Вопросы инженерной сейсмологии. ISSN 0132-2826. 2018. Т. 45. № 1
УДК 551.2.08
1 Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли (ЦАИИЗ), Бишкек, Кыргызстан
2 Научно-исследовательский институт ;Сейсмостойкое строительство Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова (КГУСТА), Бишкек, Кыргызстан
3 Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, Москва, Россия
4 Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, г. Южно-Сахалинск, Россия
Аннотация. Наибольшее распространение в сейсмоинженерных изысканиях получили методы, основанные на анализе поля микросейсм, что обусловлено экономичностью и простотой реализации такого подхода в разных практических ситуациях. Было показано, что анализ реакции сооружений на поле микросейсм позволяет, как правило, получить достаточно полную информацию о резонансных характеристиках и спектральном отношении обследуемых сооружений. Неизбежным недостатком использования в качестве воздействия поля микросейсм являются малые амплитуды сейсмических колебаний, что в принципе не позволяет выявлять возможные нелинейные реакции как сооружений, так и грунтовой толщи, могущие возникать при сильных землетрясениях. В определенной степени, в особенности для небольших по размеру сооружений, этот недостаток может быть компенсирован использованием метода искусственных вибровоздействий. В работе проводится сравнение результатов применения методов анализа поля микросейсм и метода искусственных вибровоздействий для сейсмоинженерного обследования типового небольшого частного дома. В качестве источника воздействий используется вибромашина, позволяющая имитировать воздействие на весь обследуемый дом с интенсивностью до VI баллов, а на отдельные узлы здания – до IX баллов. Получено хорошее согласование результатов обоих методов применительно к оценкам характеристик сооружения. Однако при исследовании грунтовой толщи методом вибровоздействий был выделен дополнительный низкочастотный размытый максимум с периодом 0.3–0.7 с, который перекрывается с периодом собственных колебаний обследуемого здания в направлении В–З. Причиной появления этого дополнительного низкочастотного периода колебаний грунтовой толщи может быть как порождающая резонансные колебания граница в грунте на глубине 20–30 м, так и начинающий развиваться эффект разжижения грунта. На основании имеющихся данных мы затрудняемся произвести выбор между этими двумя возможными объяснениями. Приведенные сопоставления указывают на ограниченность возможностей сейсмоинженерного обследования методом анализа микросейсм. На основе проведенного анализа предложены рекомендации по выбору ориентировки строящихся зданий данного типа.
Ключевые слова: искусственные вибровоздействия, микросейсмы, свойства грунта, сейсмостойкость сооружений, собственные периоды
Цитирование: Орунбаев С.Ж., Мендекеев Р.А., Молдобеков Б.Д., Родкин М.В. Микросейсмические и вибросейсмические испытания дома: результаты и их сравнение на примере типового частного жилого дома в г. Бишкек, Киргизия // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018. Т. 45, № 1. С. 49–58. DOI: 10.21455/VIS2018.1-5
Бержинский Ю.А., Чернов Н.Б., Павленов В.А. Использование сейсмовзрывных и вибрационных испытаний опытных объектов для оценки повреждаемости зданий в Восточной Сибири // Вопросы инженерной сейсмологии. 2008. Т. 35, № 2. С. 68–75.
Негматуллаев С.Х. Имитация сейсмического воздействия с целью испытания зданий и сооружений на сейсмостойкость / Отв. ред. М. А. Садовский; Инcтитут сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН ТаджССР. Душанбе: Дониш, 1986. 149 с.
Негматуллаев С.Х., Садовский М.А., Кикоин И.К. Испытание на сейсмостойкость зданий и сооружений // Вестник АН СССР. 1985. № 4. С. 82–93.
Шапиро Г. А., Ашкинадзе Г. Н., Симон Ю. А. Вибрационные методы испытания жилых и общественных зданий. Государственный комитет по гражданскому строительству архитектуре при Госстрое СССР. М.: Наука, 1967. 63 с.
Юдахин Ф.Н. Микросейсмические колебания – важный источник информации // Вестник УрО РАН. №33. 2010. С. 65–73. http://www.iieuran.ru/doc/33/65-73.pdf.
