Вопросы инженерной сейсмологии. ISSN 0132-2826. 2018. Т. 45. № 1
УДК 550.34 + 550.341
PACS 91.30.pb
Аннотация. В статье рассматривается проблема задания сейсмических воздействий в строительных нормах. Проведен анализ некоторых определений, используемых в сейсмостойком строительстве в нашей стране и за рубежом, выявлены несоответствия определений эмпирическим данным и теории размерностей и подобия. Несмотря на достижения современной сейсмологии в теоретических вопросах, а также на представительный набор записей сильных движений грунта, задание сейсмических воздействий по-прежнему основывается на различных предположениях и допущениях эпохи становления инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства. Многие из этих допущений были сделаны с нарушением правил теории размерностей и подобия. Эти ошибки перекочевали и в современные строительные нормы. Например, определения магнитуды, продолжительности колебаний, добротности среды, ускорений грунта и некоторых других величин, используемых в нормативных документах, в инженерном диапазоне сейсмического движения грунта оказались неверными. Это связано с тем, что многие определения, справедливые при малых деформациях, неверны при больших. Огромный вред наносит терминологическая путаница: определения некоторых величин (например, продолжительности колебаний или периода колебаний), используемых при расчетах, зависят от поставленной задачи. Даже в глоссариях нормативных документов есть как одинаковые определения для различных физических величин, так и различные определения для одной и той же величины. Существенным источником погрешностей расчетов являются неверные с физической точки зрения определения некоторых величин, что может приводить к неверным результатам инженерных расчетов. В работе рассмотрены безразмерные величины, описывающие сейсмическое движение грунта. Согласно теории размерностей и подобия, безразмерные величины не зависят от масштаба явления. Поэтому использование таких характеристик воздействия, как коэффициент динамического усиления, деформация, форма спектра ответа, форма огибающей колебаний, количество циклов колебаний, намного повышает точность расчетов.
Ключевые слова: очаг землетрясения, магнитуда, деформация, параметры сейсмического движения грунта, спектр, продолжительность колебаний.
Цитирование: Эртелева О.О., Аптикаев Ф.Ф. Применение теории размерностей и подобия при задании сейсмических воздействий // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018. Т. 45, № 1. С. 59–72. DOI: 10.21455/VIS2018.1-6
Айзенберг Я.М. Модель сейсмического воздействия для расчета сооружений при неполной сейсмологической информации // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. М.: Наука, 1975. С. 170–178.
Аптикаев Ф.Ф. Инструментальная сейсмическая шкала. М.: Наука и образование, 2012. 176 с.
Аптикаев Ф.Ф. Оценки параметров сейсмических колебаний при сейсмическом районировании // Экспериментальная сейсмология. М.: Наука, 1983. С. 173–180.
Аптикаев Ф.Ф. Параметризация записей сейсмических колебаний // Вопросы инженерной сейсмологии. 1981. Вып. 21. С. 3–8.
Аптикаев Ф.Ф. Распространение сейсмических волн в поглощающей среде // Геофизика и математика. Материалы 1-й Всероссийской конференции. М.: ОИФЗ РАН, 1999. С. 8–9.
Аптикаев Ф.Ф. Сейсмические колебания при землетрясениях и взрывах. М.: Наука, 1969. 104 с.
Аптикаев Ф.Ф. Учет длительности колебаний при инструментальной оценке сейсмической интенсивности // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. М.: Наука, 1975. С. 234–239.
Аптикаев Ф.Ф., Копничев Ю.Ф. Учет механизма очага при прогнозе параметров сильных движений // ДАН. 1979. Т.247. № 4. С. 822–825.
Аптикаев Ф.Ф., Михайлова Н.Н. Некоторые корреляционные соотношения между параметрами сильных движений грунта // Бюлл. по инж. cейсмологии. Ереван, 1988. № 12. С. 48–57.
Аптикаев Ф.Ф., Роджан К., Фролова Н.И. Форма огибающей амплитуд ускорений на записях сильных движений // Сборник советско-американских работ по прогнозу землетрясений. Душанбе: Дониш, 1979. Т. 2. Кн. 2. С. 139–147.
Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. «Большая» сейсмология вводит инженеров в заблуждение // Инженерные изыскания, 2014. № 2/2014. С. 42–46.
Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Метод задания регионального спектра реакции для строительного проектирования// Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, 2001. №4. C. 4–7.
Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Методы прогноза параметров сейсмического движения грунта, включая построение локального спектра и синтетической акселерограммы // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, 2012. № 2. С. 15–19.
Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Параметры спектров реакции // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, 2008. № 5. С. 23–25.
ГОСТ 26883-86. Внешние воздействующие факторы. Термины и определения. 11 с.
Давиденков Н.И. О рассеянии энергии при вибрациях // ЖТФ, 1938. Т. VIII, вып. 6. С. 438–499.
Ляхов Г.М. Основы динамики взрыва в грунтах и жидких средах. М.: Недра, 1964. 216 с.
Медведев С.В. Международная шкала сейсмической интенсивности // Сейсмическое районирование СССР. М.: Наука, 1968. С. 151–162.
Медведев С.В. Определение интенсивности колебаний // Вопросы инженерной сейсмологии. 1978. Вып. 19. С. 108–105.
НП-031-01. Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций, 2002. 26 с.
Раутиан Т.Г. Энергия землетрясений // Методы детального изучения сейсмичности. Труды ИФЗ АН СССР; № 9 (176), 1960. С. 75–114.
РБ-006-98. Определение исходных сейсмических колебаний грунта для проектных основ. М.: НТЦ ЯРБ, 2000. 76 с.
Садовский М.А., Писаренко В.Ф., Штейнберг В.В. О зависимости энергии землетрясения от объема очага // ДАН СССР. 1983. Т. 221. № 3. С. 598–602.
Сорокин Е.С. Метод учета неупругого сопротивления материала при расчете конструкций на колебания // Исследования по динамике сооружений. М.: Госстройиздат, 1951. С. 5–90.
Составление карты детального сейсмического районирования Ставропольского края. Т. l–6. М.: Изд-во ИФЗ РАН, 1999.
СП 14.13330.2014 СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах» (с изменением № 1). 168 с.
СП 269.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила уточнения исходной сейсмичности и сейсмического микрорайонирования. 75 с.
СП 283.1325800.2016 Объекты строительные повышенной ответственности. Правила сейсмического микрорайонирования. 21 с.
СП 286.1325800.2016 Объекты строительные повышенной ответственности. Правила детального сейсмического районирования. 33 с.
Филиппов А.П. Колебания упругих систем. Киев: Изд-во АН УССР, 1965. 322 с.
Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Гос. Издательство физико-математической литературы, 1962. 236 с.
Штейнберг В.В., Сакс М.В., Аптикаев Ф.Ф., Алказ В.Г., Гусев А.А., Ерохин Л.Ю., Заградник И., Кендзера А.В., Коган Л.А., Лутиков А.И., Попова Е.В., Раутиан Т.Г., Чернов Ю.К. Методы оценки сейсмических воздействий (пособие) // Вопросы инженерной сейсмолологии. 1993. Вып. 34. С. 5–94.
Ambraseys, N. N., Douglas, J., Sarma, S. K., Smit,. P. M. Equations for the estimation of strong ground motions from shallow crustal earthq uakes using data from Europe and the Middle East: Horizontal peak ground acceleration and spectral acceleration // Bull. Earth. Eng. 2005. Vol. 3, no. 1. P. 1–53. DOI:10.1007/s10518-005-0183-0
Antoineta, E., Buffiereb, H., Kovalcikova, K. Time dependent earthquake modeling of an earth dam // Procedia Engineering. 2017. Vol. 175. P. 65–71.
Aptikaev F. Review of empirical scaling of strong ground motion for seismic hazard analysis/ Selected topics in earthquake engineering – from earthquake source to seismic design and hazard mitigation (ed. Mihailo D. Trifunac). International conference on earthquake engineering (2009; Banja Luka). Banja Luka, Republic of Srpska, B&H: N.I.G.D. Nezavisne novine, d.o.o., 2009. P. 27–54.
Aptikaev F., Neuman-Shebalin’s paradox. Proc. of the 9th General Assembly of Asian Seismological Commission, 2012. Ulaan Baatar, Mongolia. P. 68.
Aptikaev F.F. The Correlation between MM-Intensity, Relative Duration of Shaking and Peak Acceleration // Newsletter EERI, March, 1977.
Aptikaev F.F. The Parameterization of Strong-Motion Records/ Proc. of 23th General Assambly of IASPEI. Symp. No 8. Tokyo, Japan, 1985.
Aptikaev F.F., Erteleva, O.O. Accuracy of seismic treatments using source models // Proc. of XIV WCEE, 2008. CD, ID 03-01-0011.
