Расчетные сейсмические воздействия

 

5.13. В расчетах прочности подпорных гидротехнических сооружений по одномерной (консольной) и двухмерной схемам следует учитывать горизонтальные сейсмические воздействия (по направлениям вдоль и поперек оси сооружения); в расчетах по пространственной схеме целесообразно учитывать также наклонные сейсмические воздействия, имеющие те же направления в плане и угол наклона к горизонтальной плоскости 30°.

В расчетах устойчивости гидротехнических сооружений следует учитывать наиболее опасное горизонтальное или наклонное, направленное под углом 30° к горизонтальной плоскости, сейсмическое воздействие. При этом значение модуля вектора сейсмического ускорения основания принимается равным А.

5.14. В общем случае расчета гидротехнических сооружений проекцию S_ikj на направление j сейсмической нагрузки S_ik при i -той форме колебаний, воздействующей на элемент весом Q_k отнесенный к точке k сооружения, следует определять по формуле

(12)

а коэффициент h_ikj — по формуле

(13)

где u_ikj — проекции перемещений точек k no трем (j = l, 2, 3) взаимно ортогональным направлениям;

cos(u_ikj, ) — косинусы углов между направлениями вектора сейсмического воздействия, определяемыми согласно п. 5.13, и перемещений u_ikj;

Q_k — вес элемента сооружения, отнесенный к точке k, при этом необходимо учитывать присоединенную массу воды в соответствии с указаниями п. 5.16.

Значения коэффициентов, входящих в формулу (12), следует принимать равными:

K ₂ - для подпорных сооружений всех типов высотой до 60 м — 0,8, высотой свыше 100 м -1; в интервале между этими значениями высот — линейной интерполяцией; для остальных сооружений — 1;

К ₁ — 0,25;

K _y — для грунтовых сооружений при сейсмичности площадки строительства 7 и 8 баллов — 0,7; при сейсмичности площадки строительства 9 баллов — 0,65;

К _y — для бетонных и железобетонных подпорных сооружений при сейсмичности 7 и 8 баллов — 1, при сейсмичности 9 баллов — 0,8;

b _i — по формулам (3), (4).

Во всех случаях произведения K _y b_i, следует принимать не менее 0,8.

Для подпорных гидротехнических сооружений I класса расчетное сейсмическое воздействие, характеризуемое вектором ускорения А, увеличивается на 20%.

 

(Измененная редакция, Изм. № 5)

 

5.15. В расчетах гидротехнических сооружений по одномерной схеме при горизонтальном и наклонном направлениях сейсмического воздействия горизонтальную сейсмическую нагрузку следует определять по формулам (1) и (2), причем в случае наклонного сейсмического воздействия величину А при определении горизонтальной составляющей сейсмической нагрузки в формуле (2) следует умножать на 0,87, а при определении вертикальной составляющей — на 0,5 и принимать значение b_ih_ik = 1.

5.16. Вес погруженного в воду элемента Q_k сооружения следует определять без учета взвешивающего действия воды. Вес воды в порах и полостях этого элемента следует учитывать в качестве дополнительного веса. При учете инерционного влияния воды к величине Q_k следует прибавлять вес присоединенной массы воды, равный m _в g,

где т _в — присоединенная масса воды, определяемая в соответствии с указаниями пп. 5.26 — 5.27, а g — ускорение силы тяжести.

5.17. При расчетах гидротехнических тоннелей и других подземных сооружений следует учитывать раздельно сейсмическое давление, вызванное изменением напряженного состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн, а также сейсмические нагрузки от собственного веса Q_k сооружения, определяемые по формуле

S_k = AK₁ Q_k K_h (14)

и от веса Q_p соответствующего породного свода, определяемые по формуле

S _п = AK ₁ Q _п K_h (15)

где K_h , — коэффициент, зависящий от глубины h заложения сооружения. При глубине заложения до 100 м величина К_h , изменяется линейно от 1 до 0,5, а при глубине заложения больше 100 м величину К_h , следует принимать равной 0,5.

Сейсмическую нагрузку на скальные массивы, образующие береговые склоны, следует определять по формуле (15) при К_h = 1.

5.18. Сейсмические нагрузки на жесткие массивные сооружения типа оградительных портовых сооружений, бетонных водосливных плотин на нескальных основаниях следует определять как для твердого тела на упругом основании.

5.19. Расчет на сейсмические воздействия гидротехнических тоннелей следует производить в соответствии с указаниями п. 5.17 с учетом гидродинамического давления, определяемого в соответствии с п. 5.29.

5.20. Активное q_с и пассивное давление несвязного грунта на подпорные стены, плотины, подземные части других гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия следует определять по формулам:

(16)

где

 

 

При горизонтальном направлении сейсмического воздействия

;

при наклонном направлении сейсмического воздействия

,

r — плотность грунта;

Н — глубина рассматриваемой точки грани стены ниже поверхности грунта;

q — угол наклона грани стены к вертикали;

a — угол наклона поверхности грунта к горизонту;

j — угол внутреннего трения грунта;

d — угол трения грунта по стене;

e = artg AK ₁ - угол отклонения от вертикали равнодействующей плотности грунта r и сейсмической сипы r gAK₁;

g — ускорение силы тяжести.

В случае определения активного q _c и пассивного давления водонасыщенного грунта на подпорные стены в формулы следует вводить вес взвешенного грунта (r — r_в) g, сейсмическую силу (r_нас gАК₁) следует определять по плотности насыщенного грунта; при этом угол отклонения равнодействующей равен

где r_b — плотность воды.

Давление насыщающей грунт воды на стену следует определять так же, как а статическом расчете.

