Оценка величины сейсмического эффекта на окружающие здания и сооружения при демонтаже обрушением фрагментов угольной башни

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624. 131. 551. 3
Н. Ф. Чертоляс, В.А. Кравец
Сибирский государственный индустриальный университет
ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА ОКРУЖАЮЩИЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПРИ ДЕМОНТАЖЕ ОБРУШЕНИЕМ ФРАГМЕНТОВ
УГОЛЬНОЙ БАШНИ
При техническом перевооружении и реконструкции предприятий, исходя из актуальных нужд, возникает необходимость в сносе зданий и сооружений и в освобождении территории под застройку. В таком случае возможны различные варианты: взрыв, разрушение существующего сооружения, обрушение путем создания неустойчивого состояния и т. д. При этом всегда в таких случаях необходима оценка и прогноз состояния примыкающих зданий и сооружений к ликвидируемому, что особенно важно в условиях действующего предприятия.
В настоящей работе изложен опыт обрушения угольной башни и проведена оценка его влияния на сооружения существующего коксохимического производства.
Схема расположения зданий и сооружений, их взаимная привязка с инженерно-
геологическими скважинами территории приведена на рис. 1.
На рис. 2 представлен инженерно-
геологический разрез.
В таблице приведены количественные показатели физико-механических характеристик грунтов оснований.
В момент обрушения выполнены работы по подготовке к обрушению фрагмента башни массой 400 т с высотой падения 20 м. Падение осуществлено на основание, представляющее собой многослойную конструкцию, состоящую из фрагментов разрушенной коксовой батареи № 1. Наиболее уязвимыми с точки зрения сейсмических воздействий от падения фрагментов являются расположенные на расстоянии 20 м трассы газопроводов, в 40-м зоне — машинный зал цеха улавливания и в 100-м зоне — сульфатное отделение.
Амплитуда вертикальных колебаний при ударе фрагментов угольной башни по фундаментной части коксовой батареи определяется по формуле
Q -------------
г (1 + 1,67^)^'
где /- - импульс удара, определяемый из работы [1] по формуле Iz = m0v- здесь т0 — масса падающего элемента, т-с2/м- v = 0,9^2gh — скорость падающей башни, м/с- у = 9. 81 — ускорение свободного падения, м/с2- h = 20 м — высота падения- tg- относительное демпфирование (затухание) колебаний.
Параметр определяется по формуле
^=6.
Е0
CZP'
в которой Е0 — модуль деформации грунта под подошвой фундамента коксовой батареи- Р -среднее статическое давление под подошвой фундамента- Xz — часть собственных колебаний, с-'-, фундаментной части коксовой батареи, находится по формуле
К
К
Z
т
Z
где mz — масса фундаментной части коксовой батареи- К- = CZA — коэффициент жесткости основания фундамента коксовой батареи, т/м- А — площадь фундамента, м2- Cz — упругая характеристика сжатия, т/м3.
Значения Cz определяется из выражения

(
= Ь0Е0
1 +
V
Л
где Ь0= 1,2 для суглинков.
Итак, масса падающей части фундамента угольной башни составляет 400 т, тогда
400. _т-с ,
т0 =----= 40,8---- высота падения п0 = 20 м,
9,81 м
-34-
-35 —
4506
Рис. 1. Схема расположения зданий, сооружений и геологических скважин
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 4(10), 2014
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 4(10), 2014
3 on оо r-s
OJ
vD 1Л
V го
OJ
О& lt-7>-001^ч01Л*9-Г0Ги
OJ
о
O'-
Г4* OJ OJ ^ ко Гн
OJ
I
a
a
о OJ ^ о
vC -•
OJ
O) -r
CO v
Q
0j
z
о
X
к
X
h-
U
7i
3
I о S Y X H
? (Ll
ш z
Y H O О
-36-
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез по лг
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 4 (10), 2014
Количественные показатели физико-механических характеристик
грунтов оснований
Значение показателя для
Показатель насыпного грунта суглинка
крупнообло- суглини- полу- туго- мягкопла- текучепла-
мочного стого твердого пластичного стичного стичного
Естественная влажность — - 0,24 0,26 0,28 0,29
Число пластичности — - 14 13 12 11
Показатель консистенции — - ОД 0,34 0,60 0,86
Плотность грунта, г/см3 2,0 1,9 1,95 1,93 1,92 1,90
Плотность сухого грунта, г/см3 — - 1,59 1,52 1,50 1,46
Степень влажности — - 0,90 0,92 0,96 0,98
Коэффициент пористости — 0,800 0,700 0,780 0,790 0,850
Угол внутреннего трения, 0 25 18 17 20 12 6
Удельное сцепление, кПа 10 10 48 21 20 13
Модуль деформации, МПа 30 30 30 17 12 7
скорость падения v0 = 0,9^/2−9,81−20 = 19,8 м/с.
