Акселерограмма землетрясения в Иране (1978 год)

Основная статья: Сейсмическое воздействие

Акселерограмма землетрясения в г. Тебес (Иран, 1978 г., гориз.) и ее спектры ответа

В данной статье, в качестве иллюстрации аналоговой акселерограммы (АА), рассматривается запись горизонтального ускорения при катастрофическом землетрясении, произошедшем 16 сентября 1978 года в окрестностях иранского города Тебес.
Акселерограмма представляет запись высокоинтенсивных сейсмических колебаний (Am=Amax=0.934g). При этом, тип регистрирующей аппаратуры и ориентация акселерометра (N—S или W—E) не известны. Сама сейсмостанция предположительно находилась вблизи города Тебес на расстоянии 10—25 км от эпицентра.

Сейсмограмма от АА Тебес (Иран, 1978, гориз.) и спектры ответа

Спектры ответа

В спектрах ответа этой акселерограммы отчетливо проявляются резонансные зоны (пики), где уровни ответных ускорений резко снижаются даже при минимальных значениях относительного демпфирования «k». Обычно частный спектр при k=0 (отсутствии демпфирования) не имеет практического применения. Он является не более чем показателем некоторых свойств акселерограммы. В данном случае его большое уровневое расхождение со спектром минимального демпфирования (k=0.005) указывает на то, что резонансные процессы в частотных диапазонах 5—7 и 9—14 Гц возбуждаются гармониками малой (относительно Am) амплитуды. Такие спектры ответа весьма показательны и интересны для исследования. В частности по ним видно, что использовать эту акселерограмму в динамическом анализе колебаний объекта без учета в нем демпфирования неприемлемо — можно получить сильно преувеличенный динамический эффект.

Спектральный анализ акселерограммы

По представленным спектрам ответа (СО) видно, что эта акселерограмма может быть резко избирательна к отдельным собственным частотам объекта. Если исследуемый объект (например, несущий металлический каркас) будет иметь низшую собственную частоту 2.5 Гц и относительное демпфирование 0.02, то его ответные колебания будут определяться спектральным уровнем ускорения 1.5 g (провалом СО) . При таком интенсивном воздействии (Am = 0.93g , — 10 баллов по шкале MSK-64 и её специальной градации ускорений ) это совсем не много. Такой динамически «мягкий» (низкочастотный) каркас, спроектированный без условий его сейсмостойкости с минимумом ужесточающих и упрочняющих связей, скорее всего, выдержит такую перегрузку. А теперь представим, что проектировщик изначально закладывал в конструкцию требования сейсмостойкости. Его каркас получился, например, в четыре раза более жестким и в два раза более прочным по отношению к горизонтальным инерционным нагрузкам. Но вот результат, — при низшей собственной частоте 5 Гц и этой акселерограмме, ответные колебания каркаса выразятся теперь через спектральный уровень в 5g. Трудно представить сейсмостойкость несущей большую полезную массу конструкции при таких горизонтальных перегрузках. Что же получается, вполне обоснованная и правильная ориентированная работа может быть напрасной? Конечно, нет. Просто в первом случае положительный результат получился под влиянием благоприятных факторов, которые вполне могут иметь место при реальном землетрясении, но которые являются исключительными, случайными и неприемлемыми в антисейсмическом проектировании новых объектов. Рассмотренный пример показывает, насколько сложным параметром является расчетная сейсмическая нагрузка, зависящая как от индивидуальных свойств воздействия, так и от собственных динамических характеристик объекта.

Производная сейсмограмма

Максимальное отклонение сейсмограммы составляет без малого 200 см. Это в 3.3 раза больше, чем у сейсмограммы СА-482 (Am=0.4g), хотя максимумы ускорений этих двух процессов отличается только в 2.3 раза. Учитывая, что связь между масштабами ускорения акселерограммы и отклонениями производной сейсмограммы линейная, можно сделать вывод о повышенном уровне горизонтальных сейсмоперемещений у данной АА. Такие повышенные сейсмоперемещения характерны для периферии эпицентральной зоны землетрясения, и являются результатом влияния особо низкочастотных составляющих колебаний земной коры (0.05 —0.2 Гц), формирующихся в этой зоне, а затем быстро затухающих по мере удаления от эпицентра.

