Analiza charakterystyk drgań gruntu wraz z funkcją przejścia drgań na budynki

Analiza charakterystyk drgań gruntu wraz z funkcją

przejścia drgań na budynki

Izabela Jaśkiewicz-Proć

KGHM CUPRUM sp. z o.o. – CBR, ul. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław, i.jaskiewicz@cuprum.wroc.pl

Streszczenie

W referacie przedstawiono analizę współczynników relacji budynek-grunt. W tym celu wyzna-czono parametry drgań po wstrząsach górniczych z kopalni ZG Rudna, jakie były rejestrowa-ne w mieście Polkowice, zarówno na gruncie jak i w budynku. Próbowano znaleźć przyczynę, która wpływa na amplifikację bądź tłumienie drgań w budynkach po wstrząsach górniczych. W pierwszej części badano rozkłady współczynników relacji w zależności od odległości epi-centralnej z podziałem na wielkości energii sejsmicznej, w drugiej części wyznaczone para-metry podzielono na różne grupy, co pokazało, że największy wpływ ma sama wielkość bu-dynku, jaki jest poddawany drganiom.

Słowa kluczowe: interakcja dynamiczna grunt – budynek, parametry drgań

The analysis of ground vibration with transfer function

of vibration on the building

Abstract

The article presents the analysis connection of rates between a building and ground. With this end in view the parameters after mining tremors in the Rudna mine have been calculated. The vibration parameters were recorded in Polkowice town both on the ground and in the building. There was an attempt to find the cause that affected the amplification or damping. The first part of the paper is devoted to the analysis of connection rates distribution depending on the epicenter distance with division of seismic energy. The second part of the paper is concerned with different groups of parameters. The analysis of groups’ parameters has shown that the greatest influence on the amplification has the size of the building which is affected by vibration.

Key words: dynamic interaction of ground – building, vibration parameters

Wprowadzenie

Zjawisko wzajemnego oddziaływania podłoża i konstrukcji posadowionej na nim podczas wpływu działań dynamicznych nazywa się „interakcją dynamiczną”. Zagad-nienie jest to szczególnie ważne, ponieważ odpowiedź konstrukcji posadowionej na podłożu może różnić się od ruchu podłoża zarejestrowanego na gruncie. W pracy przeanalizowano zjawiska sejsmiczne i parasejsmiczne w aspekcie współpracy grunt – budynek.

Przekazywanie rejestrowanych przyspieszeń drgań pochodzących od wstrząsów górniczych analizowano w mieście Polkowice, gdzie na 3 stanowiskach sejsmicznych prowadzi się równolegle rejestracje na powierzchni terenu na gruncie i w budynku.

Zainstalowane tam układy rejestracyjne oparte są o aparaturę ARP 2000, (zakres pomiarowy maksymalnej amplitudy przyśpieszenia drgań do 3000 mm/s2). Czujniki drgań zamontowano na poziomie gruntu zespalając je na sztywno ze specjalnie zabudowanym postumentem na powierzchni terenu oraz drugi - w budynku na po-ziomie piwnicy. Składowe poziome we wszystkich punktach obserwacyjnych umieszczone były równolegle do głównych osi budynku. Składową poziomą „X” zamontowano równolegle do dłuższej osi budynku, a składową poziomą „Y” – pro-stopadle do dłuższej osi budynku. Poszczególne zestawy pomiarowe zarówno na gruncie jak i w budynku znajdują się w mieście na następujących stanowiskach:

 Polkowice ul. Akacjowa 4 (1R),  Polkowice ul. Sosnowa 14 (2R),  Polkowice ul. 3-go Maja 9 (3R).

Obiekty, w jakich dokonywane są pomiary rejestracji drgań przy ul. Akacjowej i ul. Sosnowej są budynkami o charakterze domków jednorodzinnych (willowych). Budynek przy ul. 3-go Maja jest budynkiem „z wielkiej płyty”, 5-kondygnacyjnym. Równoległe rejestracje na gruncie i w budynku pozwalają ocenić wzmocnienia bądź osłabienia wielkości drgań przekazywanych z gruntu na budynek.