Среднее значение модуля общей деформации грунтов основания принимается равным Е0 = 1500 т/м2, тогда
f
С =1,2−1500
1 +
V
10
200
Л
= 2196 т/м3:
Р = 9430,3: 64,2 • 19,27 = 7,62 т/м2- = = 1−8-
1500
2196−7,62 9430,3
т = -
9,81
= 961,3 т-с /м —
Kz = 2196−1237,3 = 2 717 110,8 т/м-
2 717 110,8. 9,81
V 9430,3
Iz = 40,8−19,8 = 807,8 т-с-
807,8 = 0,394 м.
°z (1 +1,67−1,8) — 53,2 ¦ 961,3 или 3,94 мм, что соответствует по сейсмической шкале 7 баллам.
Так как источник сейсмического воздействия вблизи дневной поверхности и приемники этих воздействий — фундаменты зданий — также вблизи дневной поверхности, исследуем величину воздействия на разных расстояниях от источника.
Скорость распространения поперечных волн (волн сдвига) составит 6 = 150 м/с.
Амплитуда вертикальных колебаний определяется по формуле
а0
Ц V 7IX
R
Эквивалентный радиус круга рассчитывается как
1237,3
3,14
= 19,85 м-
Л с-э О
х = -= -- = 0,35, xR = 0,35 • 19,85 = 6,94.
Ъ 150
По таблицам функций Бесселя [4] имеем Р (хК) = 0,2993.
Динамическое давление на грунт составит Р = С/гг = 2−196−0,394 = 8,65 т/м- К0 = 0,145 (для о =0,5 и о = 0,25) — находим значение а0:
3,14−8,65−19,85−0,145
1700
2
3,14−0,35
= 0,0186-

ао —
1
при х = /?, | = 20 м получаем, что а0 = 0,004 м.
0,0186-
1
л/20
-37-
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 4 (10), 2014
Используем полученное значение а0 для
определения ar=a0^j-, тогда для различных
расстояний гт значения амплитудных колебаний можно представить следующими данными:
Балл сейсми-
а г, мм ческой шка-
лы
40 0,707−0,004 = 0,0028 = 2,8 6
50 0,632−0,004 = 0,0025 = 2,5 6
75 0,516−0,004 = 0,0020 = 2,0 6
100 0,447−0,004 = 0,0018 = 1,8 6
200 0,316−0,004 = 0,0012 = 1,2 5
Пр имечание. Амплитуды вычислены
без учета поглощения энергии волн.
С учетом поглощения энергии волн ампли-
туды колебаний составят:
Балл сейсмической ап мм шкалы
40 2,8−0,82 = 2,30 6
50 2,5−0,74= 1,85 6
75 2,0−0,57= 1,14 5
100 1,8−0,45 = 0,81 4−5
200 1,2−0,17 = 0,20 2−3
Эффект поглощения проявляется на рас-
стоянии 75 м.
При массе фрагмента 250 т имеем следую-
щие данные:
Без учета поглощения энергии
az = 2,4 мм а40 = 1,75 мм а50 = 1,56 мм а75 = 1,25 мм а10о = 1,13 мм ci2оо = 0,75 мм
6 баллов 6 баллов 6 баллов 5 баллов 5 баллов 4−5 баллов
С учетом поглощения энергии
az = 2,4 мм а40 = 1,43 мм а50 = 1,15 мм а75 = 0,71 мм, а юо = 0,51 мм ci2оо = 0,125 мм
6 баллов 5 баллов 4−5 баллов 3−4 балла 2−3 балла 2−3 балла
Проведем оценку возможных повреждений в зданиях и сооружениях, примыкающих к месту падения фрагментов угольной башни.
Согласно шкале интенсивности степени повреждения зданий и сооружений, выполненных без антисейсмических мер, к таким зданиям относятся следующие:
тип, А — стены выполнены из рваного камня, из кирпича сырца, глинобитные-
тип Б — стены выполнены из обожженного кирпича, из природных и бетонных крупных блоков и мелких камней правильной формы-
тип В — крупнопанельные здания со стальным и железобетонным каркасом.
