Расчетные сейсмические воздействия

8.2.1 В расчетах прочности подпорных гидротехнических сооружений по одномерной (консольной) и двухмерной схемам следует учитывать горизонтальные сейсмические воздействия (по направлениям вдоль и поперек оси сооружения); в расчетах по пространственной схеме целесообразно учитывать также наклонные сейсмические воздействия, имеющие те же направления в плане и угол наклона к горизонтальной плоскости 30°.

В расчетах устойчивости гидротехнических сооружений следует учитывать наиболее опасное горизонтальное или наклонное, направленное под углом 30° к горизонтальной плоскости, сейсмическое воздействие. При этом значение модуля вектора сейсмического ускорения основания принимается равным А.

8.2.2 В общем случае расчета гидротехнических сооружений проекцию S_ikj на направление j сейсмической нагрузки S_ik при i-й форме колебаний, действующей на элемент весом Q_k, отнесенный к точке к сооружения, определяют по формуле

S_ikj = K₁K₂Q_kAK_yb_ih_ikj, (13)

а коэффициент h_ikj - по формуле

(14)

где u_ikj - проекции перемещений точек k по трем (j = 1; 2; 3) взаимно ортогональным направлениям;

- косинусы углов между направлениями вектора сейсмического воздействия, определяемыми по 8.2.1, и перемещений u_ikj;

Q_k - вес элемента сооружения, отнесенный к точке k, при этом необходимо учитывать присоединенную массу воды в соответствии с 8.2.4.

Значения коэффициентов, входящих в формулу (13), следует принимать равными:

К₂ - для подпорных сооружений всех типов высотой до 60 м - 0,8, высотой свыше 100 м - 1; в интервале между этими значениями высот - линейной интерполяцией; для остальных сооружений - 1;

K₁ = 0,25;

K_y - для грунтовых сооружений при сейсмичности площадки строительства 7 и 8 баллов - 0,7; при сейсмичности площадки строительства 9 баллов - 0,65;

K_y - для бетонных и железобетонных подпорных сооружений при сейсмичности 7 и 8 баллов - 1, при сейсмичности 9 баллов - 0,8;

b_i - по формуле (3) или (4).

Во всех случаях произведения K_yb_i следует принимать не менее 0,8.

Для подпорных гидротехнических сооружений класса I расчетное сейсмическое воздействие, характеризуемое вектором ускорения А, увеличивают на 20 %.

8.2.3 В расчетах гидротехнических сооружений по одномерной схеме при горизонтальном и наклонном направлениях сейсмического воздействия горизонтальную сейсмическую нагрузку следует определять по формулам (1) и (2), причем в случае наклонного сейсмического воздействия величину А при определении горизонтальной составляющей сейсмической нагрузки в формуле (2) следует умножать на 0,87, а при определении вертикальной составляющей - на 0,5 и принимать значение b_ih_ik = 1.

8.2.4 Вес погруженного в воду элемента Q_k сооружения следует определять без учета взвешивающего действия воды. Массу воды в порах и полостях этого элемента следует учитывать как дополнительный вес. При учете инерционного влияния воды к величине Q_k следует прибавлять вес присоединенной массы воды, равный m_вg, где т_в - присоединенная масса воды, определяемая в соответствии с 8.2.14 - 8.2.15; g - ускорение силы тяжести.

8.2.5 При расчетах гидротехнических тоннелей и других подземных сооружений следует учитывать раздельно сейсмическое давление, вызванное изменением напряженного состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн, а также сейсмические нагрузки от собственного веса Q_k сооружения, определяемые по формуле

S_k = AK₁Q_kK_h, (15)

и от веса Q_П соответствующего породного свода, определяемые по формуле

S_П = AK₁Q_ПK_h, (16)

где K_h - коэффициент, зависящий от глубины h заложения сооружения. При глубине заложения до 100 м величина K_h изменяется линейно от 1 до 0,5, а при глубине заложения больше 100 м величину K_h следует принимать равной 0,5.

Сейсмическую нагрузку на скальные массивы, образующие береговые склоны, следует определять по формуле (16) при K_h = 1.

8.2.6 Сейсмические нагрузки на жесткие массивные сооружения типа оградительных портовых сооружений, бетонных водосливных плотин на нескальных основаниях следует определять как для твердого тела на упругом основании.

8.2.7 Расчет на сейсмические воздействия гидротехнических тоннелей следует выполнять в соответствии с 8.2.5 с учетом гидродинамического давления, определяемого в соответствии с 8.2.17.

8.2.8 Активное q_c и пассивное давление несвязного грунта на подпорные стены, плотины, подземные части других гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия следует определять по формулам:

(17)

где

При горизонтальном направлении сейсмического воздействия

При наклонном направлении сейсмического воздействия:

где r - плотность грунта;

Н - глубина рассматриваемой точки грани стены ниже поверхности грунта;

q - угол наклона грани стены к вертикали;

a - угол наклона поверхности грунта к горизонту;

j - угол внутреннего трения грунта;

d - угол трения грунта по стене;

e = arctgAK₁ - угол отклонения от вертикали равнодействующей плотности грунта r и сейсмической силы rgAK₁;

g - ускорение силы тяжести.

