ISO 23618:2022 и сейсмоизоляционные устройства – комплексное введение

Землетрясения остаются одними из наиболее разрушительных стихийных бедствий для антропогенной среды. Традиционная философия сейсмического проектирования допускает структурные повреждения до тех пор, пока предотвращено обрушение. Однако в последние десятилетия общество потребовало большей устойчивости: здания должны не только защищать жизнь, но и сохранять работоспособность сразу после землетрясений.

Для достижения этой цели инженеры всего мира разработалисистемы сейсмической изоляции. Вместо того, чтобы усиливать каждый элемент конструкции, изоляция направлена ​​на то, чтобы защитить конструкцию от сотрясений земли, уменьшая передаваемые силы. Эта концепция, когда-то новая, превратилась в глобальную практику, обеспечивающую защиту тысяч зданий, мостов и промышленных объектов.

В 2022 году ISO опубликовалаISO 23618:2022 – Основы проектирования конструкций.- Общие принципысейсмически изолированные сооружения.Этот международный стандарт объединяет десятилетия знаний в последовательную структуру, охватывающую проектирование, анализ, строительство и обслуживание. Он подчеркивает рольрезиновые подшипники, скользящие устройства и амортизаторыв качестве основных продуктов изоляции.

В этом документе представлено подробное введение в ISO 23618 с упором на изолирующие устройства, такие какрезиновые подшипники с высоким-демпфированием (HDRB), свинцово--подшипники из свинцовой резины (LRB),ивязкостные демпферы. Он также сопоставляет ISO 23618 с европейскими и американскими стандартами и предоставляет тематические исследования, обсуждения производительности и будущие направления.

ISO 23618 применяется кгоризонтальная сейсмоизоляция зданийи определенные структуры. Сюда не входят вертикальная изоляция, резервуары для СПГ и большинство мостов (хотя принципы могут быть адаптированы). В стандарте подчеркивается, что изоляция — это не надстройка-, а стратегия-уровня системы, которую необходимо интегрировать на самой ранней стадии проектирования.

Философия опирается на три столпа:
1). Удлинение структурного периода– смещение естественного периода до 2–3 с и более, уменьшение ускорений.
2). Увеличение демпфирования– рассеивание сейсмической энергии для ограничения смещения.
3). Обеспечение повторного-центрирования– возвращение в исходное положение после встряхивания.
 

Изоляционный слой расположен между надстройкой и основанием, выдерживает вертикальные нагрузки, допускает горизонтальное смещение до 600 мм и обеспечивает гибкость вращения. Основание должно быть жестким и прочным, деформация должна концентрироваться на изоляторах, а зазоры (ровы) должны предотвращать удары. Производительность определяется для условий SLS, ULS и MCE.

ISO 23618 допускает эквивалентный линейный анализ (эффективная жесткость и демпфирование) и нелинейный-анализ временной динамики. Свойства устройства калибруются на основе тестов.

Устройства включают в себяэластомерные подшипники (HDRB, LRB), скользящие маятники, линейные направляющие, идемпферы. Каждый из них должен соответствовать грузоподъемности, водоизмещению,рассеивание энергии, долговечность и контроль качества.
5.1 Резиновые подшипники с высоким-демпфированием (HDRB)
HDRBсостоят из резиновых и стальных пластин. Модифицированные резиновые смеси обеспечивают демпфирование на 15–18%. Они выдерживают вертикальные нагрузки до десятков МН, допускают модуль горизонтального сдвига ~0,4–1,0 МПа, долговечны. Распространен в школах, офисах и башнях.
5.2 Свинцовые-резиновые подшипники (LRB)
LRBвключить центральную свинцовую заглушку, рассчитанную на давление 10–12 МПа и рассеивающую энергию. Демпфирование составляет 10–20%. Надежный, настраиваемый и широко применяемый в больницах и центрах неотложной помощи. Пример: Больница Веллингтона, Новая Зеландия.
5.3 Слайдеры с изогнутой поверхностью (маятниковые системы)
Сферические раздвижные системыгенерировать восстанавливающую силу посредством гравитации. Период зависит от радиуса кривизны, независимо от массы. Коэффициенты трения 0,02–0,06 обеспечивают демпфирование. Водоизмещение до 600 мм и более. Используется в аэропортах и ​​на стадионах.
5.4 Дополнительные демпферы
Вязкие демпферырассеивать энергию за счет сопротивления жидкости,-зависящего от скорости.Гистерезисные демпферыиспользовать текучую сталь.Фрикционные демпферыскользить под контролируемым трением. Они улучшают изоляцию там, где демпфирование недостаточно.

ISO 23618 дополняет региональные коды:
- EN 15129:2009 + AC:2010 (Европа) –Анти-сейсмические устройствастандартное покрытиеподшипники, ползуны, амортизаторы.
- ASCE/SEI 7-22 (США) – Расчетные нагрузки, включая главу 17 об изоляции.
- Спецификации руководства AASHTO LRFD (2014 г., США) –Сейсмическая изоляцияконструкция мостов.
ISO концептуально соответствует обоим, уделяя особое внимание проектированию,-ориентированному на производительность.

Больницы:В больнице Кайзер Перманенте (Калифорния) используется маятниковая изоляция.
Мосты:Мост Акаси Кайкё (Япония) с вискомуфтами.
Наследство:Здание Солт-Лейк-Сити и округа (Юта, США) с изоляцией.
Ядерная:Японские заводы используют изоляцию для обеспечения критической безопасности.

ISO 23618 требует типовых испытаний (полномасштабных-циклических), плановых заводских испытаний, надзора за строительством и проверок технического обслуживания. EN 15129 добавляет маркировку CE- и заводской контроль производства. Стандарты США требуют квалификационного тестирования.

Воздействие ветра – изоляторы не должны смещаться при попутном ветре. Пожар – эластомер нуждается в защите. Изоляция среднего-этажа — практично для высотных зданий, требующих тщательного проектирования диафрагмы и пути нагрузки.

Преимущества: снижение ускорений (50–70%), защита оборудования, непрерывность работы, возможность модернизации.
Ограничения: более высокая стоимость (5–10%), требования к пространству для рва, техническое обслуживание, менее эффективна на мягких почвах.

Гибридные системы сочетают в себе резину и слайдеры. Умные демпферы (магнитореологические жидкости) обеспечивают полу-активное управление. Появляется изоляция средних-этажей высотных зданий. Устройства разрабатываются с учетом устойчивости к множеству-опасностям (землетрясение + ветер + пожар).

ISO 23618:2022 систематизирует лучшие мировые практики в областисейсмическая изоляция. Его философия подчеркивает продление периода, добавляядемпфированиеи обеспечение повторной центровки. Путем связи с ISO 22762 дляэластомерные подшипникии согласуясь с EN 15129 и ASCE 7, он способствует глобальной гармонизации. Изоляция — это не просто структурное решение, а стратегия устойчивости общества.