Bindi D., Boxberger T., Orunbaev S., Pilz M., Stankiewicz J., Pittore M., Iervolino I., Ellguth E., Parolai S. On-site early-warning system for Bishkek (Kyrgyzstan) // Annals of Geophysics. 2015. Vol. 58, no. 1. S0112; doi:10.4401/ag-6664
Chopra A.K. Dynamics of Structures: Theory and Application to Earthquake Engineering. 3rd edition, Upper Saddle River, N.J. : Pearson/Prentice Hall, 2007. 876 pp. (Prentice-hall International Series in Civil Engineering and Engineering Mechanics). ISBN-13: 978-0131561748
Havskov J. Test of seismic recorders with 4.5 Hz sensors: GBV316 from GeoSig and SL07 from SARA. Technical Report No. 26, Dept. of Earth Science, University of Bergen, Allégt.41, N-5007 Bergen, Norway. 2007.
Littler, J.D. Forced vibration tests on Sheffield University Arts Tower. Conference on Civil Engineering, Dynamics, Society for Earthquake and Civil Engineering Dynamics, Bristol, UK. 1988. P. 61–80.
Michel C., Beatriz Z., Pierino L., Francisco J., Weber F. Quantification of fundamental frequency drop for unreinforced masonry buildings from dynamic tests // Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 2011. Vol. 40, no. 11. P. 1283–1296, DOI:10.1002/eqe.1088
Michel C., Karbassi P., Lestuzzi P. Evaluation of the seismic retrofitting of an unreinforced masonry building using numerical modeling and ambient vibration measurements // Engineering Structures. 2018. Vol. 158. P. 124–135, DOI:10.1016/j.eng struct.2017.12.016
Nakamura Y.A. Method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface // QR Railway Tech. Res. Inst. 1989. Vol. 30. P. 25–33.
Petrovic B., Parolai S., Pianese G., S. Dikmen U., Orunbaev S., Moldobekov B., Paolucci R., Joint deconvolution of building and downhole seismic recordings: an application to three test cases // Bulletin of Earthquake Engineering. 2018. Vol. 16, no. 2. P. 613–641, doi: 10.1007/s10518-017-0215-6
Strollo A., Parolai S., Jäckel K.-H., Bindi D. Suitability of Short-Period Sensors for Retrieving Reliable H/V Peaks for Frequencies Less Than 1 Hz // Bulletin of the Seismological Society of America. 2008. Vol. 98, no. 2. P. 671–681, DOI:10.1785/0120070055
Ullah S., Orunbaev S., Bindi D., Pittore M., Pilz M., Moldobekov B., Parolai S. Improving the spatial resolution of ground motion variability using earthquake and seismic noise data: the example of Bishkek (Kyrgyzstan) // Bulletin of Earthquake Engineering. 2013, Vol. 11, no. 2. P. 385–399. DOI 10.1007/s10518-012-9401-8
Орунбаев Сагынбек Жолчуевич – магистр, научный сотрудник, Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли. Кыргызская Республика, 720027 Бишкек, ул. Тимура Фрунзе 73/2. Тел.: +996-312-555-111. Факс: +996-312-555-222. E-mail: s.orunbaev@caiag.kg
Мендекеев Райымкул Абдымананович – доктор технических наук, директор, Научно-исследовательский институт Сейсмостойкое строительство Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова (КГУСТА). 720000, г. Бишкек, ул.Малдыбаева, 34б. Тел.: +996-772-47-48-98. E-mail: mra58@mail.ru
Молдобеков Болот Дуйшеналиевич – кандидат геолого-минералогических наук, директор, Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли. Кыргызская Республика, 720027 Бишкек, ул. Тимура Фрунзе 73/2. Тел.: +996-312-555-111. Факс: +996-312-555-222. E-mail: b.moldobekov@caiag.kg
Родкин Михаил Владимирович – доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН. Россия, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, 84/32. E-mail: rodkin@mitp.ru
1 Central Asian Institute of Applied Earth Research (CAIAG), Bishkek, Kyrgyzstan
2 Research Institute of «Seismic Resistant Construction», Bishkek, Kyrgyzstan
3 Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
4Institute of Marine Geology and Geophysics, Far East Division, Russian Academy of Sciences, Yuzhno-Sakhalinsk, Russia
