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

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..Глава1.ОСНОВНЫЕПОДХОДЫК5ОБЕСПЕЧЕНИЮСЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ……………..................141.1. Основные положение теории сейсмостойкости……………………..................141.1.1. Методы теории сейсмостойкости…………………………………………141.1.2. Нелинейные статические методы…………………………………………191.1.3. Нелинейные динамические методы………………………………………201.2. Модели грунтов основания при расчете на землетрясения……………………231.2.1.

Модель Мора-Кулона………………………………………………………241.2.2. Модель Друккера-Прагера…………………………………………………271.2.3. Шатровая модель (Cam-Clay)………………………………........................291.2.4.Модельсупрочнением(HardeningиSoil)еемодификация……………………………………………………………………….311.2.5. Динамические инерционные модели………………………………………341.2.6. Достоинства и недостатки моделей основания при расчете наземлетрясение……………………………………………………………………….1.3.Основныеположениятеориинадежностиитеориивероятностей……………………………………………………………………………1.3.1.Вероятностныйанализметодапредельныхмоделированиясейсмическогосостояний……..........................1.3.2.Методывероятностного373838воздействия…………………………………………………………………………...41Выводы по главе 1………………………………………………………………………43Глава 2.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫСООРУЖЕНИЕОСНОВАНИЕПРИРАСЧЕТЕНАЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ……………………………………...……………………………452.1. Методика моделирования неотражающих границ………………….....................452.1.1.ОсновныеположенияметодадемпфирующегоPML-слоя………....................................................................................................................4532.1.2.ЭффективностьработыдемпфирующегоPML-слоя……...…………………………………………………………………………….2.2.Учетвзаимодействиясооружениясоснованиемв49корректнойпостановке………………………………………………………………........................532.2.1. Используемая методика учета взаимодействия сооружения с основанием(Soil Structure Interaction - SSI)………………………..............................................532.2.2. Взаимодействие между сооружением и грунтом основания во времяземлетрясения………………………………………………………………………..2.2.3.Методырасчетасооружениясучетомвзаимодействия54соснованием…………………………………………………………………………...562.2.4.

Численная верификация используемой методики учета взаимодействиясооружениясоснованием…………………………………………………………………………..592.2.5. Пример расчета сооружения с учетом взаимодействия сооружения соснованием по методике SSI…………………………............................................2.3.МодифицированнаямодельМора-Кулонасвведением62критерияразрушения……………………………………………………………………………..662.3.1. Исследование реакции 15-ти этажного каркасного железобетонногоздания на сейсмическое воздействие………………………………………………682.3.2.

Детерминированный расчет 15-ти этажного каркасного железобетонногозданиясучетомповрежденийоснования,возникающихв процессеземлетрясения………………………………………………………………………..Выводы по главе 2……………………………………………………………………..7376Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ РЕШЕНИЙ ПРИУЧЕТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СООРУЖЕНИЯ С ОСНОВАНИЕМ ПРИРАСЧЕТЕ НА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ…………………………………………………783.1. Учет взаимодействия сооружения с основанием, и трансформациясейсмического воздействия при землетрясении……………………………………..783.2. Сравнительный анализ реакции 5-ти этажного здания с использованиеммодели основания в виде линейно-деформируемого полупространства и моделиМора-Кулона……………………………………………………………………………993.3. Анализ реакции железобетонного здания повышенной этажности при 1024различных моделях грунтового основания….………………………………………..3.4. Методика расчета 9-ти этажного железобетонного здания перекрестностеновой конструктивной схемы при сейсмическом воздействии…………………..

106Выводы по главе 3………………………………………………………………………Глава4.ВЕРОЯТНОСТНАЯЗАДАЧА109ВЗАИМОДЕЙСТВИЯСООРУЖЕНИЯ С ОСНОВАНИЕМ………………………………………………..1124.1. Вероятностные параметры грунтового основания………………………………. 1124.2. Надежность системы сооружение–основание при случайном сейсмическомвоздействии, нормированном на интенсивность 8 баллов…………………………..1134.3.