1. Analiza wybranego zbioru danych

Do badań wybrane zostały wstrząsy górnicze, pochodzące z okresu od 2006 ro-ku do marca 2013 roro-ku. W pracy skoncentrowano się wyłącznie na wytypowanych wstrząsach górniczych, które miały miejsce w odległościach epicentralnych do 3000 m. W wybranej grupie znalazło się 122 wstrząsów górniczych, których lokali-zacje przedstawiono na załączonym szkicu (rys. 1).

Rys. 1. Lokalizacja górniczych wstrząsów sejsmicznych rejestrowanych w odległości do 3000 m od zaznaczonych stanowisk

Na mapie analizowane zjawiska sejsmiczne zaznaczono kolorami, w zależności od wielkości energii oraz pokazano rozmieszczenie stanowisk pomiarowych na powierzchni terenu, z których rejestracje brano do przeprowadzonych analiz. Większość wybranych wstrząsów górniczych indukowanych była w polach górni-czych znajdujących się w obrębie filara miasta Polkowice. Analizowane przebiegi wstrząsów obejmowały rejestracje drgań od:

 38 wstrząsów o energii sejsmicznej rzędu E6 J,  76 wstrząsy o energii sejsmicznej rzędu E7 J,  7 wstrząsów o energii sejsmicznej rzędu E8 J,  1 wstrząs o energii sejsmicznej rzędu E9 J.

2. Wyniki badań przekazywania drgań grunt-budynek 2.1. Rejestracje drgań

Podstawowym założeniem analiz było przedstawienie charakterystyk drgań re-jestrowanych na gruncie oraz w budynku, ukazanie ich podobieństwa oraz wskaza-nie różnic. Na rysunku (rys. 2) pokazano przykładowy przebieg drgań wypadko-wych przyspieszeń drgań (bez filtracji) składowypadko-wych poziomych X, Y w funkcji czasu, rejestrowanych jednocześnie na gruncie oraz na fundamentach budynku podczas wstrząsu. 0 50 100 150 200 250 300 350 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Czas, t [s] P rz y s p ie s z e n ie d rg a ń , P G A [ m m /s 2] GRUNT BUDYNEK

Rys. 2. Rejestracja przyspieszenia drgań składowych poziomych z gruntu i fundamentu budynku dla wstrząsu o energii 1,4E+07 J z dnia 11.04.2012 o godz. 22:13 ze stanowiska

Polkowice ul. Akacjowa 4 znajdującego się w odległości epicentralnej 1408 m

Na przykładowym przebiegu drgań można zauważyć, że drgania po wstrząsach górniczych generalnie są krótkotrwałe, posiadają charakterystyczny impulsowy charakter. Oscylacje parasejsmiczne z gruntu przekazywane są na budynek, jed-nak istnieją różnice w amplitudzie drgań w pomiarach na gruncie i w budynku. W pierwszych sekundach rejestracji widać większą reakcje gruntu, wartości szczy-towe w budynku i na gruncie osiągane są w tym samym czasie.

Podstawowymi parametrami drgań są wielkości amplitudy parametrów drgań, czas trwania maksymalnej fazy drgań sygnału oraz częstotliwość oscylacji. Defini-cje parametrów określono zgodnie z instrukcją [3] w następujący sposób:

 Maksymalna wartość przyspieszeń,

PGA

_H10. Maksymalne przyspieszenie drgań poziomych w paśmie częstotliwości do 10 Hz, wyznaczone jako po-ziome maksimum długości wektora drgań gruntu [3]:

)

(

)

(

max(

2 2 10

a

t

a

t

PGA

_H



_X



_Y , gdzie:

a

_X

(t

)

- akcelerogram drgań dla składowej poziomej x,

a

_Y

(t

)

- akcelerogram drgań dla składowej poziomej y.

