Российские создатели сейсмоизоляции нуждаются в современной экспериментальной базе

В офисе на последнем, пятом этаже поехали столы и стулья, повалился стеллаж. Дом затрясло так, что обрушился сделанный из американских деталей подвесной потолок. Но никто в результате этих разрушений не пострадал. Ведь спроектированное под госпиталь здание со стальным каркасом весом 540 тонн находилось на самой большой в мире сейсмоплатформе E-Defence, специально построенной в местечке Мики под Кобэ для проведения натурных испытаний. Здание подвергалось воздействиям, которые воспроизводились на платформе в соответствии с точной записью четырех реальных землетрясений. При этом под ним поочередно устанавливались наиболее распространенные сейчас резино-металлические и фрикционно-маятниковые сейсмоизоляторы, которые должны снижать воздействующие на здания при землетрясениях ускорения до приемлемых величин.

Результаты этого эксперимента, о которых на прошедшей 1-2 декабря в АО «НИЦ «Строительство» научно-практической конференции по сейсмостойкому строительству  рассказал главный научный сотрудник ООО «ЦКТИ-Вибросейсм», доктор технических наук Вячеслав Беляев, обескуражили японских специалистов. С помощью 650 установленных в здании датчиков они выяснили, что ни один из видов сейсмоизоляции не позволяет снизить воздействующие на здания ускорения до предусмотренных проектом 0,35 g. При горизонтальных колебаниях максимальные поэтажные ускорения составляли 0,5 g, а при наложении вертикальных колебаний они приближались к 1 g.

До сих пор резино-металлические и фрикционно-маятниковые сейсмоизоляторы считались настолько надежными, что проводившие эксперимент исследователи засомневались: а вдруг при другом типе здания результаты испытаний будут иными? Чтобы исключить ошибку, на сейсмоплатформе было построено здание не со стальным, а с железобетонным каркасом, весом 474 тонн, которое подверглось точно таким воздействиям, как и первое. Но и на этот раз закономерности, установленные при испытании первого здания, повторились. Это позволило ученым сделать вывод о том, что использующаяся в настоящее время двухкомпонентная система сейсмоизоляции не обеспечивает защиту от трехкомпонентного сейсмического воздействия.

Трехкомпонентные системы сейсмоизоляции японцы стали разрабатывать с 90-х годов XX-го века, но до сих пор ни одна из них в дело не пошла – слишком велики предъявляемые к этим системам требования. Примерно с того же времени начала создаваться трехкомпонентнаяя система сейсмоизоляции и в России. Тогда были созданы качающиеся изоляторы с воздушными пружинами и высоковязкими демпферами, но практического применения они тоже не получили из-за отсутствия необходимой экспериментальной базы. Как рассказал «СГ» Вячеслав Беляев, в СССР перед перестройкой для испытания сейсмоизоляции было закуплено за рубежом 7 гидравлических стендов грузоподьемностью 100 тонн каждый. Обошлись они стране примерно в 50 миллионов фунтов стерлингов, но ни один из них сейчас не работает. Одни из них после первых же экспериментов были заброшены и превратились в склады, другие полностью демонтированы, а есть и такие, которые до сих пор лежат не распакованными в ящиках. Самый большой в стране стенд на полигоне под Выборгом, на котором можно было испытывать модели весом до 400 тонн, достался исследователям от оборонки. Но финансирование этой стендовой базы еще в прошлом веке было прекращено.

Ситуация с финансированием исследовательских работ по сейсмоизоляции кардинально изменилась после аварии на атомной электростанции «Фукусима-1», когда Международное агентство по атомной энергетике рекомендовало увеличить пиковые ускорения, принимаемые при проектировании новых объектов атомной энергетики в 1,4 – 1,7 раза. Около трех месяцев назад для исследования пружинно-демпферной системы сейсмоизоляции в Санкт-Петербурге началось строительство стенда для испытания моделей весом до 2,5 тысяч тонн. Сейчас бетонируется его основание, к марту планируется закончить бетонные работы. Однако, хотя по грузоподъемности он будет вдвое превосходить рассчитанный на 1200 тонн японский E-Defence, а также американскую сейсмоплатформу в Сан-Диего, по оценке Вячеслава Беляева значительное отставание экспериментальной мощи России от этих стран все равно сохранится.

– Мы делаем некий паллиатив, потому что у нас нет управляемого гидравлического привода, который позволяет воспроизводить акселерограмму землетрясения во всей сложности, – сказал корреспонденту «СГ»  Вячеслав Беляев.

По его словам, причиной того, что российским исследователям после завершения строительства стенда в Санкт-Петербурге удастся создать лишь относительное подобие реального землетрясения, является крайне высокая цена вопроса. В создании стенда под Кобэ участвовала практически вся японская промышленность, за десять лет строительства было израсходовано почти 800 миллионов долларов. Причем самой дорогостоящей частью проекта стали управляемые гидравлические приводы длиной 40 метров и диаметром 2,2 метра, позволяющие перепускать в клапанах 40 тысяч литров масла в минуту. Именно благодаря им и удается воспроизвести все компоненты реального землетрясения, в том числе вращательные. А в российском стенде будут использоваться, в сочетании с вибромашиной, гидравлические приводы, которые, наподобие поршней, будут воспроизводить только поступательные компоненты.

Лишенные возможности воспроизвести на сейсмоплощадке знакопеременное воздействие, которое испытывают здания при реальных землетрясениях, российские разработчики сейсмоизоляторов останутся в неравных условиях со своими зарубежными конкурентами. Это отставание призывал преодолеть ушедший из жизни в этом году один из ведущих сотрудников ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство», руководитель Центра исследований сейсмостойкости сооружений Владимир Смирнов, памяти которого была посвящена конференция. Во вступительной статье к сборнику, вышедшему к этой конференции, он, в частности, писал: «Зарубежные экспериментальные центры в Европе, Америке, Китае, Японии оснащены самым современным силовым оборудованием, домкратами, прессами с вертикальным и горизонтальным нагружением, вибрационными и сейсмическими платформами, измерительной аппаратурой, специальными компьютерными программами для регистрации и анализа результатов испытаний в реальном времени. К сожалению, наш Центр не может похвалиться наличием новинок экспериментального оборудования, поэтому часть экспериментальных исследований нам приходится проводить на зарубежных площадках».

На конференции отмечалось, что Владимир Иосифович наверняка порадовался бы шагам, сделанным для преодоления этого отставания. Но, безусловно, ограничиваться сделанным нельзя.  Надо идти дальше и создавать современную экспериментальную базу для совершенствования систем сейсмоизоляции.

Алексей ТОРБА

«Строительная газета», 9 декабря 2016 г. (в сокращении)

На снимках: главный научный сотрудник ООО «ЦКТИ-Вибросейсм», доктор технических наук Вячеслав Беляев; руководитель Центра исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» Владимир Смирнов, памяти которого была посвящена научно-практическая конференция по сейсмостойкому строительству; участники конференции почтили память   В.И. Смирнова минутой молчания

Фото участников конференции – автора