Надежность системы сооружение–основание при случайном сейсмическомвоздействии, нормированном на интенсивность 9 баллов…………………………...4.4.Исследованиеземлетрясениеприреакции9-тислучайныхэтажногоначальныхжелезобетонногоповрежденияхздания122нагрунтовогооснования…..125Выводы по главе 4………………………………………………………………………128ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….................130СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………134ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………….145Приложение А………………………………………………………………….

145Приложение Б………………………………………………………………….151Приложение В………………………………………………………………….1625ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Одним из самых разрушительных явленийприроды является землетрясение. В соответствии с картами общего сейсмическогорайонирования, около 40% территории России являются сейсмически опасными. На Землеежегодно происходят более 15 разрушительных катастрофических землетрясений, и около150 землетрясений средней интенсивности. К мерам предупреждения разрушительныхпоследствий землетрясений можно отнести: создание достоверных карт сейсмическогорайонирования, применение адекватных норм сейсмостойкого строительства и новыхметодик расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия, учитывающихнелинейный характер деформирования зданий и сооружений и совместную работусооружения с нелинейно деформируемым грунтовым основанием, применение методовтеории надежности строительных конструкций и теории вероятностей.Лежащая в основе действующих норм проектирования линейно-спектральная теорияне позволяет получить достоверную информацию о реакции сооружения во времени приземлетрясении.Практикапроектированияианализпоследствийпроизошедшихземлетрясений свидетельствует о том, что расчетное сейсмическое воздействие должноназначаться с учетом параметров самой конструкции и являться наихудшим длясооружения.

При проведении расчетов в более строгих постановках необходимоиспользовать соответствующие нелинейные методы расчета, которые позволят учитыватьфизическую, геометрическую и конструктивную нелинейности в работе надфундаментныхконструкций и грунта основания. Наиболее адекватно расчет может быть произведентолько с применением нелинейных динамических методов расчета, которые позволяютполучить решения во временной области, и которые основываются на прямоминтегрировании уравнений движения.Особые требования необходимо предъявлять и к самому расчетному воздействию.Так как сейсмическое воздействие является ярко выраженным нестационарным случайнымпроцессом, то при расчете необходимо использовать методы теории надежности и теориислучайных процессов.

При этом одним из возможных подходов может быть использованиепредставительного набора акселерограмм, который содержит записи ускорений различнойинтенсивности, спектрального состава и продолжительности, а также использованиеметодов непосредственного моделирования случайного сейсмического воздействия.6Для обеспечения требуемой сейсмостойкости необходимо использовать методики,позволяющие корректно учитывать взаимодействие сооружения с основанием и оцениватьнадежность всей системы. В этом случае расчеты следует производить в вероятностнойпостановке, принимая параметры грунта случайными, а сейсмическое воздействиепредставлять в виде нестационарного случайного процесса.Учет вышеперечисленных особенностей возможен только при использованиисовременныхрасчетныхкомплексов,атакжемощныхипроизводительныхвычислительных систем, в том числе позволяющих производить параллельные вычисления.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 сгрунтом 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 [7, 29,28, 31, 38, 39, 59, 61, 62, 63, 71, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 105, 106].Исследования по учету влияния протяженности сооружения на его сейсмостойкостьпровели Г.П. Кобидзе, И.Л. Корчинский, Ш.Г. Напетваридзе, А.П.

Синицын, Дж. Хаузнер идругие [34, 35, 61, 73, 105, 106].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 [11, 25, 32, 37, 60, 64].Различные вопросы теории сейсмостойкости специальных сооружений нашли своеотражение 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, А ЕСаргсяна, М.Т. Уразбаева, Г.Э. Шаблинского и других авторов [20, 21, 30, 33, 56, 61, 64, 71,90].Проблемыпримененияметодовтеориивероятностейкоценкеэффектасейсмического 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.