 Maksymalna wartość prędkości,

PGV

_Hmax.Maksymalna amplituda pręd-kości drgań poziomych, wyznaczona jako poziome maksimum długości wek-tora drgań gruntu [3]:

)

(

)

(

max(

2 2 max

V

t

V

t

PGV

_H



_X



_Y , gdzie:

V

_X

(t

)

- sejsmogram drgań dla składowej poziomej x,

V

_Y

(t

)

- sejsmogram drgań dla składowej poziomej y.

 Czas trwania składowej poziomej prędkości drgań,

t

_Hv.Wyznaczany jest

z całki sumy kwadratów składowych poziomych prędkości drgań. Czas ten oznacza przedział pomiędzy tymi momentami czasowymi, kiedy intensyw-ność Ariasa określona wzorem (1) osiąga 5% i 95% swojej maksymalnej wartości [1, 2, 3]: t d t V t V t I k t y x k A 



 0 2 2 )] ( ) ( [ ) ( , (1)

Dla jednolitego obliczania czasu trwania składowej poziomej prędkości drgań stosuje się znormalizowany wykres intensywności:





   V t y x t y x V HA dt t V t V dt t V t V t I k 0 2 2 0 2 2 )] ( ) ( [ )] ( ) ( [ ) ( ,

 Czas trwania składowej poziomej przyspieszenia drgań,

t

_Ha.

Wyznacza-ny jest z całki sumy kwadratów składowych poziomych przyspieszenia drgań. Czas ten oznacza przedział pomiędzy tymi momentami czasowymi, kiedy in-tensywność Ariasa określona wzorem (2) osiąga 5% i 95% swojej maksy-malnej wartości [1, 2, 3]:

t d t a t a t I k t y x k A 



 0 2 2 )] ( ) ( [ ) ( , (2)

Dla jednolitego obliczania czasu trwania składowej poziomej przyspieszenia drgań stosuje się znormalizowany wykres intensywności:





   A t y x t y x A HA dt t a t a dt t a t a t I k 0 2 2 0 2 2 )] ( ) ( [ )] ( ) ( [ ) ( .

 Częstotliwość dominująca,

f

. Częstotliwość, której odpowiada globalne maksimum amplitudowego widma drgań o różnych częstotliwościach [4]. Charakterystykę analizowanych wielkości drgań przedstawiono poniżej; na pod-stawie uzyskanych rejestracji przyspieszenia drgań wyznaczono następujące pa-rametry, które oznaczono następująco:

Grunt

 PGAH10 – maksymalne przyspieszenie drgań poziomych na gruncie w

pa-śmie częstotliwości 0,5-10 Hz, [mm/s2]

 tHa – czas trwania maksymalnej fazy drgań dla składowych poziomych

przy-spieszenia drgań gruntu na akcelerografie, [s]

 PGVHmax – maksymalna wypadkowa prędkość drgań poziomych na gruncie

w [mm/s]

 tHv – czas trwania maksymalnej fazy drgań składowych poziomych prędkości

drgań gruntu na sejsmogramie, [s]

 fg – dominująca częstotliwość drgań sygnału z rejestracji na gruncie, [Hz].

Budynek

 aH10b – maksymalne przyspieszenie drgań poziomych w budynku w paśmie

częstotliwości 0,5 - 10 Hz, [mm/s2]

 tHa_b – czas trwania składowych maksymalnej fazy drgań poziomych

przy-spieszenia drgań w budynku na akcelerografie, [s]

 VHmaxb – maksymalna prędkość drgań w paśmie częstotliwości do 10 Hz,

wy-znaczana ze składowych poziomych , [mm/s]

 tHv_b – czas trwania składowych poziomych prędkości drgań budynku na

sej-smogramie, [s]

 fb – dominująca częstotliwość drgań sygnału z rejestracji w budynku, [Hz]

Razem uzyskano 205 rejestracji drgań [5, 6]. Uzyskane wyniki rejestracji posegre-gowano w wydzielonych trzech grupach według odległości epicentralnej pomiędzy źródłem wstrząsu a punktem rejestracji i scharakteryzowano je. W pierwszej grupie znalazły się parametry drgań, które rejestrowano w odległości do 1000 m, od źródła wstrząsu, w drugiej grupie znalazły się wstrząsy rejestrowane w przedziale od 1000 do 2000 m, a w trzeciej grupie rejestracje drgań dla wstrząsów rejestrowanych w przedziale 2000– 3000 m.

