Предотвращение или нейтрализация резонанса - рассогласование собственной частоты системы с частотой внешнего действия или организация противодействия.
Одна из наиболее трагических страниц в истории стихийных бедствий - землетрясение в Мехико 1985 года. Это землетрясение было чрезвычайно разрушительно. Как установили американские эксперты, возникшие во время землетрясения колебания случайно совпали с собственными колебаниями почвы под многими частями города, а также с собственными колебаниями многих зданий. Чрезвычайная длительность землетрясения способствовала развитию резонансных явлений, которые и привели к разрушению зданий (резонанс усилил вредное воздействие в 6 раз, что превысило предел устойчивости зданий, даже сейсмостойких). И это почти независимо от того, были ли разрушенные здания старой постройки или новые. Главной причиной разрушения зданий, в большинстве случаев, была частота их собственных колебаний. Отсюда практический вывод: при строительстве новых зданий в сейсмической зоне следует неуклонно следить за тем, чтобы собственные колебания зданий не совпадали с собственными колебаниями грунта, - таким путем удастся значительно смягчить резонансный эффект.
В начале текущего года институт сейсмологии республики Киргизия дал прогноз по сейсмической ситуации в регионе на ближайшие 8-10 лет. Ситуация угрожающая и для Бишкека, и для Алматы.
Аналогичный прогноз высказали американские эксперты на Международном совещании по сейсмическому риску, которое проходило в г.Алматы в октябре 1996 года. Они прогнозировали возможность сильного землетрясения в ближайшие 25 (теперь уже 14) лет.
Какими же методами сейсмозащиты обладает наша Республика за 10-14 лет до прогнозируемого катаклизма?
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Существующая система определения степени сейсмического воздействия себя изжила. Она была достаточной 50 лет назад, когда наука сейсмозащиты / сейсмостойкости, как её называют, только начинала свое развитие. В настоящее время, когда в течение 20-25 лет произошел ряд разрушительных землетрясений с катастрофическими последствиями, приходится признать, что теория сейсмостойкости просто не в состоянии обеспечить сейсмическую надежность зданий и безопасность людей.
Определение степени сейсмического воздействия у нас ограничивается учетом ускорений сейсмических волн, которые и берутся за основу при сейсмозащите зданий. Очень важные данные, такие как частотный состав воздействия и его распределение в зависимости от глубины очага и расстояния до эпицентра практически не используются.
Анализ последствий разрушительных землетрясений показал, что существующие подходы просто не пригодны для обеспечения требуемой сейсмозащиты зданий.
О необходимости поиска новых подходов в решении сейсмозащиты застройки было высказано мнение еще на упомянутом международном совещании в 1996 году. Однако это мнение было воспринято участниками из СНГ без энтузиазма т.к. во всех республиках уже были выпущены (или готовы к выпуску) скорректированные СНиПы. Нормы в них отличались от старых тем, что были увеличены на 25% ускорения и повышены требования к прочности конструкции.
В 1982 году на координационном совещании в г.Фрунзе (ныне Бишкек) С.В.Поляков, «бог сейсмики»в СССР, вынужден был признать, что прочностные подходы в сейсмостойком строительстве себя исчерпали и возникает необходимость поиска новых путей. Это самокритичное заявление было подтверждено Спитакским землетрясением в 1988 году. В результате «тихая паника»в среде ученых, а потом всё вернулось «на круги своя». Почему? Потому что не существовало альтернативных научных разработок. Их просто «не видели», если они появлялись. Такой однобокий подход привёл науку в тупик, т.е. проявился кризис сейсмической науки.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Что же такое представляет теория сейсмостойкости и почему она не может обеспечить требуемую людям сейсмическую безопасность?
Теория сейсмостойкости в СССР сформировалась в конце пятидесятых годов прошлого столетия. За основу был принят Спектральный метод расчёта зданий на сейсмические воздействия и, как результат в 1961 году выпущен СНиП.
Спектральный метод основан на построении кривой стандартного спектра ускорений, регистрируемых при землетрясениях. Кривая определяет зависимость между нормируемыми ускорениями зданий с одной степенью свободы и его периодом собственных колебаний. Как видно, метод использует только ускорения сейсмических волн в различных средах т.е. силовую составляющую сейсмического воздействия. Частотный состав землетрясений не принимается во внимание.
Теория сейсмостойкости в подходах по сейсмозащите зданий, на наш взгляд, совершает две основных ошибки.
1. Поскольку спектральным метод учитывает только силовую составляющую землетрясения то он «не знает»о спектре частот воздействия и не защищает здания от вхождения в резонанс с преобладающими частотами на рассматриваемом участке территории.