В случае определения активного q_с и пассивного давления водонасыщенного грунта на подпорные стены в формулы следует вводить вес взвешенного грунта (r - r_B)g, а сейсмическую силу r_насgAK₁ следует определять по плотности насыщенного грунта; при этом угол отклонения равнодействующей равен

(18)

где r_в - плотность воды.

Давление насыщающей грунт воды на стену следует определять так же, как и в статическом расчете.

В случае расположения грунта под водой следует учитывать сейсмическое давление воды на его поверхность, равное сейсмическому давлению воды на стену на той же глубине. При углах a менее 10° допускается приближенно принимать (r - r_в)gH + р вместо (r - r_в)gH, где р - давление воды на поверхность грунта.

Примечание - При определении активного давления р > 0, а при определении пассивного давления р < 0.

8.2.9 Для сооружений, расчет которых выполняется по одномерной (консольной) схеме, следует учитывать не менее трех форм собственных колебаний, а для сооружений, расчет которых выполняется по двухмерной схеме, следует учитывать не менее 10 форм колебаний для бетонных плотин и не менее 15 форм - для плотин из грунтовых материалов.

8.2.10 Для определения сейсмических нагрузок при обосновании строительства гидротехнических сооружений классов I и II и при проектировании сооружений классов III и IV допускается учет только низшего тона колебаний и приближенной формы деформации сооружений, соответствующей этому тону.

Сейсмическую нагрузку на сооружения, расчет которых выполняется по одномерной (консольной) схеме, следует определять по формулам (1) и (2), при этом коэффициенты h_ik допускается вычислять по формуле (6).

8.2.11 В расчетах устойчивости сооружений инерционные нагрузки на сдвигаемую часть нескального основания следует определять при ускорениях перемещения основания, равных АK₁.

8.2.12 Для гидротехнических сооружений из грунтовых материалов должна проводиться проверка устойчивости откосов на сдвиг по круглоцилиндрическим, ломаным или другим поверхностям скольжения согласно нормам проектирования этих сооружений. При расчетах сейсмических нагрузок на сооружения по двухмерным и трехмерным схемам для проверки устойчивости откосов допускается использовать расчетные ускорения a_pkj в точках k сооружения, определяемых по формуле

(19)

8.2.13 В расчетах гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие при определении периодов собственных колебаний и сейсмических нагрузок следует учитывать инерционное влияние воды.

8.2.14 Горизонтальную присоединенную массу воды т_в для гидротехнических сооружений (кроме перечисленных в 8.2.15), приходящуюся на единицу площади их поверхности, следует определять по формуле

т_в = r_вhmy, (20)

где r_в - плотность воды;

h - глубина воды у сооружения;

m - безразмерный коэффициент присоединенной массы воды, определяемый по таблице 11;

y - коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый для l/h ³ 3 равным 1, а для l/h < 3 - по таблице 12;

l - расстояние между сооружением и противоположным ему берегом водоема (для шлюзов и аналогичных сооружений - между противоположными стенками конструкции) на глубине 2/3h от свободной поверхности воды.

Примечания

1 Для предварительного выбора характера колебаний сооружения по таблице 11 следует учитывать для бетонных и железобетонных плотин на нескальном основании колебания вращения и сдвига сооружения как жесткого тела, на скальном основании - деформации изгиба и сдвига, а для плотин из грунтовых материалов - деформации сдвига. В качестве расчетного следует принимать характер колебаний, приводящих к получению максимального значения присоединенной массы воды.

2 Если вода находится с двух сторон сооружения, ее присоединенную массу следует принимать равной сумме присоединенных масс воды, определяемых для каждой из сторон сооружения.

8.2.15 Для отдельно стоящих сооружений типа водозаборных башен, опор мостов и свай присоединенную массу воды, приходящуюся на единицу длины конструкции, т_в следует вычислять по формуле

т_в = r_вd²m (21)

где d - диаметр круглого или размер стороны квадратного поперечного сечения сооружения, м;

m - коэффициент, определяемый по таблице 11.

Примечание - Присоединенную массу воды т_в на единицу длины сваи при поперечных ее колебаниях допускается принимать равной массе воды, эквивалентной объему единицы длины сваи.