W pierwszej grupie (pomiary do 1000 m) zgromadzono zbiór 65 danych, a w nim znalazły się rejestracje pochodzące przede wszystkim od wstrząsów o energii 106 J, oraz 7 rejestracji pochodzących od wstrząsów 107 J, jedna rejestra-cja od wstrząsu 108 J oraz jedna rejestracja od wstrząsu o energii 109 J. Czasy trwania wyznaczane dla składowych poziomych zarówno przyspieszenia jak i pręd-kości nie przekraczają 6,0 s, z czego około 85% wszystkich rejestracji nie przekra-cza 4,0 s. Częstotliwości dominujące drgań w dużej mierze są większe od 3 Hz.

W drugiej grupie (pomiary od 1000 do 2000 m) uzyskano 40 rejestracji, z czego 37 danych pochodziła od wstrząsów o energii rzędu 107 J, dwie rejestracje pocho-dzą od wstrząsu o energii 108J oraz jedna rejestracja pochodząca od wstrząsu 109 J. Najwyższe parametry drgań zarejestrowano dla zjawiska od wstrząsu 109 J (PGAH10=1800 mm/s

2

i PGVHmax=56 mm/s), większość rejestrowanych wielkości

przyśpieszenia drgań nie przekraczała PGAH10 = 800 mm/s 2

. Dla tego przedziału czasy trwania są dłuższe niż czas trwania dla pierwszej grupy i nie przekraczają 11 s. Częstotliwości dominujące drgań są mniejsze niż 7 Hz.

W ostatniej grupie (pomiary od 2000 do 3000 m) znalazło się 100 rejestracji, w tym 9 rejestracji pochodziło od wstrząsów o energii 108 J, a pozostała grupa od energii 107 J. Parametry drgań tutaj są niższe (poza pojedynczą rejestracją PGAH10=860 mm/s

2

i PGVHmax=23 mm/s). Czasy trwania drgań osiągają 13 s,

a częstotliwości dominujące drgań są mniejsze niż 9 Hz.

2.2. Analizy drgań relacji budynek – grunt

Dla wykonanych analiz sygnałów sejsmicznych zapisów drań na gruncie i w bu-dynku określono charakter przenoszenia drgań z gruntu na budynek. Przyjęto, że drgania rejestrowane na gruncie są drganiami wyjściowymi, dlatego badano zależ-ności stosunku wyszczególnionych parametrów drgań w budynku do parametrów drgań gruntu dla wydzielonych przedziałów energetycznych wstrząsów górniczych.

Oceny przekazywania drgań z gruntu na budynek dokonano poprzez porówna-nie wielkości par parametrów drgań uzyskując odpowiedporówna-nie stosunki dla wyzna-czonych danych. Stosunek relacji dwóch parametrów oznaczono symbolem

r

, który odpowiednio określa:

 max max H H V

PGV

b

V

r 

- relacja prędkości drgań budynek – grunt

 10 10 H b H a

PGA

a

r 

- relacja przyspieszenia drgań budynek – grunt

 Ha b Ha ta

t

t

r



_ - relacja czasu trwanie drgań budynek – grunt dla składowych przyspieszenia  HV b Hv tV

t

t

r



_ - relacja czasu trwanie drgań budynek – grunt dla składowych prędkości  g b f

f

f

W ten sposób uzyskano 5 wielkości charakteryzujących współczynnik przenoszenia danej wielkości z gruntu na budynek.

