Автореферат диссертации (Вероятностное моделирование взаимодействия сооружения с основанием при расчете на землетрясение)

На правах рукописиДударева Марина СергеевнаВЕРОЯТНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯСООРУЖЕНИЯ С ОСНОВАНИЕМ ПРИ РАСЧЕТЕ НАЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооруженияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква − 20182Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Национальный исследовательский Московскийгосударственный строительный университет».Научный руководитель:доктор технических наук, профессорМкртычев Олег ВартановичОфициальные оппоненты:Тяпин Александр Георгиевич, доктортехническихнаук,Акционерноеобщество «Атомэнергопроект», БКП-2,главный специалист.СизовДмитрийКонстантинович,кандидат технических наук, Общество сограниченнойответственностью«Вибросейсмозащита»,отделинструментальныхобследованийипроектирования виброзащиты, начальникотдела.Ведущая организация:Акционерное общество «Центральныйнаучно-исследовательский и проектноэкспериментальныйинститутпромышленных зданий и сооружений –ЦНИИПромзданий».Защита диссертации состоится 24 декабря 2018 года в 15:00 на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.08, созданного на базе ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет» по адресу: Ярославское шоссе, д.26, г.

Москва, 129337, 9 студия«Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» и насайте http://www.mgsu.ru.Автореферат разослан «___»___________ 2018 г.Ученый секретарьдиссертационного советаСидоров Виталий Валентинович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Одним из самых разрушительныхявлений природы является землетрясение. В соответствии с картами общегосейсмического районирования, около 40% территории России являются сейсмическиопасными. На Земле ежегодно происходят более 15 разрушительныхкатастрофических землетрясений, и около 150 землетрясений средней интенсивности.К мерам предупреждения разрушительных последствий землетрясений можноотнести: создание достоверных карт сейсмического районирования, применениеадекватных норм сейсмостойкого строительства и новых методик расчета зданий исооружений на сейсмические воздействия, учитывающих нелинейный характердеформирования зданий и сооружений и совместную работу сооружения с нелинейнодеформируемым грунтовым основанием, применение методов теории надежностистроительных конструкций и теории вероятностей.Лежащая в основе действующих норм проектирования линейно-спектральнаятеория не позволяет получить достоверную информацию о реакции сооружения вовремени при землетрясении.

Практика проектирования и анализ последствийпроизошедших землетрясений свидетельствует о том, что расчетное сейсмическоевоздействие должно назначаться с учетом параметров самой конструкции и являтьсянаихудшим для сооружения. При проведении расчетов в более строгих постановкахнеобходимо использовать соответствующие нелинейные методы расчета, которыепозволят учитывать физическую, геометрическую и конструктивную нелинейности вработе надфундаментных конструкций и грунта основания.

Наиболее адекватнорасчет может быть произведен только с применением нелинейных динамическихметодов расчета, которые позволяют получить решения во временной области, икоторые основываются на прямом интегрировании уравнений движения.Особые требования необходимо предъявлять и к самому расчетномувоздействию. Так как сейсмическое воздействие является ярко выраженнымнестационарным случайным процессом, то при расчете необходимо использоватьметоды теории надежности и теории случайных процессов. При этом одним извозможных подходов может быть использование представительного набораакселерограмм, который содержит записи ускорений различной интенсивности,спектрального состава и продолжительности, а также использование методовнепосредственного моделирования случайного сейсмического воздействия.Для обеспечения требуемой сейсмостойкости необходимо использоватьметодики, позволяющие корректно учитывать взаимодействие сооружения соснованием и оценивать надежность всей системы.

В этом случае расчеты следуетпроизводить в вероятностной постановке, принимая параметры грунта случайными, асейсмическое воздействие представлять в виде нестационарного случайногопроцесса.Учет вышеперечисленных особенностей возможен только при использованиисовременных расчетных комплексов, а также мощных и производительныхвычислительных систем, в том числе позволяющих производить параллельныевычисления.Степень разработанности темы диссертации. Проблемами сейсмостойкогостроительства, развитием динамических методов расчета, а также проблемами учетавзаимодействия конструкции с грунтом основания занималось большое количествоотечественных и зарубежных ученых. Проблему учета взаимодействия конструкции с4грунтом основания изучали Д.Д. Баркан, Н.

Бируля, Б.К. Карапетян, А.З. Кац, И.Т.Мирсаяпов, А.Г. Назаров, Ш.Г. Напетвиридзе, А.Л. Невзоров, А.Е. Саргсян, Н.К. Снитко,З.Г. Тер-Мартиросян, А.Г. Тяпин, М.Т. Уразбаев, Дж. Хаузнер, Э.Е. Хачиян и другие.Исследования по учету влияния протяженности сооружения на егосейсмостойкость провели Г.П. Кобидзе, И.Л. Корчинский, Ш.Г. Напетваридзе, А.П.Синицын, Дж. Хаузнер и другие.Пространственную работу строительных конструкций изучали А.Г.

