_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 набор структурных элементов, которые должны существенно отделить надстройку от ее подструктуры , которая, в свою очередь, опирается на трясущуюся землю, тем самым защищая целостность здания или не здания . [6]
Изоляция основания является одним из самых мощных инструментов сейсмостойкого строительства, относящимся к технологиям пассивного контроля вибрации конструкций . Изоляция может быть получена с помощью различных технологий, таких как резиновые подшипники, подшипники скольжения, шарикоподшипники, пружинные системы и другие средства. Она предназначена для того, чтобы здание или не являющаяся зданием конструкция могли выдержать потенциально разрушительное сейсмическое воздействие посредством надлежащего 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 сейсмостойким.
Базовая система изоляции состоит из изоляционных блоков с изоляционными компонентами или без них , где:
Изоляционные блоки могут состоять из сдвигающих или скользящих блоков. [7] [ ненадежный источник? ] [8] [ ненадежный источник? ]
Эта технология может использоваться как для нового структурного проектирования [9] , так и для сейсмической модернизации . В процессе сейсмической модернизации некоторые из самых известных памятников США, например, здание мэрии Пасадены , здание мэрии Сан-Франциско , здание округа Солт-Лейк- Сити или здание мэрии Лос-Анджелеса, были установлены на системах изоляции основания . 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 важного оборудования от землетрясений. Эта техника была внедрена для защиты статуй и других произведений искусства — см., например, « Врата ада» Родена в Национальном музее западного искусства в парке Уэно в Токио . [10]
Базовые изоляционные блоки состоят из линейных подшипников , которые позволяют зданию двигаться, масляных амортизаторов, которые поглощают силы, возникающие при движении здания, и ламинированных резиновых подшипников, которые позволяют зданию вернуться в исходное положение после окончания землетрясения. [11]
Базовые изолирующие опоры 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] Самые ранние применения систем базовой изоляции датируются 550 годом до нашей эры при строительстве гробницы Кира Великого в Пасаргадах , Иран. [14] Более 90% территории Ирана, включая это историческое место, расположено в Альпийско-Гималайском поясе, который является одной из самых активных сейсмических зон Земли. Историки обнаружили, что эта структура, в основном состоящая из известняка, была спроектирована так, чтобы иметь два фундамента. Первый и нижний фундамент, состоящий из камней, которые были связаны вместе известковой штукатуркой и песчаным раствором, известным как раствор Сародж, был спроектирован так, чтобы двигаться в случае землетрясения. Верхний слой фундамента, который образовывал большую плиту, никак не прикрепленную к основанию сооружения, состоял из полированных камней. Причина, по которой этот второй фундамент не был прикреплен к основанию, заключалась в том, что в случае землетрясения этот слой, похожий на плиту, мог свободно скользить по первому фундаменту сооружения. Как обнаружили историки тысячи лет спустя, эта система работала именно так, как предсказывали ее проектировщики, и в результате гробница Кира Великого стоит до сих пор. Развитие идеи изоляции фундамента можно разделить на две эпохи. В древние времена изоляция осуществлялась путем строительства многослойных обтесанных камней (или путем укладки песка или гравия под фундамент), в то время как в недавней истории, помимо слоев гравия или песка в качестве изоляционного интерфейса, используются деревянные бревна между землей и фундаментом. [15]
С помощью сети George E. Brown, Jr. Network for Earthquake Engineering Simulation ( NEES ) исследователи изучают производительность систем изоляции фундаментов. [16] Проект, являющийся совместной работой исследователей из Университета Невады в Рино ; Калифорнийского университета в Беркли ; Висконсинского университета в Грин-Бей ; и Университета в Буффало , проводит стратегическую оценку экономических, технических и процедурных барьеров для широкого внедрения сейсмической изоляции в Соединенных Штатах. Ресурсы NEES использовались для экспериментального и численного моделирования, интеллектуального анализа данных, сетевого взаимодействия и совместной работы, чтобы понять сложную взаимосвязь между факторами, контролирующими общую производительность изолированной структурной системы. Этот проект включает в себя испытания на виброустойчивость и гибридные испытания на экспериментальных объектах NEES в Калифорнийском университете в Беркли и Университете в Буффало, направленные на понимание предельных значений производительности для изучения распространения локальных отказов изоляции (например, ударов об упоры, отказов подшипников, подъема) до реакции на уровне системы. Эти испытания будут включать полномасштабное трехмерное испытание 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 сек) в длиннопериодном диапазоне. Записи, полученные с участков дна озера во время землетрясения в Мехико в 1985 году, вызвали опасения относительно возможности резонанса, но такие примеры считались исключительными и предсказуемыми. Одним из ранних примеров стратегии проектирования землетрясений является тот, который привел доктор JA Calantariens в 1909 году. Было предложено, что здание может быть построено на слое мелкого песка, слюды или талька, который позволит зданию скользить при землетрясении, тем самым уменьшая силы, передаваемые зданию. Подробный обзор литературы по полуактивным системам управления Майкл Д. Симанс и др. (1999) дает ссылки как на теоретические, так и на экспериментальные исследования, но концентрируется на описании результатов экспериментальной работы. В частности, обзор фокусируется на описаниях динамического поведения и отличительных черт различных систем, которые были экспериментально проверены как на уровне компонентов, так и в рамках мелкомасштабных структурных моделей.
Адаптивная система изоляции основания включает в себя настраиваемый изолятор, который может регулировать свои свойства на основе входных данных для минимизации передаваемой вибрации. Магнитореологические жидкостные демпферы [18] и изоляторы с магнитореологическим эластомером [19] были предложены в качестве адаптивных изоляторов основания.