Analizę funkcji przejścia dokonano opierając się na wybranym zbiorze danych reje-stracyjnych. Poniżej na rysunkach przedstawiono poszczególne parametry relacji drgań budynek-grunt w korelacji z odległością epicentralną dla trzech rzędów ener-gii.

1- relacje budynek – grunt dla wielkości prędkości, [

r

_V ]

0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rv a) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rv b) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rv c)

Rys. 3. Rozkład współczynnika

r

_V dla parametru prędkości drgań dla energii rzędu a) 106 J; b) 107 J; c) 108 i 109 J

Z rozkładów widać, że zmienność współczynnika przenoszenia drgań dla parame-tru prędkości oscyluje w granicach 0,5–1,3, niezależnie od energii wstrząsu jak

i odległości epicentralnej pomiędzy punktem rejestracji a źródłem wstrząsu. Gene-ralnie współczynniki relacji dla prędkości drgań są mniejsze od jedności.

2 - relacje budynek – grunt dla wielkości przyspieszenia, [

r

_a ]

0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] ra a) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] ra b) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] ra c)

Rys. 4. Rozkład współczynnika

r

_a dla parametru przyspieszenia drgań dla energii rzędu a) 106 J; b) 107 J; c) 108 i 109 J

Rozkłady współczynników relacji dla parametru przyśpieszenia są analogiczne do współczynników relacji dla wielkości prędkości drgań. Dla małych odległości epi-centralnych pomiędzy źródłem wstrząsu a punktem rejestracji dla zjawisk o energii rzędu 106 J obserwuje się małe rozrzuty współczynnika ra. Wraz ze wzrostem

odle-głości epicentralnych obserwowane rozrzuty zmieniają się w granicach 0,5–1,3 przy czym wartości średnie są mniejsze od jedności.

3 - relacje budynek – grunt dla wielkości czasu trwania maksymalnej fazy drgań dla prędkości, [

r

_tV ] 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rtv a) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rtv b) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rtv c)

Rys. 5. Rozkład współczynnika

r

_tV dla parametru czasu trwania maksymalnej fazy drgań wyznaczanego w oparciu o prędkość drgań dla energii rzędu a) 106 J; b) 107 J; c) 108 i 109 J

4 - relacje budynek – grunt dla wielkości czasu trwania maksymalnej fazy drgań dla przy-spieszenia, [

r

_ta] 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rta a) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] r ta b) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rta c)

Rys. 6. Rozkład współczynnika

r

_ta dla parametru czasu trwania maksymalnej fazy drgań wyznaczanego w oparciu o przyspieszenia drgań dla energii rzędu a) 106 J; b) 107 J;

Rozkłady współczynników przekazywania drgań dla parametrów czasów trwania maksymalnej fazy drgań, zarówno dla parametrów prędkości i przyśpieszenia drgań, wykazują wzrost ich zróżnicowania przy większych odległościach epicentralnych. Obserwowane rozrzuty oscylują w granicach 0,7 – 1,2; większe zróżnicowanie wystę-puje przy większych odległościach epicentralnych zwłaszcza dla zjawisk o energiach rzędu 107 J. Generalnie relacje czasów trwania maksymalnej fazy drgań są większe od jedności, czyli w budynkach czasy trwania maksymalnej fazy drgań są dłuższe. 5 - relacje budynek – grunt dla dominujących częstotliwości drgań, [

r

_f]

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rf a) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rf b) 0,0 0,5 1,0 1,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Odległość epicentralna, Re [m] rf c)

Rys. 7. Rozkład współczynnika

r

_f dla dominujących częstotliwości drgań dla energii rzędu a) 106 J; b) 107 J; c) 108 i 109 J

Rozkłady współczynnika relacji dominujących częstotliwości drgań zbliżone są w większości przypadków do jedności, chociaż istnieją zjawiska przy których ob-serwowany rozrzut jest duży (od 0,3 – 3,0) co świadczy o zróżnicowanym charakte-rze występujących wstrząsów sejsmicznych, dla których przypisywana energia sejsmiczna zjawiska nie zawsze oddaje w rzeczywistości zróżnicowanie źródła danego wstrząsu sejsmicznego.