Aptikaev F.F., Kopnichev Yu.F. Corellation of strong ground motion with earthquake mechanism // Proc. 7th WCEE. Istanbul, Turkey, 1980. Geosci. Aspects. Pt. 1,Vol. 1. Pp. 107–110.
Arias A. A measure of earthquake intensity // Seismic Design for Nuclear Power Plants (ed. R.J. Hansen).Cambridge, Massachusetts, USA: MIT Press, 1970. P. 438–483.
ASCE/SEI Standard 7-10. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE/SEI Standard 7–10 Reston, Virginia, 2013. 636 p.
Ashford S.A., Jakrapiyanum W., Lukkunaprasit P. Amplification of earthquake ground motions in Bangkok // Proc. 12th WCEE, 2000, Paper No.1466
Baker J.W. Conditional Mean Spectrum: Tool for Ground-motion Selection // J. of Structural Engineering, 2010. 137(3). P. 322–331. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000215
Bazzurro P., Cornell C.A. Vector-valued probabilistic seismic hazard analysis (VPSHA) // Proc. of the 7th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Boston, Massachusetts, 21–25 July 2002.
Beresnev I. A. Nonlinearity at California generic soil sites from modeling recent strongmotion data // Bull. Seismol. Soc. Am. 2002Vol. 92. P. 863–870. DOI: 10.1785/0120000263
Bindi D., Cotton F., Kotha S. R., Bosse C., Stromeyer D., Grünthal G. Application-driven ground motion prediction equation for seismic hazard assessments in non-cratonic moderate-seismicity areas // Journal of Seismology. 2017. P. 1201–1218. DOI: 10.1007/s10950-017-9661-5
Bolt B.A. Duration of strong ground motion/ Proc. 5th WCEE, Rome, 1973. Vol.1. P. 94–102.
Bommer J.J, Stafford P.J, Alarcon J.E. Empirical equations for the prediction of the significant, bracketed, and uniform duration of earthquake ground motion // Bull. Seismol. Soc. Am. 2009. Vol. 99, no. 6. P. 3217–3233 DOI: 10.1785/0120080298
Bommer J. J., Martínez-Pereira A. The effective duration of earthquake strong motion // J. Earthq. Eng. 1999. Vol. 3, no. 2. P. 127–172. DOI: 10.1080/13632469909350343
Boore D. Simulation of Ground Motion Using the Stochastic Method // Pure and Applшув Geophysics. 2003. Vol. 160. P. 635–676. DOI: 10.1007/PL00012553
Boore D. Stochastic simulation of high-frequency ground motion based on models of the radiated spectra // Bull. Seismol. Soc. Am. 1983. Vol. 7. Pp. 1865-1894.
Boore D. M., Stewart J. P., Seyhan E., Atkinson G. M. NGA-West 2 equations for predicting PGA, PGV, and 5%-damped PSA for shallow crustal earthquakes // Earthquake Spectra. 2014. Vol. 30, no. 3. P. 1057–1085. DOI: 10.1193/070113EQS184M
Bozorgnia Y., Campbell K.W. Vertical ground motion model for PGA, PGV, and linear response spectra using the NGA-West2 database // Earthquake Spectra. 2016. Vol. 32, no. 2. P. 979–1004. DOI: 10.1193/072814EQS121M
Bureau G.J. Near-source peak ground acceleration // Earthquake Notes, 1981, v.52, №1. P. 81.
Campbell K.W. Near-source attenuation of peak horizontal acceleration // Bull. Seismol. Soc. Am. 1981. Vol. 71, no. 6. P. 2039–2070.
Chiaruttini C., Crosila F., Siro L. Some maximized acceleration analysis of the 1976 Friuli earthquakes // Boll. Geof. Teor. Appl., XXI, 1979. P. 38–52.
Chiaruttini C., Siro L. The correlation of peak ground horizontal acceleration with magnitude, distance,and seismic intensity for Friuli and Ancona, Italy and the Alpide belt // Bull. Seismol. Soc. Am., 1981. Vol. 71, no. 6. P. 1993–2009.
Chopra A. K. Elastic response spectrum: a historical note // Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 2007. Vol. 36. P. 3–12. DOI: 10.1002/eqe.609
CSA. Standard N289.3-10. Design Procedures for Seismic Qualification of Nuclear Power Plants. Mississauga, Ontario, 2010. 106 p.
