_edit1.jpg/1280px-Los_Angeles_City_Hall_(color)_edit1.jpg)
Сейсмическая изоляция основания , также известная как изоляция основания , [3] или система изоляции основания , [4] является одним из самых популярных средств защиты конструкции от сейсмических сил. [5] Это совокупность структурных элементов, которые должны существенно отделять надстройку от ее подконструкции , которая, в свою очередь, опирается на трясущуюся землю, тем самым защищая целостность строительной или нестроительной конструкции . [6]
Изоляция основания является одним из самых мощных инструментов сейсмостойкой техники , относящейся к технологиям пассивного контроля вибрации конструкций . Изоляция может быть достигнута с помощью различных технологий, таких как резиновые подшипники, подшипники скольжения, шарикоподшипники, пружинные системы и другие средства. Он предназначен для того, чтобы здание или нестроительная конструкция могли пережить потенциально разрушительное сейсмическое воздействие посредством правильного первоначального проектирования или последующих модификаций. В некоторых случаях применение изоляции основания может значительно повысить как сейсмические характеристики конструкции, так и ее сейсмическую устойчивость . Вопреки распространенному мнению, изоляция основания не делает здание сейсмоустойчивым.
Базовая система изоляции состоит из изолирующих блоков с изоляционными компонентами или без них , где:
Изоляционные блоки могут состоять из сдвиговых или скользящих блоков. [7] [ ненадежный источник? ] [8] [ ненадежный источник? ]
Эту технологию можно использовать как для проектирования новых конструкций [9] , так и для сейсмической модернизации . В процессе сейсмической модернизации некоторые из наиболее известных памятников США, например, мэрия Пасадены , мэрия Сан-Франциско , Солт-Лейк-Сити и здание округа или мэрия Лос-Анджелеса, были установлены на базовых изоляционных системах . Это потребовало создания диафрагм жесткости и рвов вокруг зданий, а также принятия мер против опрокидывания и эффекта P-Delta .
Базовая изоляция также используется в меньших масштабах — иногда вплоть до одной комнаты в здании. Изолированные системы фальшпола используются для защиты основного оборудования от землетрясений. Эта техника была использована для защиты статуй и других произведений искусства — см., например, « Врата ада » Родена в Национальном музее западного искусства в токийском парке Уэно . [10]
Базовые изоляционные блоки состоят из подшипников линейного перемещения , которые позволяют зданию двигаться, масляных демпферов, которые поглощают силы, возникающие при движении здания, и ламинированных резиновых подшипников, которые позволяют зданию вернуться в исходное положение после окончания землетрясения. . [11]
Подшипники с изолятором основания были впервые изобретены в Новой Зеландии доктором Биллом Робинсоном в 1970-х годах. [12] Подшипник, состоящий из слоев резины и стали со свинцовым сердечником, был изобретен доктором Робинсоном в 1974 году. [13] Самое раннее использование систем изоляции основания датируется 550 годом до нашей эры при строительстве Гробница Кира Великого в Пасаргадах , Иран. [14] Более 90% территории Ирана, включая этот исторический объект, расположено в Альпийско-Гималайском поясе, который является одной из самых активных сейсмических зон Земли. Историки обнаружили, что это сооружение, состоящее преимущественно из известняка, было спроектировано так, чтобы иметь два фундамента. Первый и нижний фундамент, сложенный из камней, скрепленных известковой штукатуркой и песчаным раствором, известный как Саройский раствор, был рассчитан на перемещение в случае землетрясения. Верхний фундаментный слой, представлявший собой большую плиту, никак не связанную с основанием сооружения, был сложен из полированных камней. Причина, по которой этот второй фундамент не был привязан к основанию, заключалась в том, что в случае землетрясения этот пластинчатый слой мог свободно скользить по первому фундаменту конструкции. Как историки обнаружили тысячи лет спустя, эта система работала именно так, как предсказывали ее создатели, и в результате гробница Кира Великого стоит до сих пор. Развитие идеи изоляции баз можно разделить на две эпохи. В древности изоляция выполнялась путем возведения многослойных тесаных камней (или путем укладки под фундамент песка или гравия), а в новейшей истории помимо слоев гравия или песка в качестве изоляционного слоя используются деревянные бревна между землей и фундаментом. . [15]
Через Сеть Джорджа Э. Брауна-младшего по инженерному моделированию землетрясений ( NEES ) исследователи изучают характеристики базовых систем изоляции. [16] Проект, результат сотрудничества исследователей из Университета Невады, Рино ; Калифорнийский университет в Беркли ; Университет Висконсина, Грин Бэй ; а Университет Буффало проводит стратегическую оценку экономических, технических и процедурных препятствий на пути широкого внедрения сейсмоизоляции в Соединенных Штатах. Ресурсы NEES использовались для экспериментального и численного моделирования, интеллектуального анализа данных, создания сетей и сотрудничества, чтобы понять сложную взаимосвязь между факторами, контролирующими общую производительность изолированной структурной системы. Этот проект включает в себя сейсмический стол и гибридные испытания на экспериментальных объектах NEES в Калифорнийском университете в Беркли и Университете в Буффало, направленные на понимание предельных пределов производительности для изучения распространения локальных отказов изоляции (например, удары об упоры, подшипники сбои, подъемы) до реакции системного уровня. Эти испытания будут включать полномасштабные трехмерные испытания изолированного 5-этажного стального здания на вибростенде E-Defense в Мики, Хёго, Япония. [17] Исследования сейсмической изоляции в середине и конце 1970-х годов в значительной степени основывались на наблюдении, что большинство записей сильных движений, зарегистрированных до того времени, имели очень низкие значения спектрального ускорения (2 секунды) в долгопериодическом диапазоне. Записи, полученные на дне озера во время землетрясения в Мехико в 1985 году , вызвали обеспокоенность по поводу возможности резонанса, но такие примеры считались исключительными и предсказуемыми. Одним из первых примеров стратегии проектирования на случай землетрясения является пример, предложенный доктором Дж. А. Калантарьенсом в 1909 году. Было предложено построить здание на слое мелкого песка, слюды или талька, который позволил бы зданию скользить в землетрясения, тем самым уменьшая силы, передаваемые на здание. Подробный обзор литературы по полуактивным системам управления Michael D. Symans et al. (1999) дает ссылки как на теоретические, так и на экспериментальные исследования, но концентрируется на описании результатов экспериментальной работы. В частности, обзор посвящен описаниям динамического поведения и отличительных особенностей различных систем, которые были экспериментально проверены как на уровне компонентов, так и в рамках мелкомасштабных структурных моделей.
Адаптивная базовая система изоляции включает в себя настраиваемый изолятор, который может регулировать свои свойства в зависимости от входного сигнала, чтобы минимизировать передаваемую вибрацию. В качестве адаптивных базовых изоляторов предложены магнитореологические жидкостные демпферы [18] и изоляторы с магнитореологическим эластомером [19] .