Оцифровка акселерограммы

Ниже приведена оцифровка АА, которая в таком виде может быть использована для динамического анализа сейсмостойкости объекта с помощью различных методов численного интегрирования. Оцифровка дана в специальном текстовом MS DOS формате записи значений, нормированных по максимальной абсолютной величине 999. В каждой строке, начиная с 11-той позиции, размещаются 15 значений (по пять позиций на число). В начале строки для удобства чтения указывается общий порядковый номер ее первого значения. Оцифровка дается с постоянным шагом времени (в данном случае с предельно большим) 0.02с, в ней используется два масштабных коэффициента: первый (множитель) — преобразует ее к исходной физической норме ускорений (в долях g); второй — масштабирует акселерограмму к расчетному уровню. Процесс ввода значений оцифровки из текстового файла целесообразно организовывать таким образом, чтобы в первых его строках ( в позициях 7—70) могла быть записана любая поясняющая информация.

           Акселерограмма землетрясения в г. Tебес (Иран) 16.09.78
         (продолжительность 20.0 с (шаг 0.02 с);  Amax=915.3 см/с2)
1000/- значений .................................; масштаб.мн.  RM=  .9346E-03
       1)   0 -66 -32   0 -12 -14 -32 -19  -6 -22 -39 -52 -71 -97 -62
      16) -26  40  47  50  86 144 177 196 192 187 149  96 126 198 246
      31) 225 197 168 142 155 155 156  72   8-107-108-135-179-198-156
      46)-196-247-262-172-129-120-152-165-128 -95  14  40  53  80 199
      61) 264 283 282 217 120  21 -33 -17 -17 -18 -48 -88 -62-116-178
      76)-271-266-227-133-132-100 -89-123-151-184-135  13  17  39 147
      91) 143 104  98  95 221 228 168 168  92  33 134 160  66  -3 -68
     106)-129-129 -65 -22 -10  27  53 -41 -43  -2   7 -13 -44 -65 -52
     121)-116 -41  27  86  80  90  39 -16 -36  -3   9  28  75  48  22
     136)  52  28  43 -58-140-161-170-112 -45  -3  41  42 -19 -71-107
     151)-131 -49  27 110  78 109 -12 -86-152 -69 -27 -56-119-104-110
     166) -64 -13 -34  44 -25-125 -57 -25 -24  81  91 103 104   2  41
     181)  40 -21  78 160 239 240 242 150 225 231 109 106 154 106  65
     196) 212 282 207  59 -49  51  76  29 135-127-270-362-379 -63  82
     211) -49 -64 -31-118  32 137 226 289 133-142  44 132  94 -59 -11
     226)-106 -41 -32  82 139  42  93  61 127  77 211  61-205 -81-102
     241)-108  60 260   5-135 -36 -55 125  45  22  85-266-348-264-342
     256)  69 248 140 201 105 150 147 223 151 258  72 -33 -47 -43  46
     271) 188 248 208 100 157 -67  58 243 244 164 294 108 -68-130 -77
     286)-127-165-132-194-280-417-327-122-116  35 240  37-167-435-113
     301) 409 537 606 683 567 217-572   0 413 353 249 157 631 -32-411
     316)-356-641-581-637-583-706-520-415-300 -91 201 150 332 582 650
     331) 734 788 -91-165-405-662-625-273  41 851 601 -40-163-675-800
     346)-691-595-404-526-255  37 999 772 523-198-766-755-594-502-342
     361)-210-155-456-496-567-174  83 147  23-158  49 156  17-143-150
     376)-112-110 -23   2-153-172-127-104-148 160 277  62 -33  42-136
