Автореферат диссертации (Вероятностное моделирование взаимодействия сооружения с основанием при расчете на землетрясение), страница 2

Разработанные методикипозволяют учесть совместную работу сооружения с основанием в корректнойпостановке (Soil Structure Interaction  SSI). В исследованиях применяется теориядемпфирующих слоев (PML- perfectly matched layer), которая позволяет уменьшитьразмеры используемого в расчетах массива основания и применять неотражающиеграницы. Все это позволило разработать методику оценки надежностирассматриваемых систем методом статистических испытаний, позволяющуюпроектировать здания и сооружения с требуемым уровнем сейсмостойкости призаданной обеспеченности.Практическая значимость работы заключается в:использованиирезультатовпроведенныхисследованийприпроектировании зданий и сооружений в сейсмических районах проектными иисследовательскими организациями;возможности применения представленных методик и предложенныхподходов к актуализации документов в области сейсмостойкого строительства;возможности на стадии проектирования учитывать вероятностнуюприроду сейсмического воздействия, а также случайные параметры грунтовоснования;возможности использования разработанной методики при выполнениинормативных расчетов на землетрясения уровня проектного землетрясения (ПЗ) иуровня максимально расчетного землетрясения (МРЗ).Методология и методы исследования.

Методологической основойдиссертационного исследования являлись труды отечественных и зарубежныхавторов в области сейсмостойкости и надежности строительных конструкций. Вдиссертационной работе применялись следующие методы.Моделирование. Проводилось численное моделирование различныхсистем сооружениеоснование, которые затем рассчитывались на сейсмическиевоздействия с помощью прямого нелинейного динамического метода интегрированияуравнений движения по явным схемам. Осуществлялось моделирование случайногосейсмического воздействия с помощью метода канонических разложений.Сравнение.

В процессе проведения исследований сравнивался уровеньнадежностижелезобетонныхзданийразличныхконструктивныхсхем,расположенных на линейном и нелинейном грунтовом основании.Анализ. Все полученные результаты численных расчетов подвергалисьподробному анализу, на основании которого делались выводы о работерассматриваемых конструкций в процессе землетрясения.Личный вклад автора диссертации заключается в следующем: 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 надфундаментными конструкциями, материал бетона для которых7был задан с помощью нелинейной модели Continuous Surface Cap Model (CSCM), вкоторой учитывалось фактическое армирование, при этом материал арматурызадавался с помощью идеально-упруго пластической модели Прандтля сограничением предельных пластических деформаций; проведен сравнительный анализ реакции зданий различной этажности,расположенных на грунтах, заданных по различным моделям, на интенсивноесейсмическое воздействие; проведен расчет 9-ти этажного жилого железобетонного здания наинтенсивное землетрясение с использованием разработанной методики; выполнено вероятностное моделирование взаимодействия сооружения соснованием при случайных параметрах грунтов, при различном спектральном составесейсмического воздействия, а также при случайном положении поврежденийоснования, возникающих в процессе землетрясения; выполнена оценка надежности 9-ти этажного железобетонного здания приучете совместной работы с грунтом основания при случайных параметрахсейсмического воздействия и случайных свойствах грунтов.Представленные в диссертационной работе исследования, включающиечисленное моделирование конструкций, грунтов основания, проведение расчетов,сравнение, анализ и апробация полученных результатов, были выполнены личноавтором.Достоверность результатов достигается:использованием при постановке задач гипотез, принятых в механикедеформируемого твердого тела, в механике грунтов, в теории сейсмостойкости,теории надежности строительных конструкций, теории вероятностей и теориислучайных процессов;сравнением полученных результатов с экспериментальными данными ианалитическими решениями, полученными другими авторами по ряду исследуемых вработе вопросов;применением при расчете современных апробированных численныхметодов расчета строительных конструкций и оснований, а также расчетныхпрограммных комплексов.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы былидоложены на:III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону ижелезобетону «Бетон и железобетон взгляд в будущее», Москва, РАН, 2014 г.III Международной научно-практической конференции 21 век:фундаментальная наука и технологии, Москва, 2014 г.XI Всероссийской научно-практической и учебно-методическойконференции «Фундаментальные науки в современном строительстве», Москва,МГСУ, 2014 г.VI Международной научно-практической конференции «Научнотехническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях»,Москва, 2014 г.XXIII, XXIV, XXV, XXVI R-S-P Seminar «Theoretical Foundation of CivilEngineering», Вроцлав, Самара, Жилина, Варшава, 2014, 2015, 2016, 2017 гг.XIII Всероссийской научно-практической конференции «Современнаястроительная наука и образование», Москва, НИУ МГСУ, 2016 г.8V International conference «Integration, partnership and innovation inconstruction science and education», Москва, НИУ МГСУ, 2016 г.7th International Conference on Mechatronics, Control and Materials, Китай,2016 г.XX международной межвузовской научно-практической конференциистудентов, магистров, аспирантов и молодых ученых «Строительство –формирование среды жизнедеятельности», Москва, НИУ МГСУ, 2017 г.В полном объеме диссертационная работа докладывалась на объединенномзаседании кафедр «Сопротивление материалов» и «Механика грунтов и геотехника»ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственныйстроительный университет» (г.