Duke C.M. Johnsen K.E., Larson L.E., Engman D.C., Effects of site classification and distance on instrumental indices in the San Fernando earthquake. Rpt. UCLA-ENG-7247, Los Angeles, 1972. 50 p.
Eurocode 8. Design of structures for earthquake resistance, 2002. 197 p.
García-Soto A.D., Jaimes M. A. Ground-motion prediction model for vertical response spectra from Mexican interplate earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Am. 2017. Vol. 107, no. 2. P. 887-900. DOI: 10.1785/0120160273.
Graizer V., Kalkan E. Modular filter based approach to ground motion attenuation modeling // Seismol. Res. Let. 2011, Vol. 82, no. 1 P. 21–31. DOI: 10.1193/1.4000140
Graizer V., Kalkan E. Prediction of spectral acceleration response ordinates based on PGA attenuation // Earthquake Spectra. 2009. Vol. 25, no. 1, 2009. P. 39–69. DOI: 10.1193/1.3043904
Graizer V.M., Kalkan E. Ground Motion Attenuation Model for Peak Horizontal Acceleration from Shallow Crustal Earthquakes // Earthquake Spectra. 2007. Vol. 23, no. 3. P. 585–613. DOI: 10.1193/1.2755949
Graizer V., Kalkan E. Summary of the GK15 ground-motion prediction equation for horizontal PGA and 5% damped PSA from shallow crustal continental earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Am. 2016. Vol. 106, no. 2. P. 687–707. DOI: 10.1785/0120150194
Green R.A., Lee J., Cameron W., Arenas A. Evaluation of various definitions of characteristic period of earthquake ground motions // 5th International conference on earthquake geotechnical engineering, 2011. January 10–13, Santiago, Chile, paper No. EOFGR
Gülerce Z., Kamai R., Abrahamson N.A., Silva W.J. Ground motion prediction equations for the vertical ground motion component based on the NGA-W2 database // Earthquake Spectra. 2017. Vol. 33, no. 2. P. 499–528. DOI: 10.1193/121814EQS213M
Hancock J., Bommer J.J. A state-of-knowledge review of the influence of strong-motion duration on structural damage // Earthquake Spectra. 2006. Vol. 22,no. 3. P. 827–845. DOI: 10.1193/1.2220576.
Hanks T.S., Johnson D.A. Geophysical assessment of peak accelerations // Bull. Seismol. Soc. Am. 1976. Vol. 66. P. 659–968.
Husid R. Gravity effects on the earthquake response of yielding structures. PhD. Thesis. Calif. Inst. Tech., Pasadena, 1967. 161 p.
Kalkan E., Chopra A.K. Practical guidelines to select and scale earthquake records for nonlinear response history analysis of structures: U.S. Geological Survey Open-File Report 2010–1068, 2010. 124 p.
Kempton J.J., Stewart J.P. Prediction equations for significant duration of earthquake ground motions considering site and nearsource effects // Earthquake Spectra. 2006. Vol. 22, no. 4. P. 985–1013. DOI:10.1193/1.2358175
Kramer S.L. Geotechnical Earthquake Engineering. University of Washington, Pearson Education, 2009. 654 p. ISBN 9780133749434
Kuehn N.M., Scherbaum F., Riggelsen C. Deriving empirical ground-motion models: Balancing data constraints and physical assumptions to optimize prediction capability // Bull. Seismol. Soc. Am. 2009. Vol. 99, no. 4. P. 2335–2347. DOI: 10.1785/0120080136
Lasley S., Rodriguez-Marek A., Breen R.A. Number of equivalent stress cycles for liquefaction evaluations in active tectonic and stable continental regimes // J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2017, Vol. 143, no. 4. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001629
Lee V.W., Manić M., Bulajić B., Herak D., Herak M., Stojković M. and Trifunac M.D. Microzonatiom of Banja Luka for performance-based earthquake-resistant design // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2015. Vol. 78. P. 71–88. DOI: 10.1016/j.soildyn.2014.06.035
Lee W.H.K., Bennett R.E., Meagher K.L. A method of estimating magnitude of local earthquakes from signal duration. USGS open file report, 1972. 28 p.
