Диссертация (1141525), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Сравнение спектров акселерограммы исходного воздействия с спектромускорения в точке плиты (с учетом веса плиты и массами)На рисунках видна трансформация исходного воздействия, которая вызванавзаимодействием фундаментной плиты с грунтом основания.2.2.5. Пример расчета сооружения с учетом взаимодействия сооруженияс основанием по методике SSIПроведем численный анализ совместной работы сооружения с грунтовымоснованием при расчете на сейсмическое воздействие с применением прямого метода(рисунок 2.2.11). Исследования проведены с помощью программном комплексе LSDYNA.а)б)Рисунок 2.2.11.

Численная реализация прямого метода: а) система грунт - фундаментнаяплита – конструкция, б) общие узлы системы грунт - фундаментная плита – конструкцияОдноэтажное железобетонное здание представлено расчетной схемой, показаннойна рисунке 2.2.12. Несущие элементы здания (колонны, ригели и плита перекрытия)заданы объемными конечными элементами, а арматура – стержневыми конечнымиэлементами.63а)б)Рисунок 2.2.12. Расчетная схемаа) система грунтфундаментная плитаконструкция слева,б) арматурный каркасОсновные характеристики конструкции: размер здания в плане 6,8  6,8 м, высотаэтажа 3,3 м.

Толщина фундаментной плиты - 30 см, сечение балок - 40  40 см, сечениеколонн - 40  40 см, толщина плиты покрытия - 20 см. Бетон класса В25, задавался припомощи нелинейной модели бетона Continuous Surface Cap Model (CSCM) [119, 126].Длярассматриваемогозданияучитывалосьфактическоеармирование.Продольная арматура класса А400, поперечная – А240, диаграмма работы материалаарматуры принята идеально-упруго пластической с ограничением пластическихдеформаций. Объемные элементы бетона связывались со стрежневыми элементамиарматуры с помощью методики Лагранжево-Эйлерового взаимодействия [10].Основные характеристики грунта: плотность  ρ  2000 кг/м3, модуль деформации Е  100 МПа, коэффициент Пуассона  ν  0,25 .Вкачестверасчетногосейсмическоговоздействияпринималасьтрехкомпонентная акселерограмма, нормированная на 9 баллов (рисунок 2.2.13).

Приэтом была произведена балансировка акселерограммы в соответствии с [125].Компонента Х64Компонента YКомпонента ZРисунок 2.2.13. Расчетное сейсмическое воздействиеРассмотримдварасчетныхслучая.Впервомрасчетеакселерограммаземлетрясения задается на свободной поверхности грунтового массива.

Во второмслучае система грунтовый массивфундаментная плитаздание рассматривается какединая система, в которой сейсмическое воздействие на основании принципаД’Аламбера прикладывается в виде инерционных сил к сосредоточенным массамконструкции, представленной системой с конечным числом степеней свободы. Именнотакой подход и реализован в действующем своде правил [77].Следует отметить, что в обоих случаях заданы неотражающие границы в видеPML-слоя.

На рисунке 2.2.12 данный слой показан синим цветом, а красным цветом самгрунт. [40, 44, 92, 99, см. п.2.1].Сравним результаты, которые были получены для двух рассматриваемых случаев.На рисунке 2.2.14 приведены графики относительного сдвига этажа в горизонтальныхнаправлениях.65а)б)Рисунок 2.2.14. Относительный сдвиг этажаа) в направлении Х, б) в направлении YНа рисунке 2.2.15 представлены графики накопления повреждений в бетонномэлементе балки. В соответствии с принятой моделью бетона 0 на оси ординат на рисункесоответствует исходному состоянию материала, а 1 полной деградации материала врезультате накопления повреждений.Рисунок 2.2.15. Накопление повреждений66На рисунке 2.2.16 показаны изополя развития повреждений в элементахконструкции, а также виден характер разрушения для разных схем в один и тот жемомент времени.а)б)Рисунок 2.2.16. Изополя развития повреждений.

Момент времени t=8,5 са) без интерфейса SSI, б) с интерфейсом SSIНа рисунках видна разница в полученных результатах. На основаниивышеизложенногопредложенномусейсмическоеможноподходусделатьквоздействиевывод,проведениюпозволитчтоследованиерасчетовправильнорассмотренномужелезобетонныхоцениватьзданийинасейсмостойкостьстроительных конструкций, проектируемых для сейсмических районов.2.3. Модифицированная модель Мора-Кулона с введением критерияразрушенияВ работе при проведении расчетов на сейсмические воздействия применяетсяидеально-упругопластическая модель Мора-Кулона, так как она наиболее устойчивоработает при решении задач данного типа.

Критерий Мора-Кулона определяет некую67поверхность текучести. При достижении напряжениями этой поверхности грунтпереходит в пластическую стадию работы. Однако это не означает, что происходитполная потеря несущей способности грунта.При этом следует отметить, что при интенсивных землетрясениях в некоторыхслучаях наблюдается отказ грунтов с их разрушением и потерей несущей способности.Расчетные модели должны учитывать данный характер работы грунтового основания.Для того чтобы учесть потерю несущей способности основания, необходимомодифицировать модель Мора-Кулона путем введения критерия разрушения.