Москва, 2018 г.).Публикации. Научные результаты достаточно полно изложены в 20 научныхпубликациях, из которых 4 работы опубликованы в журналах, включенных вПеречень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованыосновные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидатанаук, на соискание ученой степени доктора наук. А также представлены в одномобъекте интеллектуальной собственности: базе данных «Библиотека методов расчетамногоэлементных систем на сейсмическое воздействие с учетом взаимодействия сгрунтом основания в корректной постановке».На защиту выносятся:методика детерминированного расчета систем сооружениеоснование вкорректной постановке;результаты исследований систем грунтконструкция на землетрясения сучетом возможной потери прочности грунта основания;результаты исследований совместной работы грунта основания сжелезобетонными конструкциями, материал которых был задан с помощьюнелинейной модели, в которой учитывалось фактическое армирование;результаты сравнительного анализа работы зданий различной этажности,расположенных на грунтах, заданных по различным моделям, на интенсивноесейсмическое воздействие;результаты детерминированного расчета 9-ти этажного жилогожелезобетонного здания на интенсивное землетрясение;результаты анализа реакций системы сооружениеоснование насейсмическое воздействие с различным спектральным составом и интенсивностью;результатырешениявероятностнойзадачимоделированиявзаимодействия сооружения с основанием при случайных параметрах грунтов, приразличных доминантных частотах случайного сейсмического воздействия, а такжеслучайном положении повреждений грунта основания, возникающих в процессеземлетрясения;результаты выполненной оценки надежности железобетонного зданияпри учете совместной работы с грунтом основания при его случайных параметрах ислучайном сейсмическом воздействии, заданном в виде нестационарного случайногопроцесса.Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, заключения, списка литературы (127 наименований). Общийобъем диссертации составляет 144 страницы (в том числе приложение 33 страницы),включая 5 таблиц, 168 рисунков.9Соответствие диссертации Паспорту научной специальности. Содержаниедиссертации соответствует пунктам 4 и 6 Паспорта специальности 05.23.02 –Основания и фундаменты, подземные сооружения.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследований, приведена общаяхарактеристика работы.В первой главе рассмотрены основные положения теории сейсмостойкости;описаны методы и подходы к расчету строительных конструкций на сейсмическиевоздействия; приведен обзор существующих в настоящее время нелинейных моделейгрунтового основания; обоснован выбор модели Мора-Кулона для проведениярасчетов системы сооружениеоснование на сейсмическое воздействие; рассмотреныосновные положения теории надежности и теории вероятностей, в частности способымоделирования сейсмического воздействия как нестационарного случайногопроцесса.В основу нормативного расчета положена линейно-спектральная методика.Согласно действующему СП 14.13330.2014 «СНиП II-7-81* «Строительство всейсмических районах» инерционная сейсмическая нагрузка, приложенная к узловойточке k расчетной динамической модели и соответствующая i-й форме собственныхколебаний конструкции, имеет вид:jjSik  K0 K1S0ik ,(1)где K 0 - коэффициент, который учитывает назначение сооружения и егоответственность, K1 - коэффициент, который учитывает допускаемые поврежденияjконструкции, S0ik - сейсмическая нагрузка для i-й формы собственных колебанийсооружения, получаемая из предположения об упругой работе конструкции:jjJ,S0ik  mk Aβi Kψηik(2)jгде mk - масса здания или момент инерции соответствующей массы здания,отнесенные к точке k по обобщенной координате j, А – значение ускорения в уровнеоснования, βi - коэффициент динамичности, который соответствует i-й формесобственных колебаний конструкции, K ψ - коэффициент, зависящий отJдиссипативных свойств конструкций и оснований, ηik - коэффициент, зависящий отформы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-й форме.При проведении расчѐтов на интенсивное сейсмическое воздействие уровнямаксимального расчетного землетрясения, заданного акселерограммой, должныиспользоваться методы, учитывающие нелинейный характер деформированияконструкции напрямую, в частности нелинейный динамический метод.В основе реализации данного метода лежит дифференциальное уравнениедвижения системы (3).