Lee Ya-T., Ma K.-F., Wang Yu-Ju, Wen K.-L. An empirical equation of effective shaking duration for moderate to large earthquakes // Natural Hazards. 2015. Vol. 75. P. 1779–1793. DOI 10.1007/s11069-014-1398-7
Li B., Xie W.-Ch., Pandey M.D. Newmark design spectra considering earthquake magnitudes and site categories // Earthquake Engineering And Engineering Vibration. 2016. Vol.15, no. 3. P. 519–535. DOI: 10.1007/s11803-016-0341-1
Malhotra P.K. Smooth Spectra of Horizontal and Vertical Ground Motions // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. Vol. 96, no. 2. P. 506–518. DOI: 10.1785/0120050245
Margaric B., Papazachos C., Theodulidis N., Kologeras I., Skorlatoudis A. Ground motion attenuation relations for shallow earthquakes in Greece // Proc. 12th European Conf. on Earthquake Engineering. 2013. Paper 385.
Matheu E., Yule D.E., Kala R.V. Determination of Standard Response Spectra and Effective Ground Acceleration for Seismic Design and Evaluation. US Army Corps of Engineers, 2005. 16 p.
Mc Guire R.K., Barnhard T.P. The usefulness of ground motion duration in predicting the severity of seismic shaking. Preprint, 1979. 17 p.
Mc Guire R.K., Barnhard T.P. The usefulness of ground motion duration in predicting the severity of seismic shaking // Proc. Second U.S. Conf. Earthquake Eng., 1979. P. 723–722.
Mikhailova N.N., Aptikaev F.F. Some correlation relations between parameters of seismic motions // J. Earthquake Prediction Research. 1996. Vol. 5, no. 2. Moscow-Beijing. P. 257–267.
Murphy J., O’Brien L. The correlation of peak acceleration amplitude with seismic intensity and other physical parameters // Bull. Seiemol. Soc. Am. 1977. Vol. 67, no. 3. P. 877–915.
Neumann R. Earthquake intensity and related ground motion. Seattle Univ., Wash. Press, 1954. 77 p.
NS-G-3.3. IAEA. Safety standards series, 2008. ISBN 978–92–0–404708–0. ISSN 1020–5845. 50 p.
ONR. Nuclear Safety Technical Assessment Guide, Office for Nuclear Regulation, U.K., 2017. NS-TAST-GD-013 Révision 6 TRIM Ref: 2017/469534. 30 p.
Pitilakis K., Gazepis Ch., Anastasiadis A. Design response spectra and soil classification for seismic code provisions/ 13th WCEE, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, 2004. Paper No. 2904.
Priestley M. J. N., Calvi G.M., Kowalsky M.J. Displacement-Based Seismic Design of Structures IUSS Press, Pavia, Italy, 2007. 721 p. ISBN: 9788861980006 8861980007
R.G. 1.60. Design Response Spectra for Seismic Design of Nuclear Power Plants, Standard USNRC, Washington D.C., 2014. 13 p.
Rauch A.F., Martin J.R. EPOLLS model for predicting average displacements on lateral spreads // J. Geotech Eng. 2000. Vol. 126. P. 360–371, DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:4(360)
Roumelioti Z., Beresnev I. A. Stochastic finite-fault modeling of ground motions from the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake: application to rock and soil sites with implications for nonlinear site response // Bull. Seismol. Soc. Am. 2003. Vol. 93. P. 1691–1702. DOI: 10.1785/0120020218
Safety Series №50-56-S1, 1991. 59 p.
Sedaghati F., Pezeshk S. Partially nonergodic empirical ground-motion models for predicting horizontal and vertical PGV, PGA, and 5% damped linear acceleration response spectra using data from the Iranian plateau // Bull. Seismol. Soc. Am. 2017. Vol. 107, no. 2. P. 934–948. DOI: 10.1785/0120160205
Seismological Research Letters,1997. Vol. 68. № 1. DOI: 10.1785/gssrl.68.1.
Silva W. J., Youngs R. R., Idriss I. M. Development of design response spectral shapes for Central and Eastern U. S. (CEUS) and Western U. S. (WUS) rock site conditions // Proceedings of the Organization for Economic Coordination and Development of the Nuclear Energy Agency (OECE-NEA), 2001. Workshop on Engineering Characterization of Seismic Input, Nov. 15–17, 1999/ NEA/CSNI/R(2000) 2. P. 185–268
Soghrat M.R., Ziyaeifar M. Ground motion prediction equations for horizontal and vertical components of acceleration in northern Iran // J. of Seismology. 2017. Vol. 21, no. 1. P. 99–125. DOI: 10.1007/s10950-016-9586-4
Suetomi I., Ishid E., Isoyama R., Goto Y. Amplification factor of peak ground motion using average shear wave velocity of shallow soil deposits // 13th WCEE, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, 2004. Paper No. 448.