2.3. Uśrednione wyniki analiz relacji drgań budynek – grunt Zmiany relacji współczynników parametrów próbowano przeanalizować w różnych konfiguracjach poszukując uporządkowania wiedzy na temat przenoszenia drgań. W tym celu uśredniono współczynniki relacji parametrów drgań dla 5 analizowa-nych wielkości, wykorzystując badane zbiory daanalizowa-nych.

W pierwszej grupie przedstawiono wyniki w zależności od odległości epicentralnej źródła wstrząsu do punktu rejestracji (tabela 1). Otrzymano wyniki współczynników relacji grunt- budynek w trzech przedziałach: do 1000 m, od 1000 do 2000 m oraz w przedziale od 2000 do 3000 m.

W drugiej części analiz podzielono rejestracje w zależności od energii sejsmicznej i uzyskano 3 grupy o energiach 106 J (56 rejestracji), 107 J (135 rejestracji) i więk-sze bądź równe 108 J (14 rejestracji), a wyniki znajdują się w tabeli 5.

W ostatnich analizach podzielono dane ze względu na rozmiar budynku, w jakich doko-nuje się pomiarów (tabela 3). W pierwszej grupie przedstawiono wyniki analiz wyzna-czone dla 5-cio piętrowego budynku wykonanego z wielkiej płyty (stanowisko przy ul. 3-go Maja), których łącznie było 50. W drugiej grupie znalazły się wyniki analiz wyzna-czone z budynków o charakterze willowym (stanowiska przy ul. Akacjowej i Sosnowej), których zgromadzono w ilości 155.

Tabela 1. Uśrednione współczynniki relacji w zależności od odległości epicentralnej Podział rejestracji

wg odległości epicentralnej

r

a

r

V

r

ta

r

tV

r

f

do 1000 m 0,94 0,94 1,00 0,98 1,16

od 1000 do 2000 m 0,90 0,92 1,03 1,05 1,05

od 2000 do 3000 m 0,87 0,88 1,11 1,04 1,02

Tabela 2. Uśrednione współczynniki relacji w zależności od energii sejsmicznej Podział rejestracji wg energii sejsmicznej wstrząsy a

r

r

_V

r

_ta

r

_tV

r

_f energia rzędu E6 J 0,94 0,94 1,00 0,98 1,15 energia rzędu E7 J 0,88 0,89 1,08 1,04 1,02 energia rzędu E8 i E9 J 0,92 0,93 1,08 1,05 1,24

Tabela 3. Uśrednione współczynniki relacji w zależności od budynku Podział rejestracji

wg konstrukcji budynku

r

a

r

V

r

ta

r

tV

r

f

5-cio kondygnacyjny 0,63 0,67 1,24 1,08 0,87

willowy 0,99 0,98 1,00 1,00 1,14

W oparciu o wyniki z tabeli 1 pokazano, że największe oddziaływanie wstrząsów jest w grupie zjawisk, które znajdowały się w najbliższej odległościach epicentral-nych. Wzrost odległości epicentralnej jest równoznaczny ze spadkiem oddziaływa-nia wstrząsów górniczych na budynki. W bliskich odległościach epicentralnych można zauważyć, że zjawiska sejsmiczne przekazują budynkom 94% swoich am-plitud drgań, podczas gdy w odległościach do 3000 m drgania na budynki przeka-zywane są 87-88%.