     391)-297-327-365-311-366-108 163 220 251 175-176-284-262-278-244
     406) -60 -59 135 242 334 458 492 479 366 220 118   5   4 201 292
     421) 242 411 176  37-232-447-397-213 -96-148-248-288-390-277 -70
     436) 489 421 174-209-329-434-359-146 175 501 356 331 273 103  -4
     451) 307 367 283 278 142 111  76 126 100 120  48 156 264 127 -78
     466)-187-190-212-228 -59 -89-129-134-468-557-657-233 130 379 366
     481) 140 215 149 257 728 640 370 303 336 337 171 147 299 405 447
     496) 289 119  51 -10 -58 -73 292 331 392 432 320  71 220 286 223
     511) 161 101  33 -50-266-107 205 208 227 115  27 111  19 -91-169
     526)-251-373-334  39 279 133  -9 -61 -67  66 135  72  12-184-341
     541)-235 -65 -64  84 140  69-228-354-362-265   7 198 338 258  79
     556) -49-223-144  11 116 173  21-124-218-186-133 -86 -31 -64 -87
     571) -14   5 -73 -52 -50-149-232-316-224-273-313-359-399-366-305
     586)-149 -53  45 183  97-105-107 127 205  88  29  11 126  61  -6
     601) 132 163  -8-124-168  18  39  66 114  58 -24-101  46  95  65
     616)  92  -3   7  22 -56-148-104 -13 -85-151-135 -83-182-234-209
     631) -84   3  16  45  65  87 -15 -97 -26 153 114 180  -7  -6-104
     646)-162-163 -11  -9  -5  67 -57 -87 -92 -96-122  46 158 147  84
     661)  35 -31  53  33  82 132 157 164 184  65  19 -48 -70 -76 -38
     676) -84-137 -72 -10  72  25 -39-107-155-223-266 -91  36  42 -30
     691)  24  33  -3  16-129 -65 -93 -43 -13  33  49  51 -11 -40 -65
     706)-153-159   4  79-149-105-111-126-220-220  51  92  93  67  57
     721)  76   5 183 198 253 345 224 215 180 172 219 187 270 304 242
     736)  67  -5 152 138 115   2-146-149 -45  13  65 165 183 102  13
     751) -78-161-155  56   6 -38  16 -30-190-112 -56 -92-104 -56 146
     766) 271 214 138 128 208-141 -43  58 -89-142  65 206 300 309  96
     781) 121 -22-155-218-135 -36 -30  35  76  93 -44  13 -34  33 -45
     796)-167-133-112-165-110-124 -90  73 235 302 232 133 -43 -53 -87
     811) -58 -16   4  56  16 -92-281-160 -82  34 -43  70  72-250-424
     826)-291-144 -60 -66  -1   5-102-165-264-135-166-100  39  -3 -35
     841) -36  18-103-175 -79 -20 -67  48 115 181  67 -30-159-108  12
     856)  10  23 -29 -44  56  96 112  78  47  32  47  49  16 -26  11
     871) -24  41  43 138 134  90  77  81  41  -8 -69-166-152-100 -52
     886)  85 107 120 130 -15 -92-198 -46  25 -96 -41 -29 -54 -88 -28
     901)  30  31-122 -69 -46-105 -62 -61 -74-116-148-153-110  63 210
     916) 231 159  48  -4 -37  78 150 213 236 237 164 118  58   0 -33
     931) -38  92  62 141 178 207 101  91  78   7 -94-154 -85 -47-101
     946) -82 -78-125-212-199-194 -55  19 148  64   4  37  92 122 116
     961)  83  34 -50 -52  67 155 201 235 220 158  99 116 113  59  31
     976) -11 -67-115 -47 -95 -99  92 112  23 -55 -51 -69 -55  25 106
     991)  51 -31 -48  -9  20  43  70 100  55   0   0
         Шаг оцифровки DTA=   .0200 с. Масштаб оцифровки RMA=   1.00

См. также

• Модель сейсмического воздействия "СА-482"
• Акселерограмма землетрясения (1981, Иран)