Введемдопущение о том, что превышение деформациями предельных значений будетсвидетельствовать о разрушении, и, как следствие, о потере несущей способностирассматриваемого грунта.На рисунке 2.3.1 показаны кривые деформирования, которые получены прииспытаниях на сдвиг [12].Рисунок 2.3.1. Кривые деформирования присдвиге1 – идеально-пластическоедеформирование, 2 – деформирование супрочнением,3 – деформирование с разупрочнениемКривая 1 относится к случаю, когда разрушение грунта наступает при постоянномпредельном касательном напряженииτ max и росте деформаций сдвига.

Кривая 2 –характеризует упрочняющийся грунт. И наконец 3-я кривая соответствует такомуповедению грунта, при котором он упрочняется додо своего остаточного значенияτ max , а далее прочность уменьшаетсяτост . Таким образом, за предел прочности для грунтовпринимаются значение деформации сдвига равное 10% и значение линейнойдеформации ε1  15% .Соответствующие ограничения были введены в модель Мора-Кулона, дополнивее, таким образом, критерием разрушения. Для апробации этой модели было проведенонекоторое количество расчетов зданий различной этажности, расположенных на68различных грунтах на сейсмические воздействия с различными доминантнымичастотами и шириной спектра. Ниже приведены некоторые результаты расчетов.2.3.1.Исследованиереакции15-тиэтажногокаркасногожелезобетонного здания на сейсмическое воздействиеРассмотримзадачурасчета15-тиэтажногожелезобетонногоздания,расположенного на грунтовом основании, заданном по модифицированной моделиМора-Кулона.

Корректный учет взаимодействия данного здания с основаниемобеспечивается за счет применения методики, изложенной в пп. 2.1, 2.2 (рисунок 2.3.2).Рисунок 2.3.2. Расчетная схема 15-ти этажного железобетонного здания, расположенногона грунтовом основании (синий цвет – грунт, зеленый цвет – демпфирующий PML-слой)В задачах, в которых корректный учет совместной работы конструкции иоснования обеспечивается с помощью указанной методики, расчет осуществляется в дваэтапа. На первом этапе проводится только статический расчет со статическимипараметрами грунта: статический модуль деформации  Eст  11 МПа ; статическийкоэффициент Пуассона  νст  0,375 ; статический модуль сдвига  Gст  4 МПа ;статическое удельное сцепление  сст  37 кПа ; угол внутреннего трения  θ  18 .Затем решается динамическая задача, в которой учитывается напряженнодеформируемое состояние полученное в статическом расчете и используютсядинамические параметры грунта: динамический модуль деформации  Eдин  276 МПа ;динамический коэффициент Пуассона  νдин  0, 4 ; динамический модуль сдвига Gдин  162 МПа ; динамическое удельное сцепление  сдин  59 кПа ; угол внутреннеготрения  θ  18 [108].69Расчет производился прямым динамическим методом с интегрированиемуравнений движения по явной схеме.

В качестве детерминированного сейсмическоговоздействия использовалась акселерограмма землетрясения с доминантной частотой 0,5Гц и нормированная на 9 баллов (приложение А рисунок 4).Конструктивная схема здания – полный рамный каркас. Сечение колонн40 см  40 см , сечение ригелей 40 см  40 см , толщина плит перекрытия 20 см ,толщина фундаментной плиты 80 см .

Колонны и балки смоделированы стержневымиконечными элементами, плиты перекрытий и фундаментная плита – оболочечными,грунтовый массив – объемными. Было введено допущение об «оптимальном»армировании. Это допущение основано на том, что в расчетных сечениях разрушениесжатой зоны бетона и растянутой рабочей арматуры наступает одновременно [55, 114].ВприложенииАнарисунке5показанадеформированнаясхемарассматриваемого здания, а на рисунках 2.3.3 и 2.3.4 приведены изополя интенсивностипластических деформаций фундаментной плиты и грунтового основания соответственнов момент времени t=5,34 с.Рисунок 2.3.3. Изополя интенсивности пластических деформацийплите, t=5,34 сε pl в фундаментнойРисунок 2.3.4. Изополя интенсивности пластических деформацийt=5,34 сε pl в массиве грунта,70Видно, что в зоне центральных колонн происходит продавливание фундаментнойплиты.

Выполненный на стадии проектирования расчет фундаментной плиты напродавливание в данном случае дает завышенную оценку прочности. По результатамнаших исследований видно, что несущая способность фундаментной плиты напродавливание не обеспечена.В результате продавливания колоннами фундаментной плиты происходит потерянесущей способности некоторыми элементами грунта, то есть при нагружениидостигается поверхность разрушения (приложение А рисунок 6).На рисунке 2.3.5 приведены графики вертикального перемещения w в точкахгрунта под центральными колоннами, где происходит продавливание и потеря несущейспособности элементов основания.Рисунок 2.3.5.

Графики перемещений w точек грунта в месте продавливанияПро графику видно, что разрушение элементов грунта наступает последовательнодля разных зон в области продавливания.Продавливание фундаментной плиты с потерей несущей способности некоторыхобластей основания приводит к прогрессирующему обрушению всей конструкции(рисунок 2.3.6).71Рисунок 2.3.6. Картина начала прогрессирующего обрушения здания в момент времениt=7,76 сРассмотрим работу аналогичной конструкции, но с усилением (увеличениемтолщины) части фундаментной плиты в зонах под колоннами (рисунок 2.3.7).Рисунок 2.3.7.

Характеристики

Список файлов диссертации