9. Поскольку шкала магнитуд логарифмическая, увеличение магнитуды на единицу означает десятикратное увеличение амплитуды сейсмической волны. Сведения об интенсивности землетрясения, полученные из различных населенных пунктов наносят на карту и, соединяя точки с одинаковой интенсивностью получают линии изосейст Карта изосейст используется для апределения эпицентра землетрясения, размеров очага и его глубины, а также закономерностей затухания интенсивности сотрясений при удалении от эпицентра. Реальные изосейсты чаще всего напоминают элипс. Это происходит из за того, что затухание поперек геологических структур происходит быстрее чем вдоль. Первая изосейста оконтуревает эпицентри по ней определяют размерыочага. Гомосейсты– линии, соединяющие места, где одновременно сказались толчки. Эпицентр- проекция гипоцентра на поверхность Земли. Гипоцентр- центр очага. Очаг- область, где зародилось и произошло землетрясение. Эпицентр – проекция гипоцентра на поверхность земли. Глубина очага– расстояние от поверхности земли до гипоцентра Классификация землетрясений: неглубокие, с глубиной от 0 до 70 км.; промежуточные, с глубиной от 70 до 300 км. глубокие – более 300 км. Максимальная глубина очага – 700 км Форшоки– сотрясение земли перед главным толчком Афтершоки– сотрясение земли после главного толчка. Плейстосейстовая область– площадь, где землетрясение оказалось наиболее разрушительным.. Общая схема очаговой зоны. Гипоцентр и эпицентр землетрясения. Распределение интенсивности землетрясений по поверхности земли (изосейсты). Место, в котором непосредственно происходит землетрясение (столкновение плит) называется его очагом или гипоцентром. Область поверхности земли, на которой происходит землетрясение, называют эпицентром. Именно здесь происходят самые сильные разрушения. При сопоставлении карт изосейст сильных землетрясений с геологическими структурами Монголо-Байкальской сейсмической зоны как древними, так и неотектоническими отчетливо выявляется, что изосейсты вытянуты вкрест простирания структур или располагаются диагонально к структурным линиям, иногда лишь только во второстепенных ответвлениях, как будто согласуясь с последними Такое несоответствие между направлением максимального распростра нения землетрясений и ориентировкой складчатых структур показывает, что общая конфигурация изосейст зависит прежде всего не от складчатых сооружений, доступных нашему наблюдению, а от иных причин слоистые и сланцеватые толщи в подавляющем большинстве случае образуют маломощный верхний этаж земной коры и не их строение должно определять общую конфигурацию изосейст, а строение структур того яруса, в котором зарождается землетрясение, т. е. обстановка, определяющая механизм очага. При совпадении направления структур верхнего и глубинного дислакационного яруса потрясения могут распространяться сильнее вдоль орогенных тектонических зон. Если же на глубине идет перестройка структурного плана, то направление орогенных структур и направление максимального распространения сейсмических волн могут не совпадать. Последний случай, по-видимому, имеет место в Монголо-Байкальской сейсмической зоне, и особенно отчетливо он проявляется в южной части зоны. Эти же глубинные структуры являются, в сущности, сейсмогенными, чем и объясняется, грубо говоря, ортогональное расположение наиболее сейсмоактивных зон по отношению к тектоническим линия приповерхностной части земной коры. На площади, охваченной сильным землетрясением, интенсивность потрясений распределяется весьма неравномерно, что в ряде случаев может быть связано с местными геологическими причинами. Для Монголо--Байкальской сейсмической зоны могут быть отмечены следующие случаи. Измерение и регистрация сейсмических колебаний. Регистрация землетрясений проводится на сейсмических станциях с помощью специальных приборов - сейсмографов, записывающих даже малейшие колебания грунта. Запись колебаний называют сейсмограммой. Сейсмограммы должны регистрировать колебания грунта в двух взаимоперпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости и колебания в вертикальной плоскости, для чего в состав сейсмографов включены три записывающих устройства (сейсмометра). Отечественные и зарубежные шкалы сейсмической интенсивности. Типы и классы зданий. Шкалы сейсмической интенсивности классифицируют интенсивность или серьезность сотрясения грунта в данном месте, например, в результате землетрясения. Они отличаются от шкал сейсмической магнитуды, которые измеряют магнитуду или общую силу землетрясения, которое может вызвать, а может и не вызвать ощутимое сотрясение. Шкалы интенсивности основаны на наблюдаемых эффектах сотрясения, таких как степень, до которой люди или животные были встревожены, а также степень и серьезность повреждения различных видов сооружений или природных объектов. Наблюдаемая максимальная интенсивность и протяженность области, где ощущалось сотрясение (см. изосейсмическую карту ниже), могут быть использованы для оценки местоположения и магнитуды очага землетрясения; это особенно полезно для исторических землетрясений, где нет инструментальных записей. Классификацию, т. е систематизацию зданий осуществляют по следующим признакам : По назначению: гражданские; промышленные; По конструкции стен: мелкоэлементные (из кирпича, керамического камня, мелких блоков); крупноэлементные ( из крупных блоков, панелей, объемных блоков); по степени долговечности ( т.е. способности конструктивных элементов сохранять требуемые эксплуатационные качества) делятся на : первая – со сроком службы до 150 лет; вторая - от 50 – 100 лет; третья - от 20 – 30 лет ; четвертая - до 20 лет (временные здания); по степени огнестойкости: (т.е. по способности конструкций сохранять при воздействии огня функции ограждающих и несущих элементов) I – 3 ч (предел огнестойкости ); II – 2,5 ч; III – 2,0 ч; IV – с деревянными оштукатуренными поверхностями; V – с деревянными неоштукатуренными поверхностями; По благоустройству и инженерному оборудованию I – повышенное; II – среднее; III – пониженное; IV – минимальное; По классам т.е. по совокупности требований касающихся степени долговечности, огнестойкости и других эксплуатационных качеств. Класс здания устанавливает проектная организация, разработавшая рабочие чертежи. Класс здания по капитальности – это совокупность свойств, присущих зданию в целом, его народнохозяйственное и градостроительное значение, а также комплекс важнейших требований к зданию и его элементам. Класс здания – это уровень этих требований. Установлены 4 класса зданий по капитальности: I класс- Крупные общественные здания(музеи, театры); правительственные учреждения, жилые дома высотой более 9 этажей; крупные электростанции; II класс - Общественные здания массового строительства – школы, больницы, детские учреждения, административные здания, предприятия торговли и питания; жилые дома высотой 6 9 этажей, крупные производственные здания; III класс - Жилые дома не более 5 этажей, общественные здания небольшой вместимости; IV класс - Малоэтажные жилые дома; временные общественные здания; производственные здания , рассчитанные на эксплуатацию в течение короткого времени. |