Это «незнание»приводит к огромным материальным потерям и является причиной гибели людей.
2. Ошибочное мнение о том, что только верхние слои, несколько десятков метров грунта, определяют степень сейсмического воздействия привели к желанию учитывать снижение сейсмической силы за счет деформативных свойств грунтов, что привело к значительному занижению расчетной нагрузке (до 50% ).
/Обноснование см. В статье Пределы применимости теории сейсмостойкости на сайте: www. seism. nm. ru /.
Анализ последствий разрушительных землетрясений последней четверти прошлого столетия, показал, что массовые разрушения однотипных по конструктивной структуре зданий происходит от вхождения их в резонанс с частотами воздействия близкими с периодами их собственных колебаний. Это Мехико (1985 г.); Ленинакан, Армения (1988г.); Нефтегорск, Сахалин (1995 г.) и др.
НЕМНОГО О НАУКЕ
Лет тридцать назад в журнале «Наука и техника»была напечатана статья американского доктора технических наук и философии «О норном инстинкте в науке». Сущность этой статьи такова: Учёный крупный или не очень, разрабатывает своё направление или тему всю свою жизнь. Он как - бы «роет нору»и всю жизнь улучшает и облагораживает ее. У него нет ни времени, ни желания вылезти из нее и оглядеться вокруг. Очень незначительная часть учёных покидают «свои норы»и начинают копать новые, т.е. разрабатывать новое направление или тему. Что-то подобное происходит и в нашей сейсмической науке. Ученые не хотят (или не могут) покинуть «свои норы «Как - будто что-то делают, а наука на месте. Прямо, как у В. Высоцкого «Бег на месте общепримеряющий ».
Однако были и исключения. Волонтеры НПО «Меридиан Алматы» на общественных началах взялись за решение назревших проблем по преодолению затянувшегося кризиса в сейсмической науке.
Работу проводили по принципу «от общего к частному». Вначале была разработана концепция «О подготовке застройки города Алматы к разрушительному землетрясению», в которой определились пять руководящих идей и конструктивных принципов их реализации. Одной из основополагающих руководящих идей была идея по разработке нового направления науки, которое может обеспечить сейсмическую безопасность населению районов с высокой сейсмичностью. Кроме этого можно отметить тот факт, что были определены в укрупненных показателях потребные затраты на «подготовку», они (затраты), составили сумму от 800 млрд. до 1,0 триллиона тенге со сроком реализации 8-10 лет.
Аннотация этой концепции была направлена спецпочтой лично акиму г. Алматы, но, по неизвестной причине, оказалась на столе у начальника Департамента ЧС г.Алматы, генерал-майора Халикова Д.К. Следует отдать должное г.Халикову, он для работы по теме «подготовки «привлек научную элиту Алматы; поставил конкретные задачи и пообещал всяческое содействие со стороны Департамента ЧС. Была создана рабочая группа экспертов по разработке программы «Подготовка города Алматы к разрушительному землетрясению». Представители НПО «Меридиан Алматы «взялись за разработку разделов «Подготовка застройки «и «Международные связи ».
Начало было хорошим, а конец как всегда. Через 4,5 месяца работы на расширенном заседании Департамента было принято постановление, в котором одним из основных пунктов было: «подготовить научно основанную концепцию по защите Алматы от землетрясений. Одним словом, с чего начали тем и закончили.
Поскольку научные разработки в НПО были еще «серыми», основные усилия сконцентрировались на них. К работе был привлечен высококвалифицированный физик, ему были, поставлены задачи и он вывел уравнение для резонансного коэффициента динамичности. Используя это уравнение, как базис был создан резонансный метод расчета зданий на сильные сейсмические воздействия. «Обкатывая «резонансный метод расчета, были определены пределы применимости теории сейсмостойкости и уточнены основные принципы резонансной теории. Полученные результаты послужили основой для разработки материала по сравнению принципов действующей теории сейсмостойкости и предлагаемой резонансной теории.
Из сравнения принципов определилась разница в степени сейсмозащиты зданий. Теория сейсмостойкости может обеспечить сейсмическую надежность застройки при интенсивности землетрясений не выше 7 баллов по шкале МSК. Резонансная теория обеспечивает надежность при 9 и выше баллах.
На этом этапе НПО «Меридиан Алматы «имеет следующие разделы разработок:
1. Пределы применимости теории сейсмостойкости (состояние вопроса).
2. Резонансный метод расчета зданий на воздействие сильных землетрясений (теоретический базис).
3.Принципы резонансного подхода по сейсмозащите зданий.
Одним словом аналитические разработки приближаются к завершению и необходимо переходить к этапу экспериментальных исследований.
Материал по сравнению принципов двух теорий был отправлен по двум адресам: Министерство образования и науки и Комитет по делам строительства и коммунального хозяйства.
Департамент науки министерства посчитал целесообразным продолжить научные разработки. Комитет по делам строительства определил нецелесообразность проведения дальнейших научных исследований т.к. действующая теория сейсмостойкости; по мнению их специалистов, полностью удовлетворяет требования сейсмической безопасности в районах с высокой сейсмичностью.
Здесь следует сказать, что директор Департамента мобилизационной подготовки и ЧС акимата г.Алматы господин Искаков Б.Б. в своём интервью «31 телеканалу» в программе «Точки над i» обнародовал интересные цифры. По его словам при сильном землетрясении в окрестностях г. Алматы они ожидают 150 тыс. погибших и 200 тыс. искалеченных жителей город. Если сюда добавить, что 70% застройки и практически вся инфраструктура города будет разрушены, то бросается в глаза несогласованность между разными ведомствами правительства одной и той же страны.
ЧТО ДЕЛАТЬ
Создавшаяся ситуация, на наш взгляд, требует ускоренного решения следующих вопросов.
По техническому разделу:
1. Вернуться к рассмотрению и доработать концепцию по «Подготовке застройки г. Алматы к разрушительному землетрясению» с последующей ее реализацией.
2. Комитету по делам строительства и коммунального хозяйства со следующего /2008/ года обеспечить финансирование научно-исследовательских работ по резонансной теории.
3. Министерству образования и науки открыть финансирование институту Сейсмологии по теме: «Разработка карты сейсмического микрорайонирования территории г. Алматы по новой методологии, учитывающей влияние зон тектонических разломов и спектральных характеристик колебаний грунтов на сейсмический эффект».
Эта программа не была востребована теорией сейсмостойкости, но для резонансной теории она необходима.
По законодательному разделу необходимо разработать и ввести в действие закон, регулирующий сейсмическую безопасность и определяющий персональную финансовую и юридическую ответственность всех организаций участников строительного процесса:
а. Научно исследовательских;
б. Проектных;
в. Строительно-монтажных.
Реализация перечисленных мероприятий создаст возможность государству осуществить конституционное право на жизнь населению районов с высокой сейсмичностью.
***
В ответе на обращение НПО Центр содействия Меридиан-Алматы» директор Департамента науки Министерства образования и науки РК В.Могильный пишет: «действительно сейсмостойкость зданий и сооружений на сегодня является актуальной проблемой для регионов с повышенной сейсмической активностью, поэтому принципы резонансной теории зашиты зданий и сооружений от сильных землетрясений, разрабатываемое НПО, представляют определенный интерес».
Интерес к резонансной теории проявила, в частности, Международная Комиссия по сейсмическому риску» и сейсмостойкому строительству (МК СРСС) Международной Академии Наук (Австрия, г.Инсбрук).
***
Вице-президент Восточно-Европейской Секции Международной Академии Наук, Председатель Международной Комиссии по сейсмическому риску и сейсмостойкому строительству МАН/МСНР, д.гдии., проф., академик МАН Э.Халилов констатирует активное и плодотворное участие представителей Центра содействия «МередианАлматы» в работе экспертной группы Департамента по чрезвычайные ситуациям г.Алматы, в национальных и международных программах по проблемам сейсмостойкого строительства и сейсмической безопасности.
МК СРСС рекомендовал президента Центра содействия «Меридиан Алматы» Анатолия Парамзина, а Вице-президента Центра «Меридиан Алматы» Кима Козырева, ведущего научного сотрудника института географии Петра Плеханова в качестве экспертов по программе «(Новая технология строительства сейсмостойких зданий на основе применения сейсмостойких строительных блоков», представляемой на грат NATO, в рамках партнерской программы NATO «Безопасность посредством науки».
Планируется выполнение данной партнерской программы с участием экспертных групп из трех стран; Азербайджана, Казахстана и Турции. Ведущей организацией выполнения данной программы является Научно-исследовательский институт по прогнозированию и изучению землетрясений Международной Академии Наук, г.Баку. Руководитель программы: д.г-м.и, проф.академик МАН Халилов Э.Н. Содиректорами программы будут являться представители экспертных групп из Турции и Казахстана.
К.В.Козырев, Независимый эксперт по сейсмозащите.