Шаруваті бетонно-гумові конструкції для захисту будівель від вібрацій та сейсмічних навантажень.

Abstract

UK: У статті розглянуто актуальну проблему сейсмічного захисту будівель і інженерних споруд із особливим акцентом на використанні періодичних матеріалів для розроблення інноваційних систем сейсмоізоляції та віброзахисту. Зазначено, що традиційні рішення сейсмоізоляції, зокрема гумометалеві опори, мають низку обмежень, таких як значні відносні переміщення під час сильних сейсмічних впливів, можливе погіршення характеристик з часом, а також недостатня ефективність у вертикальному напрямку. Цей недолік є особливо критичним для об’єктів підвищеної відповідальності, зокрема конструкцій атомних електростанцій, де вертикальна складова сейсмічної дії суттєво впливає на безпеку споруди [1]. У статті досліджено потенціал періодичних матеріалів і інженерних конфігурацій фундаментів, здатних формувати заборонені зони для сейсмічних хвиль у визначених діапазонах частот, що дає змогу послаблювати або блокувати їх поширення в ґрунтовому масиві та фундаментній системі. Особливу увагу приділено проєктуванню, чисельному моделюванню одновимірних і двовимірних періодичних фундаментів, а також оцінюванню їхньої роботи за різних сценаріїв збудження. Наведено результати випробувань на вібростендах і в польових умовах, які підтверджують ефективність таких систем у зниженні динамічних навантажень, амплітуд коливань та передавання енергії на надземні конструкції. Мета статті полягає у всебічному аналізі теоретичних, чисельних і експериментальних досліджень у галузі періодичних матеріалів для створення систем сейсмоізоляції, що потребують мінімального або взагалі не потребують постійного обслуговування та забезпечують суттєве зменшення відносних переміщень. Зокрема, дослідження зосереджене на верифікації базової теорії, уточненні ключових параметрів проєктування та визначенні умов, за яких такі системи досягають максимальної ефективності в практичних застосуваннях. Висновок. Проведений аналіз підтверджує, що періодичні фундаменти є перспективним та ефективним підходом до зменшення пошкоджень конструкцій від сейсмічних збуджень. Отримані результати можуть бути використані для розроблення практичних рекомендацій, розрахункових методик і проєктних настанов щодо впровадження цієї інноваційної технології в практику цивільного будівництва [2].

EN: The article addresses the pressing problem of seismic protection for buildings and engineering structures, with a special emphasis on the use of periodic materials to develop innovative seismic isolation and vibration mitigation systems. It is noted that conventional seismic isolation solutions, including rubber – metal bearings, have several limitations, such as large relative displacements under strong ground motions, potential degradation over time, and insufficient effectiveness in the vertical direction. This shortcoming is particularly critical for high-responsibility facilities, including nuclear power plant structures, where vertical seismic components can significantly influence structural safety [1]. The article explores the potential of periodic materials and engineered foundation configurations capable of creating band gaps for seismic waves within specific frequency ranges, thereby attenuating or blocking their propagation through the soil and the foundation system. Special attention is devoted to the design, numerical modeling of one-dimensional and two-dimensional periodic foundations, as well as to evaluating their performance under different excitation scenarios. The results of shake-table tests and field experiments are reviewed, confirming the effectiveness of such systems in reducing dynamic loads, vibration amplitudes, and energy transfer to superstructures. The purpose of the article is to provide a comprehensive analysis of theoretical, numerical, and experimental research on periodic materials aimed at developing seismic isolation systems that require minimal or no continuous maintenance while significantly reducing relative displacements. In particular, the study focuses on validating the underlying theory, refining key design parameters, and identifying the conditions under which these systems achieve maximum efficiency in practical applications. Conclusion. The analysis confirm that periodic foundations represent a promising and effective approach for mitigating structural damage caused by seismic excitations. The research findings can be used to develop practical recommendations, calculation procedures, and design guidelines for implementing this innovative technology in civil engineering practice [2].