Abstract. The most widespread methods of seismic engineering are the methods based on the analysis of the microseisms, which is due to the economical reasons and simplicity implementation of this approach in different practical situations. It was shown that the analysis of the reaction of buildings on microseisms allows, as a rule, to obtain sufficiently complete information about the resonant characteristics and the spectral ratio of the surveyed buildings. The inevitable disadvantage of the use of microseisms is the small amplitudes of these seismic vibrations, which in principle does not allow to identify possible non-linear reactions of both the studied buildings and soils, which can origin, however, during strong earthquake occurrences. To a certain extent, especially for small size buildings, this defect can be compensated by using of the artificial vibration method. The paper compares the results of the application of the methods for analyzing the field of microseisms and the method of artificial vibration for a seismic assessment of a typical small private house. As a source of impact, a vibrator is used that simulates the impact on the entire surveyed house with an intensity I=VI, and on individual sites of the building - up to intensity I=IX. An sufficient agreement was obtained between the results of both methods in relation to the characteristics of the building. However, in the soil investigation woth using a vibrator, an additional low-frequency blurred maximum with a period of 0.3-0.7 sec was found, which, by the way, overlaps with the period of natural oscillations of the surveyed building in the E-W direction. The reason for an appearance of this additional low-frequency period of oscillations of the soil strates can be connected both with the resonance arising from the boundary located in the soil at a depth of 20-30 m, and with the beginning of the liquefaction of the soil. Based on the available data, we find no possibility to make a choice between these two possible explanations. The above comparisons point to the limited applicability of the methods based on the use of the microseisms. On the basis of the performed analysis, recommendations for choosing the orientation of new-constructing buildings of the studied type are proposed.
Keywords: artificial vibration, microseisms, soil properties, earthquake resistance, fundamental period.
Orunbaev Sagynbek Zholchuyevich – Master Researcher, Central Asian Institute of Applied Earth Sciences, Kyrgyzstan, 720027 Bishkek, ul. Timur Frunze 73/2. Tel .: + 996-312-555-111.
Fax: + 996-312-555-222. E-mail: s.orunbaev@caiag.kg
Mendekeyev Rayymkul Abdymananovich – Doctor of Technical Sciences, Director, Research Institute of Earthquake Engineering at the Kyrgyz State University of Construction, Transport and Architecture (KSUCTA). 720000, Bishkek city, Mildybaev str., 34b Tel .: + 996-772-47-48-98. E-mail: mra58@mail.ru
Moldobekov Bolot Duyshenalievich – Candidate of geological and mineralogical sciences, Director, Central Asian Institute of Applied Earth Sciences, Kyrgyz Republic, 720027 Bishkek, ul. Timur Frunze 73/2. Tel .: + 996-312-555-111. Fax: + 996-312-555-222. E-mail: b.moldobekov@caiag.kg
Rodkin Mikhail Vladimirovich – Doctor of physical and mathematical sciences, chief research officer, Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics of the Russian Academy of Sciences. Russia, nstitute of Marine Geology and Geophysics, Far East Division, Russian Academy of Sciences, Yuzhno-Sakhalinsk, Russia 117997, Moscow, ul. Profsoyuznaya, 84/32. E-mail: rodkin@mitp.ru
Cite this article as: Orunbaev S.Z., Mendekeyev R.A., Moldobekov B.D., Rodkin M.V.. Microseismic and vibroseismic explorations of the house, results and comparison (on the example of a typical private residential house in Bishkek, Kyrgyzstan), Voprosy Inzhenernoi Seismologii (Problems of Engineering Seismology), 2018, Vol. 45, No. 1, pp. 49–58. [in Russian]. DOI: 10.21455/VIS2018.1-5
English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2019, Volume 55, Issue 1.