Степень повреждения зданий классифицируется следующим образом:
1 — легкие повреждения — небольшие трещины в стенах, откалывание небольших кусков штукатурки-
2 — умеренные повреждения — небольшие трещины в стенах, небольшие трещины в стыках между панелями, откалывание больших кусков штукатурки, падение частей дымовых труб-
3 — тяжелые повреждения — большие глубокие и сквозные трещины в стыках между панелями и в стенах, падение дымовых труб-
4 — разрушения — обрушение внутренних стен и стен заполнения, каркаса, проломы в стенах, обрушение частей зданий, разрушение связей между отдельными частями зданий-
5 — обвалы — полное разрушение зданий.
При 6 баллах наблюдаются повреждения
первой степени в отдельных зданиях типа Б и во многих типа А- второй степени — в отдельных зданиях типа А.
При 7 баллах наблюдаются повреждения первой степени в зданиях типа В и отдельных -второй степени: во многих зданиях типа Б -повреждения второй степени и в отдельных -третьей- во многих зданиях типа, А — повреждения третьей степени и в отдельных — четвертой.
Примыкающие к зоне падения фрагментов угольной башни здания и сооружения относятся к типам Б и В. Исходя из этого и с учетом данных [2, 3] опоры газопроводов будут подвергнуты сейсмическому воздействию, оцениваемому в 7 баллов, здание машзала — 6 баллов, сульфатного отделения — 4 — 5 баллов, будка конденсатоотводчика — 7 баллов, газосмесительная станция — 4 — 5 баллов.
Наиболее ответственным зданием в зоне падения фрагментов угольной башни является здание машзала, расположенного от места падения на расстоянии 40 — 50 м. Каркас здания -рамный монолитный железобетонный, фундаменты под газодувки — монолитные железобетонные. Заполнение стен — кирпичное. С уче-
-38 —
Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 4 (10), 2014
том шкалы повреждений и типа здания можно предположить, что при падении 400-т фрагмента угольной башни возможно получение легких повреждений зданий в виде откалывания небольших кусков штукатурки. При обрушении фрагментов массой 250 т повреждений не должно наблюдаться.
Здания и сооружения сульфатного отделения находятся в зоне 4 — 5-балльного сейсмического воздействия, и с учетом этого не должны получить заметных повреждений, как при обрушении 400-т и тем более 250-т фрагментов.
Будка конденсатоотводчика и газосмесительная станция имеют несущий металлический каркас с кирпичным стеновым заполнением. Они достаточно сейсмоустойчивы.
Будка конденсатоотводчика расположена в зоне 7-балльного воздействия и в ней возможны небольшие повреждения в виде трещин в кладке и откалывания небольших кусков штукатурки.
Конструкции газосмесительной станции, расположенные в зоне 4 — 5-балльного воздействия, не должны получить заметных повреждений, даже с учетом того, что здание имеет большой износ.
Выводы. Обрушение угольной башни исходя из минимального повреждения окружающих зданий и сооружений с падением фрагментов на фундамент и основание коксовой батареи № 1возможно. Легкие повреждения в виде откалывания небольших кусков штукатурки возможны в здании машзала при обрушении фрагмента массой 400 т. В будке конденсатоотводчика и газосмесительной станции — повреждения в виде небольших трещин в кирпичной кладке и откалывание кусков штукатурки. Остальные здания и сооружения, примыкающие к зоне падения, не получат заметных повреждений. При обрушении фраг-
ментов угольной башни должно быть обеспечено их падение строго по направлению оси фундамента коксовой батареи № 1. Это должно быть достигнуто соответствующей синхронизацией механизмов тяжения, а также контролем качества разрушения бетона и арматуры при подготовке фрагментов. С учетом вышеприведенного выполненное обрушение в январе 1998 г. подтвердило теоретические предпосылки и обеспечило беспрепятственное освобождение территории от существующей застройки без повреждений зданий и сооружений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 2. 02. 05 — 87 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками». Утверждено Управлением стандартизации и технических норм в строительстве Госстроя России. — Москва, 1997.
2. СП 20. 13 330. 2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2. 01. 07 — 85. Утверждено приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 27 декабря
2010 г. № 787, введено в действие с 20 мая
2011 г.
3. СП 14. 13 330. 2011 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП П-7 -81. Утверждено приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 27 декабря 2010 г. № 779, введено в действие с 20 мая 2011 г.
4. ЯнкеЕ., Эмде Ф., Л ё ш Ф. Специальные функции (Формулы, графики, таблицы). — М.: Наука, 1964. — 344 с.
© 2014 г. Н. Ф. Чертоляс, В. А. Кравец Поступила 17 ноября 2014 г.
-39

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой