РОССИЙСКИЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОСТОВ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ. КАРТЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ

RUSSIAN AND FOREIGN STANDARDS OF SEISMIC DESIGN OF BRIDGES. SEISMIC ZONING MAPS

Ilnaz Shaykhutdinova

undergraduate student of Department of roads, bridges and tunnels, Kazan state university of architecture and building constructions,

Russia, Kazan

Igor Maystrenko

scientific director, assistant professor, candidate of technical sciences, Department of roads, bridges and tunnels, Kazan state university of architecture and building constructions,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье производится сравнение карт сейсмического районирования строительных норм России и зарубежных стран.

ABSTRACT

The article compares the maps of the norms of Russia and foreign countries.

Ключевые слова: Карты сейсмического районирования; Нормативные документы; Землетрясения.

Keywords: Seismic zoning maps; regulatory documents; Earthquakes.

Введение

Землетрясения происходят испокон веков и по сей день. Помимо многочисленных жертв, такие природные катаклизмы разрушают инфраструктуру и наносят колоссальный экономический ущерб странам и сейсмически-активным регионам. В последнее время частота природных катастроф значительно выросла, причиной тому могли стать глобальное потепление, хозяйственная деятельность человека.

Такая наука как сейсмология изучает распространение сейсмических волн для применения их в прогнозировании землетрясения, однако до сих пор невозможно полностью предсказать частоту, интенсивность и место расположения эпицентра землетрясения.

При землетрясениях здания и сооружения могут подвергаться сверхбольшим перемещениям и вибрациям. Не учет сейсмических нагрузок при проектировании или неправильно подобранные сейсмоизоляторы влекут за собой многочисленные повреждения и разрушения мостов во время сильных землетрясений.

В России и около 30 странах мира существуют свои нормативные документы, которые регламентирует правила проектирования и строительства сооружений в сейсмоопасных районах. На основании их определяется интенсивность землетрясения, производятся расчеты, подбираются при необходимости защитные устройства. Частью расчета нагрузки от землетрясений рассматриваются карты сейсмического районирования [1].

Сейсмическое районирование

Вопросы сейсмики изучается уже более ста лет. К началу 20го века развитые страны начали пытаться определить риски землетрясений в разных районах. Так первые карты сейсмического районирования (деления территория на районы, отличающиеся интенсивностью ожидаемых землетрясений) были созданы в СССР в 1937г Горшковым Г.П., и Медведевым С.В., Ризниченко Ю.В., Кейлис-Борок и другими впервые разработаны методы вероятностных оценок сейсмических воздействий. Карты обновлялись каждые 10 лет, так как происходили новые землетрясения в тех районах, которые не были указаны как сейсмически опасными [2].

В 1997 году были созданы новые карты, отличающиеся различной степенью вероятности возможного превышения сейсмической интенсивности и учитывающий степень ответственности сооружений.  Карта ОСР-97-0 с повторяемостью 1 раз в 100 лет, ОСР-97-А – в 500 лет, ОСР-97-В – в 1000 лет, ОСР-97-С – в 5000 лет, ОСР-97-D – в 10000 лет. Далее из-за высокого риска карта повторяемостью в 100 лет была исключена, а карта D перешла в нормы Минатома.

Позже были карты ОСР-2015, ОСР-2016. Однако 29.01.2021 года Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ были отменены карты ОСР-2016 [3] и рассмотрены предложения о возврате карт ОСР-2015 и создания карт нового поколения.

Рисунок 1. Карты сейсмического районирования ОСР-2015-А, В, С с вероятностями возможного превышения интенсивности землетрясения в течении 50 лет -10%, 5%, 1%

Применение карт сейсмического районирования ОСР используются как исходные данные для инженерных изысканий и проектирования [4].

Рассмотрим также нормы зарубежных стран.

В Европе используют стандарты Eurocode 8 (EN 1998) «Проектирование сейсмоустойчивых конструкций», которые должны быть адаптированы к местным условиям каждой страны.

Например, В Греции строительные нормы и правила сейсмической защиты «ЕАК-2000» были пересмотрены в 2003 году с учетом дополнений, включающие карты сейсмической опасности. Сейсмическое районирование основано на значениях ускорения грунта с вероятностью 10% превышения через 50 лет, то есть со средней повторяемостью 475 лет. Были введены три сейсмической зоны (I, II, III) и пять типов грунтов. Пиковое ускорение для почвы типа А (жесткий грунт, скала) [5].

Таблица 1.

Пиковое ускорение грунта типа А для разных зон.

Рисунок 2. Карта сейсмического зонирования Греции

Рисунок 3. Европейско-средиземноморская карта сейсмической опасности ESC-SESAME для пика ускорение грунта с вероятностью превышения 10% за 50 лет для жестких грунтовых условий

В Японии, из-за ее расположения на вершине нескольких тектонических плит, происходят около 1000 подземных толчков в год. Следовательно, землетрясения и цунами тут совсем не новое явление. В результате серьезных повреждений сейсмические правила (Building Code of Japan (BCJ)) пересматривались и изменялись несколько раз. Был найден коэффициент Z, который учитывает степень ущерба от сейсмических явлений, основанный на записях прошлых землетрясений. Значения коэффициента находятся в диапазоне от 0,7 до 1, он напрямую влияет на сдвиговое усилие. (рисунок 4) [6].

Рисунок 4. Карта сейсмического зонирования Японии

В Китае используется районирование территорий по ускорениям грунта и периодам сейсмических откликов [7].

Рисунок 5. Карта сейсмического районирования пикового ускорения грунта (PGA) Китая (RP = 475 лет; PE = 10% / 50 лет) (GB 18306-2001-A1).

В США обновление Национальной модели сейсмической опасности за 2018 год определяет потенциал землетрясения для различных уровней вероятности на территории Соединенных Штатов и применяется в сейсмических положениях строительных норм и правил (building codes) и других государственных правилах. Обновленная модель представляет собой оценку наилучших имеющихся научных данных об опасностях землетрясений и включает новые данные о сотрясении грунта, сейсмичности и долгопериодическом усилении над глубокими осадочными бассейнами. Предыдущие версии были разработаны в 1996, 2002, 2008 и 2014 годах.

Приведенная ниже карта (рисунок 6) представляет собой карту сейсмической опасности континентальной части США, подготовленную Геологической службой США (USGS). Цвета обозначают уровень горизонтального сотрясения, который, согласно расчетам, имеет вероятность превышения 1 раз в 50 лет. Все цвета - это проценты от ускорения свободного падения g= 9,8 м/с2.

Карта основана на самых последних моделях землетрясений по USGS в США (2018 г.), Гавайях (1998 г.) и Аляски (2007 г.). Данные модели были основаны на сейсмичности и скоростях сдвигов, а также учитывают частоту землетрясений различной магнитуды. 

Рисунок 6. Карта опасности сейсмических сотрясений США

Влияние деятельности человека на землетрясения

Однако существует еще опасность, вызванная индуцированной сейсмичностью - землетрясения, связанные с деятельностью человека, например, повторный сброс сточных вод в нагнетательные скважины.

Данный вопрос приобретает большую актуальность. По словам Эмили Бродски, сейсмолога из Калифорнийского университета в Санта-Круз, невероятно поразительный рост сейсмичности в восточной и центральной частях США за последнее время, что меняет историю и последствия опасности. «Мы имеем дело с местами, которые исторически не особо задумывались о землетрясениях».

Также остается открытым вопрос о тем, действительно ли землетрясения, вызванные деятельностью человека, будут такими же разрушительными, как и естественные, и как разрывы на самом деле будут соединяться и взаимодействовать друг с другом, создавая гораздо более масштабное и катастрофическое событие, чем могло бы произойти в результате отдельного разрыва. По словам Бродски, моделирование разрыва связи не только применимо к сложной сети разломов Калифорнии - оно также может иметь последствия для оценки опасности от индуцированных землетрясений [8].

На данный момент карты сейсмического районирования США и других стран не включают в себя данный вид опасности. Геологическая служба США (USGS) уже начала исследовать данный вопрос, который будет рассматриваться отдельно от других землетрясений, для которого требуется «другое логическое дерево».

Заключение

Несмотря на различные научные достижения до сих пор точно предсказать землетрясения невозможно. Поэтому важно соблюдать строгие строительные нормы и правила для строительства в зонах повышенного риска.

Анализируя зарубежные карты сейсмического районирования с отечественными можно заметить существенные отличия. Изначально везде использовалась бальная система измерения интенсивности землетрясений. Однако, сейчас большинство развитых стран применяют механические параметры движений грунта (перемещения, скорости, ускорения, силы, моменты). В России же все еще районирование на картах происходит в бальной системе, исходные данные для построения которых служат оценки магнитуд в зонах возможных землетрясений.

При исследовании землетрясений получают различные функции, скорости и ускорения точек грунтовой среды. Так и при проектировании сооружения необходимы данные параметры.

Таким образом, можно сделать вывод, что переход на бальную систему является уже устаревшей, и целесообразнее карты сейсмического районирования строить в изолиниях ожидаемых пиковых значений ускорения и скоростей на основе исторических данных, чтобы избежать искажения результатов при переводе от ускорений к баллам, а от баллов обратно к ускорениям.

Список литературы:

1. Fun Fact Friday: Seismic Design [Электронный ресурс]: Encorus Group. – режим доступа: https://encorus.com/2018/12/21/seismic-design/
2. Общее сейсмическое районирование [Электронный ресурс]: ООО «ИГИС» - Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве». – режим доступа: http://igiis.ru/sejsmichnost/obshhee-sejsmicheskoe-rajonirovanie/
3. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП 11-7-81*. – М.: Стандартинформ, 2018
4. СП 268.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования. М.: Стандартинформ, 2017
5. Solomos G., Pinto А., Dimova S. A Review of the Seismic Hazard Zonation in National Building Codes in the Context of Eurocode 8 // Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2008 – 72 pp.
6. Rao K.S., Thaker T.P., Rathor Ganesh W. The Japan Earthquake, March 11th, 2011: Let us Learn Some Lessons // Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, 2011 https://www.researchgate.net/publication/339325228_2011_Japan_Earthquake
7. Тарасов В.А., Шаторная А.М., Барабаш А.В., Жувак О.В., Рыбаков В.А., Российские и зарубежные нормы сейсмического проектирования зданий и сооружений/ В.А. Тарасов // Alfabuild. – 2018. - №4(6) – с. 92-114. – 23.
8. New map fingers future hot spots for U.S. earthquakes [Электронный ресурс]: науч. журн. – 2014. – режим доступа: https://www.sciencemag.org