Спосіб гасіння коливань споруд, що викликані землетрусами та цунамі

1. Спосіб гасіння коливань споруд, що викликані землетрусами і цунамі, що включає операції з підготовки обладнання, налагодження, вібропоглинання, енергопоглинання, вимірювання магнетуди М власних і вимушених коливань, розбалансування, який відрізняється тим, що спочатку бурять шпари (свердловини), заглиблюють обсад Корисна модель відноситься до будівництва, а саме до захисту споруд від сейсмічних навантажень і може бути використаний при проектуванні сейсмостійких будинків. Відомий спосіб гасіння коливань споруд, викликаних імітаціями землетрусів, що включає створення ударних навантажень, трясінь, створення пружних коливань ґрунту, вимірювання деформацій і напружень, вимірювання магнітуди М, пропорційної логарифму енергії М. Гасіння коливань здійснюють за допомогою віброгасників, енергопоглиначів, екранів, лабіринтів - аналог [1]. Недоліком цього способу гасіння коливань споруд є відсутність можливості використання ефекту амортизації, розсіювання, диференціації потенційної енергії, відсутність можливості створення захисної ударної хвилі, імітації пульсуючих навантажень. Найбільш близьким є спосіб гасіння коливань споруд, що включає операції з підготовки обладнання, налагоджування, вібропоглинання, енергопоглинання, вимірювання власних і змушених коливань об'єкту, розбалансування частот, при цьому досягають стабілізації шляхом одночасного вимірювання жорсткості гасника і розміщеного ні труби, заповнюють їх вибуховою речовиною, потім у міру наближення цунамі приймають сигнал про небезпеку, здійснюють вибух із створенням додаткових ударних хвиль та пружних коливань ґрунту, їх накладання на коливання утворені цунамі, з одночасним зниженням сейсмічного навантаження. 2. Спосіб гасіння коливань за п. 1, який відрізняється тим, що небезпеку цунамі, що наближається, визначають за допомогою інфразвуку гідрофонами (геофонами). 3. Спосіб гасіння коливань за п. 1, який відрізняється тим, що запалювання детонатора і гніту здійснюють за допомогою лазерного променя, спрямованого з берега одночасно на всі детонатори. всередині нього поглинаючого матеріалу - прототип [2]. Пристрій для реалізації способу гасіння, що містить поглинаючі коливання матеріали, розміщені в середині на криволінійних ділянках траншей, концентратори хвиль виконані у вигляді шпар (свердловин), розміщених в центрі кривизни траншеї. Недоліком способу гасіння коливань є відсутність можливості використання ефекту вибуху, розбалансування сумісно накладених вільних та змушених коливань, неможливість створення ударної хвилі. В основу корисної моделі гасіння коливань споруд поставлено завдання шляхом переводу низькочастотних (найбільш небезпечних) з великою амплітудою у високочастотні коливання з малою амплітудою, що забезпечує диференціацію потенційної енергії, стабілізацію коливань пружного середовища (ґрунту) на проміжку від джерела випромінювання до фундаменту будівлі. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі гасіння коливань споруд, викликаних землетрусами і цунамі, що включає операції з підготовки обладнання, накладки, вібропоглинання, енергопоглинання, вимірювання магнетуди М, власних і со (О CM 9261 вимушених коливань, розбалансування частот, відповідно до корисної моделі, спочатку бурять шпари (свердловини), заглиблюють обсадні труби, заповнюють їх вибухівкою, потім по мірі наближення цунамі приймають сигнал про небезпеку, здійснюють вибух із створенням додаткових ударних хвиль та пружних коливань ґрунту, їх накладання на коливання, утворені цунамі, з одночасним зниженням сейсмічного навантаження. Небезпеку цунамі, що наближується, визначають за допомогою інфразвуку гідрофонами (геофонами). Запалення детонатору і гніту здійснюють за допомогою лазерного променя, спрямованого з берегу одночасно на всі детонатори (фіг. 1, 2). За рахунок перевищення швидкості розповсюдження ударних хвиль і утворення високочастотних коливань відбувається поглинання хвиль, викликаних цунамі. При цьому відбувається зменшення амплітуд коливань, що призводить до стабілізації (рівноваги) коливань, отже, до досягнення поставленого завдання (фіг. 3). Землетруси, вогнища котрих розташовані на глибині до 70 км, називають поверхневими. В земній корі відбувається згинання її пластів під впливом виникаючих при цьому напружень. В процесі вибуху пласта виникають пружні коливання. Своєрідним спусковим механізмом розривних напружень є приливні явища, пов'язані з гравітаційними полями Місяця І СОНЦЯ. В результатіпідводного вибуху на поверхні