Берая, В.К.Егупов, Т.А. Командрина, М.А. Марджанишвили, Ю.П. Назаров, Н.А. Николаенко, А.П.Сапожников.Различные вопросы теории сейсмостойкости специальных сооружений нашлисвое отражение в работах И.И. Гольденблата, Г.А. Джинчвелашвили, Г.Н. Карцивадзе,Б.Г. Коренева, Ш.Г. Напетваридзе, Н.А. Николаенко, Т.Р. Радишидова, Т.Г. Сагдиева, АЕ Саргсяна, М.Т.

Уразбаева, Г.Э. Шаблинского и других авторов.Проблемы применения методов теории вероятностей к оценке эффектасейсмического воздействия на сооружения исследовали Р.О. Амасян, Я.М. Айзенберг,М.Ф. Барштейн, В.А. Багдавадзе, В.В. Болотин, И.И. Гольденблат, С.С. Дарбинян, А.М.Жаров, В.Л. Мондрус, О.В. Мкртычев, А.Г. Назаров, Н.А. Николаенко, Э.Ф. Пак, Ю.И.Романов, В.

И. Смирнов, Л. Р. Ставницер, А.Г. Тамразян, С.В. Ульянов и другие.Вопросы оценки надежности системы сооружениеоснование при случайномсейсмическом воздействии и случайных свойствах грунта основания требуютдальнейшего развития. Без разработки специальных методик невозможнопроектировать здания и сооружения с требуемым уровнем сейсмостойкости призаданной обеспеченности.Целью диссертационной работы является исследование надежности зданий,расположенных на грунтовом основании, при сильных землетрясениях сиспользованием прямых динамических методов с учетом нелинейного характерадеформирования конструкций и грунтов основания.Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:проанализировать существующие в настоящее время нелинейные моделигрунтов;проанализироватьиобобщитьиспользуемыеметодыдетерминированного расчета зданий и сооружений на землетрясения;провести апробацию и верификацию расчетных моделей в применяемомпрограммном комплексе;проанализировать устойчивость работы нелинейных моделей грунтовпри решении динамических задач с помощью численных методов с использованиемпрямого интегрирования уравнений движения;разработать методику корректного учета совместной работы системынадфундаментная конструкцияфундаментгрунт основания при расчете насейсмическое воздействие;решить комплекс задач о расчете систем и зданий различныхконструктивных схем на акселерограммы землетрясений с различным спектральнымсоставом и интенсивностью;разработатьметодикудетерминированногорасчетасистемысооружениеоснование, основанную на модифицированной модели Мора - Кулона свведением критерия разрушения;5произвести вероятностное моделирование грунтового массива сослучайными параметрами и сейсмического воздействия, как нестационарногослучайного процесса;выполнить оценку надежности системы сооружениеоснование прислучайном сейсмическом воздействии с учетом различного спектрального составаакселерограмм землетрясений, при случайных параметрах грунта, а также прислучайном положении повреждений основания, возникающих в процессеземлетрясения.Объектом исследования являются железобетонные здания и системыразличных конструктивных схем, расположенные на грунтовых основаниях прислучайных интенсивных сейсмических воздействиях.Предметом исследования являются: напряженно-деформируемое состояниеоснования при землетрясении (интенсивность деформаций и напряжений),напряженно-деформируемое состояние железобетонных зданий, распложѐнных нагрунтах с разными характеристиками, при интенсивных сейсмических воздействиях;надежность системы надфундаментная конструкцияфундаментгрунт основания прислучайном сейсмическом воздействии и случайных свойствах грунтов основания, атакже случайном положении повреждений основания, возникающих в процессеземлетрясения.Новизна научной работы: разработана методика корректного учета взаимодействия сооружения соснованием при расчете на землетрясения; предложена модифицированная модель грунтового основания Мора–Кулона свведением критерия разрушения; проведены численные исследования систем грунтконструкция наземлетрясения с учетом возможной потери прочности грунта основания; проведены численные исследования совместной работы грунта основания сжелезобетонными конструкциями, материал которых был задан с помощьюнелинейной модели, в которой учитывалось фактическое армирование; проведен сравнительный анализ реакции зданий различной этажности,расположенных на грунтах, с использованием линейных и нелинейных моделей, наинтенсивное сейсмическое воздействие; проведен расчет 9-ти этажного жилого железобетонного здания наинтенсивное землетрясение в соответствии с методиками, разработанными вдиссертационной работе; выполнен анализ результатов исследования системы сооружениеоснование насейсмическое воздействие различного спектрального состава и интенсивности; решена вероятностная задача моделирования взаимодействия сооружения соснованием при случайных параметрах грунтов, при различной доминантной частотеслучайного сейсмического воздействия, а также при случайном положенииповреждений основания в процессе землетрясения; выполнена оценка надежности железобетонного здания при учете совместнойработы с грунтом основания при случайных параметрах сейсмического воздействия ислучайных свойствах грунтов.Теоретическая значимость работы состоит в развитии методов теориинадежности строительных конструкций, основанных на прямых нелинейныхдинамических методах расчета конструкций, в которых используется6непосредственное интегрирование уравнений движения по явным схемам, чтопозволило получить решения во временной области с учетом физической,геометрической и конструктивной нелинейностей.