Trifunac M.D. Preliminary analysis of the peaks strong earthquake ground motion-dependence of peaks on earthquake magnitude, epicentral distance, and recording site conditions// Bull. Seismol. Soc. Am. 1976. Vol. 66, no. 1. P. 132–162.
Trifunac M.D., Ivanovi, S.S. Reoccurrence of Site Specific Response inFormer Yugoslavia – Part II: Friuli, Banja Luka and Kopaonik // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2003. Vol. 23, no. 8. P. 663–681. DOI: 10.1016/j.soildyn.2003.07.002
Trifunac M.D., Todorovska M.I. Long period microtremors, microseisms and earthquake damage: Northridge, CA, earthquake of 17 January 1994 // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2000. Vol. 19, no. 4. P. 253–267. DOI: 10.1016/S0267-7261(00)00013-0
Vacareanu R., Marmureanu G., Pavel F., Neagu C., Cioflan C.O., Aldea A. Analysis of soil factor S using strong ground motions from Vrancea subcrustal seismic source // Romanian Reports in Physics, 2014. Vol. 66, no. 3. P. 893–906. DOI: 10.12989/eas.2014.6.2.141
Wells D.L., Coppersmith K.J. New empirical relationships among magnitude, rupture length rupture width, rupture area, and surface displacement // Bull. Seismol. Soc. Am. 1994. Vol. 84, no. 4. P. 974–1002.
Yamada M., Olsen A., Heaton T. Statistical features of short- and long-period near-source ground motion // Bull. Seismol. Soc. Am. 2009. Vol. 99, no. 6. P. 3264 - 3274. DOI: 10.1785/0120090067
Сведения об авторах:
ЭРТЕЛЕВА Ольга Олеговна – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10. Тел.: (499) 254-24-85. E-mail: ertel@ifz.ru
АПТИКАЕВ Феликс Фуадович – доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10. Тел.: (499) 254-24-85. E-mail: felix@ifz.ru
APPLICATION OF THE THEORY OF DIMENSIONS AND SIMILARITY AT THE SEISMIC TREATMENTS ASSESSMENTS
O.O.Erteleva, F.F.Aptikaev
Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Abstract. The problem of a seismic treatment task in Building codes is considered. The analysis of some definitions used in earthquake engineering in Russia and abroad is carried out. The discrepancy is revealed between considered definitions and empirical data and the theory of dimensions and similarity. Despite of the achievements of a modern seismology in the theoretical questions and of the representative strong ground motion database also, the seismic treatment task is still based on various assumptions which have been made during an era of formation of earthquake engineering. Many of these assumptions were made with violation of the rules of the theory of dimensions and similarity. These errors are presented also to the modern Building codes. For example, determination of magnitude, duration of vibrations, quality factor, the accelerations and some other used in normative documents were insecure. It is bound to the fact that many definitions, fair at small deformations, were insecure at large deformations. Huge harm is done by terminological confusion: definitions of some characteristics, for example, of vibration duration or the vibration period depend on the considering problem. Sometimes one term designates physical values with various definitions. The serious errors are related with the definitions of some ground motion characteristics, incorrect from the physical point of view. As the result the wrong definitions can lead to incorrect results of engineering calculations. The dimensionless parameters describing the seismic ground motion are considered. According to the theory of dimensions and similarity the dimensionless quantities do not depend on phenomenon scale. Use of such dimensionless characteristics of seismic treatments as coefficient of dynamic amplification, deformation, response spectra, a shape of oscillation envelope etc. increases accuracy of calculations much more.
Keywords: earthquake source, magnitude, deformation, ground motion parameters, response spectrum, vibration duration.
About the authors:
ERTELEVA Olga Olegovna - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences. 123242, Moscow, D-242, ul. Bolshaya Gruzinskaya, 10. Tel .: (499) 254-24-85. E-mail: ertel@ifz.ru
APTIKAEV Felix Fuadovich - Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Chief Researcher. Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences. 123242, Moscow, D-242, ul. Bolshaya Gruzinskaya, 10. Tel .: (499) 254-24-85. E-mail: felix@ifz.ru
Cite this article as: O.O. Erteleva, F.F. Aptikaev. Application of the theory of dimensions and similarity at the seismic treatments assessments, Voprosy Inzhenernoi Seismologii (Problems of Engineering Seismology), 2018, Vol. 45, No. 1, pp. 59–72. [in Russian]. DOI:10.21455/VIS2018.1-6
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.