океану виникають гігантські хвилі (шари) цунамі, обрушуючись на берег причиняють великі руйнування. За останніми даними в Південно-східній Азії загинуло від грудневого 2004 року цунамі до 300 тис. осіб. В океані на глибинах 1-5 м швидкість цунамі сягає 350-800 км/годину. Довжина хвилі 200-300 м, висота біля берегів сягає 10-12 м. Відомо, що амплітуда коливань земної кори при землетрусі знаходиться у зворотній залежності від щільності ґрунту. Найбільш небезпечною для будівель є горизонтальна складова коливань ґрунту. Рівняння руху ізотропного пружного середовища (ґрунту при об'ємній деформації), при горизонтальних коливаннях споруди відносно вектору переміщень u має вигляд С? grad divu - С 2 rot rtu = u / d f де A /(A,-?iv)/p = Ci ; C 2 = -^/G/p (1) відповідно швидкості подовжніх і поперечних хвиль; X, - постійна Ламе, G - модуль зсуву; v - коефіцієнт Пуассона; р -щільність ґрунту; div - дивергенція векторного поля. У випадках плоскої деформації і гармонічних коливань з частотою f рівняння (1) приводиться до двох рівнянь з поворотом фундаменту відносно осі Z. 2/Ф(р)г ' т(х)І_05(РХ)сІР = и; [x]=b; jT(x)P°' 5 L Oi5 (PX)dP = (3) Де т(х)= Jx(x)e l P x dx (4) - перетворення Фур'є відносно дотичного напруження т (х); Р - параметр перетворення; u горизонтальне переміщення фундаменту; І.о,5 (РХ) -функція Бесселя І роду. Ф(Р) = (2Р2 - f | ) 2 - 4 P 2 ( P 2 -^ 2 )°' 5 (Р 2 - f f )°'5O 2 2 0 5 - функція Релея; а 2 = ( P - f ) ' ; f-, = f/C-,; f2=f/C2 Рівняння (2) виражає факт, що горизонтальні переміщення всіх точок фундаменту дорівнюють значенню и; рівняння (3) виражає відсутність дотичних напружень поза підошви фундаменту. Дотичні напруження під фундаментом (зсув В = 2в) визначаються з формули x1(x) = -2G(1-pl)u/(b 2 -x 2 ) 0 ' 5 ;p! = С 2 / С 1 (6) Спосіб, що пропонується, реалізується наступним чином. На фіг. 1 наведено просування хвилі 1 (шар з радіусом R = (1 +5), 5-товщина слою, утворена цунамі; на фіг. 2 - момент розчленування гігантської хвилі 1 за допомогою ударної хвилі 2 підземного вибуху; на фіг. З - зменшена частина хвилі 3; на фіг. 4 - фрагмент труби. До утворення підземного вибуху виконують роботи: з розрахунку і визначення відстані між трубами (до 70 м), з розрахунку 9-ти бальної ударної хвилі і глибини занурення труб (60-70 м), з буріння шпар (свердловин). Здійснюють опускання обсадних труб 4 (по аналогії опусканню нафтових труб) діаметром 2226 см. Кінці труб виступають над поверхнею води 5 на 3-3,3 м. Далі труби заповнюють вибуховою речовиною (тротилом) 6. На кришці труби встановлюють гідрофон 7 (або геофон), що приймає інфразвуковий сигнал (в межах частот 16-25Гц) "голос моря". Інфразвукові коливання утворюються від турбулентності атмосфери, завихрень морських сил. Розповсюдження звуку дає можливість вловити і попередити берег 8 від стихійного лиха цунамі. Лазерний промінь 9, запущений з берега потрапляє на детонатор 10, запалює гніт (шнур) 11, викликаючи загоряння тротилу 6 (фіг. 4). Одночасний вибух здійснюють в момент найбільшої величини гребня хвилі 1 [см. Коул Р. Подводные взрывы. - М., 1950]. Утворена ударна хвиля вибуху 2 пробиває пролом у хвилі 1, розчленовує її, перетворюючи в амортизатор-гасник інших гігантських хвиль, що утворені цунамі і насуваються. Використання способу, що пропонується, в порівнянні з базовими та іншими технічними рі._. шеннями різко (приблизно в 20 разів) дозволяє підвищити ефективність гасіння коливань основних фундаментів, тим самим збільшує надійність будівель, їх ДОВГОВІЧНІСТЬ, зберегти інфраструктуру ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ. Крім того спосіб дозволяє: (5) 9261 - знизити витрати до 50% на проведення експериментальних робіт з імітації впливу цунамі на будівлі; - запобігти людським втратам від землетрусів; - важливою перевагою способу є накопичення результатів ліквідації наслідків землетрусів і цунамі. У відкритому заливі вартість робіт (з обладнанням) із захисту середовища від повнів, утворених цунамі за допомогою вибухів на ділянці 100 м за попередніми розрахунками складає 1,1 млн. доларів США, а вартість втрат інфраструктури від руйнувань на ділянці 100 м може скласти 200 млн. доларів США. Джерела інформації: І.Бьіховский В.А. Сейсмическое действие взрывов на сооружения. -Стройвоенмориздат, 1998.-Сборник трудов № 12. 2. Тимофеев М.І., Ливинський О.М. Спосіб гасіння коливань споруд та пристрій для його реалізації. Патент України № 14880 А. Кл. Е 02 D 31/08, 27/34,27/44.-1997. Фіг. 1 И л1' Комп'ютерна верстка М Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601