Przy analizach ukazujących wpływ zróżnicowania wielkości energii sejsmicz-nych wstrząsów (tabela 2) należy mieć na uwadze to, że wstrząsy o energiach 106 J stanowiły wyłącznie wstrząsy rejestrowane w odległościach epicentralnych do 1000 m, dlatego współczynniki relacji są bliskie jedności. Porównując wskaźniki relacji dla energii sejsmicznych 107 J i 108 J widoczne jest, że większa energia sejsmiczna powoduje przyrost parametrów drgań wyznaczanych w budynku. Sto-sunek czasów trwania dla wstrząsów również minimalnie wzrasta wraz z energią sejsmiczną. Uśrednione czasy trwania maksymalnej fazy drgań wyznaczane w budynkach są wyższe niż na gruncie. Wzrost odległości epicentralnych od źródła wstrząsu jak i wzrost wielkość energii sejsmicznej zjawisk powoduje przyrost czasu trwania maksymalnej fazy drgań wyznaczanego na budynku.

W tabeli 3 ukazano wyniki analiz uwzględniających wielkości przenoszenia drgań z gruntu na budynek w zależności od konstrukcji budynku. W porównaniach średnich arytmetycznych współczynników relacji budynek – grunt można zaobser-wować znaczące różnice. Dla budynku 5-kondygnacyjnego wielkości amplitudy przyspieszenia i prędkości drgań dla składowych poziomych wyznaczane w budyn-ku osiąga około 63 – 67% wielkości parametrów rejestrowanych na gruncie, czyli budynek tłumi wielkości drgań przechodzące z gruntu na budynek. Podobnie jest z parametrem częstotliwości dominujących. Natomiast relacje czasów trwania mak-symalnej fazy drgań są odwrotne; w budynku są one dłuższe, co wskazuje, że bu-dynek pobudzony do drgań przyjmuje energię drgań gruntu w dłuższym czasie. W budynkach typu willowego współczynniki przekazywania drgań z gruntu na bu-dynek mają wielkości zbliżone do jedności ( 98-99%.). Podobne relacje obserwuje się dla wielkości czasów trwania maksymalnej fazy drgań (relacje 1:1). Oznacza to, że pomiary drgań wykonywane na gruncie czy w budynku willowym odzwierciedlają rzeczywistą wielkość drgań jaką należy uwzględniać przy ocenie oddziaływania drgań danego zjawiska wstrząsu na zabudowę. Drgania podłoża gruntu będę ina-czej przekazywane budowlom wysokim – wielokondygnacyjnym, a inaina-czej budyn-kom o niskim typu willowego. Niewątpliwie przyczyną tego jest sama wielkość i masa konstrukcji budynku. Porównując współczynniki relacji dla czasów trwania maksymalnej fazy drgań w budynku 5-kondygnacyjnym i w willowym widać istotne różnice. W przypadku parametru dominujących częstotliwości drgań widać większe ich tłumienia przy budynku wielokondygnacyjnym.

Podsumowanie

W przedstawionym artykule wyznaczono parametry drgań po wstrząsach górni-czych na stanowiskach znajdujących się na gruncie przy budynkach oraz w samych budynkach na poziomie piwnic. W celu analizy funkcji przejścia drgań z gruntu na fundament budynku wyznaczono współczynniki relacji, które pokazują stosunek relacji wielkości wyznaczonych z budynku do odpowiednich parametrów wyznaczo-nych na gruncie.

Z rozkładów współczynnika przenoszenia drgań dla parametru prędkości można zauważyć, że w znacznym stopniu wzrost odległości epicentralnej powoduje, że współ-czynniki relacji maleją i są mniejsze od jedności. Praktycznie dla każdej odległości epicentralnej i dla każdych analizowanych rzędów energii sejsmicznych wstrząsów obserwuje się takie same zróżnicowania przenoszenia drgań z gruntu na budynek.

Rozkłady współczynników relacji dla parametru przyśpieszenia są analogiczne do współczynników relacji dla wielkości prędkości drgań. Wzrost odległości epicen-tralnej powoduje duże wahania współczynnika relacji przyspieszenia budynek-grunt. Podobnie jak dla relacji prędkości drgań, uśrednione wartości są mniejsze od jedności.

Analizy przeprowadzone dla parametrów obrazujących relacje budynek – grunt dla czasu trwania maksymalnej fazy drgań wskazują na duże rozrzuty. Dłuższe czasy trwania obserwuje się na stanowiskach sejsmicznych posadowionych w bu-dynkach, co wskazuje, że masa budynku pobudzona do drgań emituje oscylacje dłużej niż grunt.