Таблица 11 - Коэффициенты, учитывающие характер движения сооружения

Характер движения сооружения	Коэффициенты
m	D	W	c
1 Колебания вращения недеформируемого сооружения с вертикальной напорной гранью на податливом основании при zc ¹ h
2 Горизонтальные поступательные перемещения недеформируемых сооружений:
с вертикальной напорной гранью	R	R	0,543	0,6
с наклонной напорной гранью	R sin3Q	R sin2Q	0,543 R sinQ	0,6
3 Горизонтальные поступательные перемещения недеформируемых сооружений с вертикальной напорной гранью в V-образном ущелье	m1	D=m1	-	-
4 Горизонтальные изгибные колебания сооружений консольного типа с вертикальной напорной гранью		R + C1(a - 1)	-	-
5 Горизонтальные сдвиговые колебания сооружений консольного типа с вертикальной напорной гранью		aR - C2(a - 1)	-	-
6 Горизонтальные колебания отдельно стоящих вертикальных сооружений типа водозаборных башен, опор мостов, свай с круглой формой поперечного сечения.
7 То же, с квадратной формой поперечного сечения
Примечания 1 Коэффициенты R, G, m1, С1, С2, С3 принимаются по таблице 13; z - ордината точки напорной грани, для которой вычисляется значение присоединенной массы воды (начало координат принимается на уровне водной поверхности); zc - ордината центра вращения, определяемая из расчета сооружения без учета влияния водной среды; Q - угол наклона напорной грани к горизонтали: d1 - диаметр поперечного сечения, м; d2 - сторона квадрата поперечного сечения, м; а - отношение ускорения гребня, определяемого из расчета плотины без учета влияния водной среды, к величине АК1. 2 В случае если угол наклона напорной грани Q ³ 75°, значения безразмерных коэффициентов принимаются как для вертикальной напорной грани. 3 Значение безразмерного коэффициента m1 для ключевого сечения симметричных арочных плотин принимается по таблице 13. Для остальных сечений арочной плотины значения этого коэффициента увеличиваются линейно до 1,3m1 в пятах. 4 Для случаев, не предусмотренных таблицей 11, присоединенную массу воды определяют специальными расчетами.

Таблица 12 - Коэффициент y, учитывающий ограниченность длины водоема

Отношение l/h	0,2	0,4	0,6	0,8		1,2	1,4	1,6	1,8		2,5
Коэффициент y	0,26	0,41	0,53	0,63	0,72	0,78	0,83	0,88	0,9	0,93	0,96

Таблица 13 - Коэффициенты, принимаемые в зависимости от отношения z/h

Коэффициенты	Отношение z/h
0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
R	0,23	0,36	0,47	0,55	0,61	0,66	0,7	0,72		0,74
G	0,12	0,23	0,34	0,45	0,55	0,64	0,72	0,79	0,83	0,85
	0,22	0,38	0,47	0,53	0,57	0,59	0,61	0,62	0,63	0,68
0,22	0,35	0,41	0,46	0,49	0,52	0,53	0,54	0,54	0,55
0,21	0,29	0,35	0,38	0,41	0,43	0,44	0,45	0 45	0,44
	0,08	0,15	0,18	0,22	0,23	0,23	0,22	0,2	0,18	0,15
0,07	0,09	0,1	0,1	0,09	0,08	0,07	0,07	0,06	0,06
0,04	0,09	0,13	0,18	0,23	0,28	0,34	0,38	0,42	0,43
0,86	0,73	0,59	0,46	0,34	0,23	0,14	0,06	0,02
Примечание - b - ширина ущелья на уровне волной поверхности.

8.2.16 В расчетах прочности и устойчивости безнапорных сооружений допускается учитывать сейсмическое давление воды, определяемое по формулам:

а) для жестких массивных оградительных и причальных портовых гидротехнических сооружений:

(22)

б) для отдельно стоящих сооружений, перечисленных в 8.2.15:

(23)

где p - ординаты эпюры гидродинамического давления, отнесенного к единице площади поверхности сооружения;

р₀ - то же, отнесенного к единице высоты отдельно стоящего сооружения;

Р - суммарное гидродинамическое давление на единицу длины сооружения;

Р₀ - то же, на отдельно стоящее сооружение;

h₀ - глубина погружения точки приложения равнодействующей гидродинамического давления;

D, W, c - коэффициенты, определяемые по таблице 11.

Примечание - Если вода находится с двух сторон сооружения, гидродинамическое давление следует принимать равным сумме абсолютных значений гидродинамических давлений, определенных для каждой из сторон сооружения.

8.2.17 В напорных водоводах гидродинамическое давление р_макс следует определять по формуле

(24)

где С_в - скорость звука в воде, равная 1300 м/с;

Т₀ - преобладающий период сейсмических колебаний грунта, величина которого принимается равной 0,5 с.

8.2.18 При расчете гидротехнических сооружений на вертикальную составляющую сейсмического воздействия следует учитывать дополнительное сейсмическое давление воды р_доп (ординаты давления) на наклонные грани

сооружений, определяемое по формуле

р_доп = 0,5r_вgzAK₁sinQ, (25)

где z - расстояние от рассматриваемого сечения до водной поверхности;

Q - угол наклона напорной грани к вертикали.

8.2.19 Высоту гравитационной волны, м, возникающей в водохранилище в случае образования в нем сейсмотектонических деформаций при землетрясениях интенсивностью J = 6-9 баллов, учитываемую при назначении превышения гребня плотины над расчетным горизонтом воды, Dh следует определять по формуле

Dh = 0,4 + 0,76(J - 6). (26)

8.2.20 При расчете гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия, направленного вдоль напорного фронта сооружения, влияние водной среды допускается не учитывать.