В случае расположения грунта под водой следует учитывать сейсмическое давление воды на его поверхность, равное сейсмическому давлению воды на стену на той же глубине. При углах a менее 10° допускается приближенно принимать (r ‑ r_в) gH+p вместо (r ‑ r_в) gH, где р — давление воды на поверхность грунта.

 

П р и м е ч а н и е. При определении активного давления р > 0, а при определении пассивного давления р < 0.

 

5.21. Для сооружений, расчет которых производится по одномерной (консольной) схеме, следует учитывать не менее трех форм собственных колебаний, а для сооружений, расчет которых производится по двухмерной схеме, следует учитывать не менее 10 форм колебаний для бетонных плотин и не менее 15 форм для плотин из грунтовых материалов.

5.22. Для определения сейсмических нагрузок при обосновании строительства гидротехнических сооружений I и II классов и при проектировании сооружений III и IV классов допускается учет только низшего тона колебаний и приближенной формы деформации сооружений, отвечающей этому тону.

Сейсмическую нагрузку на сооружения, расчет которых производится по одномерной (консольной) схеме, следует определять по формулам (1) и (2), при этом коэффициенты h_ik допускается вычислять по формуле (6).

5.23. В расчетах устойчивости сооружений инерционные нагрузки на сдвигаемую часть нескального основания следует определять при ускорениях перемещения основания, равных АК ₁.

5.24. Для гидротехнических сооружений из грунтовых материалов должна производиться проверка устойчивости откосов на сдвиг по круглоцилиндрическим, ломаным или другим поверхностям скольжения согласно нормам проектирования этих сооружений. При расчетах сейсмических нагрузок на сооружения по двухмерным и трехмерным схемам для проверки устойчивости откосов допускается использовать расчетные ускорения a_pkj в точках k сооружения, определяемые по формуле

(17)

5.25. В расчетах гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие при определении периодов собственных колебаний и сейсмических нагрузок следует учитывать инерционное влияние воды.

5.26. Горизонтальную присоединенную массу воды т _в для гидротехнических сооружений (кроме перечисленных в п. 5.27), приходящуюся на единицу площади их поверхности, следует определять по формуле

m _в = r_в hmy (18)

где r_в — плотность воды;

h — глубина воды у сооружения;

m — безразмерный коэффициент присоединенной массы воды, определяемый по табл. 11;

y — безразмерный коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый для l/h ³ 3 равным 1, а для l/h < 3 — по табл. 12;

l — расстояние между сооружением и противоположным ему берегом водоема (для шлюзов и аналогичных сооружений — между противоположными стенками конструкции) на глубине ²/₃ h от свободной поверхности воды.

 

П р и м е ч а н и я: 1. Для предварительного выбора характера колебаний сооружения по табл. 11 следует учитывать для бетонных и железобетонных плотин на нескальном основании колебания вращения и сдвига сооружения как жесткого тела, на скальном основании — деформации изгиба и сдвига, а для плотин из грунтовых материалов - деформации сдвига. В качестве расчетного следует принимать характер колебаний, приводящих к получению максимального значения присоединенной массы воды.

2. Если вода находится с двух сторон сооружения, ее присоединенную массу следует принимать равной сумме присоединенных масс воды, определяемых для каждой из сторон сооружения.

 

5.27. Для отдельно стоящих сооружений типа водозаборных башен, опор мостов и свай присоединенную массу воды, приходящуюся на единицу длины конструкции, следует определять по формуле

т _в = r_в d ² m (19)

где d — диаметр круглого или размер стороны квадратного поперечного сечения сооружения, м;

m — безразмерный коэффициент, определяемый по табл. 11.

 

П р и м е ч а н и е. Погонную присоединенную массу воды т _в при поперечных колебаниях свай допускается принимать равной массе воды, эквивалентной объему единицы длины сваи.

 

5.28. В расчетах прочности и устойчивости безнапорных сооружений допускается учитывать сейсмическое давление воды, определяемое по формулам:

а) для жестких массивных оградительных и причальных портовых гидротехнических сооружений:

(20)

б) для отдельно стоящих сооружений, перечисленных в п. 5.27:

(21)

где р — ординаты эпюры гидродинамического давления, отнесенного к единице площади поверхности сооружения;

р _о — то же, отнесенного к единице высоты отдельно стоящего сооружения;

Р — суммарное гидродинамическое давление на единицу длины сооружения;

P_о — то же, на отдельно стоящее сооружение;

h _о — глубина погружения точки приложения равнодействующей гидродинамического давления;

D, W, c — безразмерные коэффициенты, определяемые по табл. 11.

 

П р и м е ч а н и е. Если вода находится с двух сторон сооружения, гидродинамическое давление следует принимать равным сумме абсолютных значений гидродинамических давлений, определенных для каждой из сторон сооружения.

 

5.29. В напорных водоводах гидродинамическое давление Р _макс следует определять по формуле

(22)

где С _в — скорость звука в воде, равная 1300 м/с;

Т _о — преобладающий период сейсмических колебаний грунта, величина которого принимается равной 0,5 с.

5.30. При расчете гидротехнических сооружений на вертикальную составляющую сейсмического воздействия следует учитывать дополнительное сейсмическое давление воды Р _доп (ординаты давления) на наклонные грани сооружений, определяемое по формуле

(23)

где z — расстояние от рассматриваемого сечения до водной поверхности;

q — угол наклона напорной грани к вертикали.

5.31. Высоту гравитационной волны, м, возникающей в водохранилище в случае образования в нем сейсмотектонических деформаций при землетрясениях интенсивностью J = 6 — 9 баллов, учитываемую при назначении превышения гребня плотины над расчетным горизонтом воды, следует определять по формуле

D h = 0,4+0,76 (J — 6) (24)

5.32. При расчете гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия, направленного вдоль напорного фронта сооружения, влияние водной среды допускается не учитывать.