Rozkłady współczynnika relacji dominujących częstotliwości drgań zbliżone są w większości przypadków do jedności, chociaż istnieją zjawiska, przy których ob-serwowany rozrzut jest duży. Może to oznaczać zróżnicowany charakter występu-jących wstrząsów sejsmicznych, dla których przypisywana energia sejsmiczna zja-wiska nie zawsze oddaje w rzeczywistości zróżnicowanie źródła danego wstrząsu sejsmicznego.

Przeprowadzone szczegółowe analizy przenoszenia drgań z gruntu na budynek wykazały że:

 wzrost odległości epicentralnej jest równoznaczny ze spadkiem oddziaływa-nia wstrząsów górniczych na budynki,

 większa energia sejsmiczna wstrząsu powoduje przyrost parametrów drgań wyznaczanych w budynku,

 drgania podłoża gruntu inaczej są przekazywane budowlom wielokondygna-cyjnym, a inaczej budynkom o niskim typu willowego, niewątpliwie przyczy-ną tego jest sama wielkość i masa konstrukcji budynku.

W budynkach wielokondygnacyjnych wielkości amplitudy przyspieszenia i pręd-kości drgań dla składowych poziomych wyznaczane w budynku osiąga około 63 – 67% wielkości parametrów rejestrowanych na gruncie, podobnie jest z parametrem częstotliwości dominujących, czyli budynek tłumi wielkości drgań przechodzące z gruntu na budynek. Natomiast obserwowane czasy trwania maksymalnej fazy drgań mają relacje odwrotne.

W budynkach typu willowego współczynniki przekazywania drgań z gruntu na budynek mają wielkości zbliżone do jedności. Podobne relacje obserwuje się dla wielkości czasów trwania maksymalnej fazy drgań, co oznacza, że pomiary drgań wykonywane na gruncie czy w budynku odzwierciedlają rzeczywistą wielkość drgań, jaką należy uwzględniać przy ocenie oddziaływania drgań danego zjawiska wstrząsu na zabudowę.

Przeprowadzone analizy współczynników przekazywania drgań z gruntu na budynek wskazują, że zjawisko wstrząsu górniczego jest bardzo zróżnicowane w swoim cha-rakterze geomechanicznym, na co wskazują wyniki analiz przekazywania drgań od danego zjawiska wstrząsu z gruntu na budynek.

Bibliografia

[1] Arias A., 1970, A measure of earthquake intensity, MIT Press, Cambridge. [2] Elnashai A., Sarano L., 2008, Fundamental of earthquake engineering, Wiley.

[3] Dubiński J, Jaśkiewicz K., Lurka A., Mutuje G. i in., 2011, Weryfikacja skal GSI – 2004, KGHM CUPRUM, Wrocław.

[4] Jaśkiewicz-Proć i in., 2012, Analizy kryteriów oceny szkodliwości oddziaływania bardzo silnych wstrząsów górniczych na zabudowę powierzchniową przy uwzględnieniu rzeczywistych skutków w budynkach na terenie górniczym O/ZG Rudna, KGHM CUPRUM, Wrocław.

[5] Jaśkiewicz K., Jaśkiewicz-Proć I., Stolecki L., 2011-13, Opracowanie wyników pomiarów powierzchniowej sieci dla stanowisk typu ARP-2000 rozlokowanych na terenie górniczym ZG Rudna wraz z analizą oddziaływań dynamicznych, KGHM CUPRUM, Wrocław.

[6] Jaśkiewicz K., Jaśkiewicz-Proć I., Stolecki L., 2008-10, Opracowanie wyników drgań z powierzchniowej sieci dla stanowisk typu WORS rozlokowanych na terenie górniczym ZG Rudna wraz z analizą oddziaływań dynamicznych, KGHM CUPRUM, Wrocław.