Диссертация (1141525), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Анализ реакции железобетонного здания повышенной этажности приразличных моделях грунтового основанияРассмотрим 15-ти этажное железобетонное здание с полным рамным каркасом(рисунок 3.3.1).103Рисунок 3.3.1. Расчетная схема 15-тиэтажного железобетонного здания,расположенного на грунтовом основании(синий цвет – грунт, зеленый цвет –демпфирующий PML-слой)При проведении исследований было выбрано наиболее неблагоприятное исходноесейсмическое воздействие. Доминантная частота всех трех компонент акселерограммысоставляет 0,5 Гц (приложение Б рисунок 11).Остальные исходные данные аналогичны принятым в п. 2.3.На рисунке 3.3.2 показаны изополя интенсивности пластических деформаций вгрунтовом основании, заданном по модели Мора-Кулона. Сравнивая распределениеинтенсивности пластических деформаций под 5-ти (п.3.2) и 15-ти этажными зданиямивидны значительные различия.Рисунок 3.3.2. Изополя интенсивности пластических деформацийзаданном по модели Мора-Кулонаε pl в грунтовом массиве,Как указывалось выше, значительные пластические деформации в основании 15ти этажного здания при землетрясении вызваны большим весом здания и болеезначительным вкладом в НДС основания сейсмического воздействия.Ниже на рисунках 3.3.3 - 3.3.5 показаны графики относительных горизонтальныхперемещений верха здания, ускорений точки середины плиты перекрытия 15-го этажа ипоперечных сил в основании колонн соответственно.104а)б)Рисунок 3.3.3.

Относительные смещения этажейКомпонента XКомпонента Y105Компонента ZРисунок 3.3.4. Компоненты ускорений точки середины плиты перекрытия 15-го этажаа)б)Рисунок 3.3.5. Поперечная сила в основании колонныАнализируя результаты расчета 15-ти этажного здания можно сделать вывод, чтореакция здания на линейно-деформируемом грунтовом основании и на основании,заданном по модели Мора-Кулона, имеют определенные различия. При этом следуетотметить, что поперечные силы в основании колонн для двух расчетных случаевпрактически совпадают.

Однако время начала разрушения элементов конструкции ихарактер обрушения зданий значительно разнятся. В приложении Б на рисунке 12приведены изополя интенсивности напряжений в стержневых элементах конструкции вмомент времени предшествующий началу прогрессирующего обрушения всего здания.106А на рисунке 3.3.6 показан характер обрушения зданий, расположенных на грунтахоснования, заданных по различным моделям.а)б)Рисунок 3.3.6. Картина начала прогрессирующего обрушенияа) здание на линейно-деформируемом основании; б) здание на основании, заданном помодели Мора-КулонаПо полученным результатам можно сделать следующий вывод: при интенсивномсейсмическом воздействии для зданий повышенной этажности необходимо учитыватьнелинейный характер деформирования грунтов основания.3.4.

Методика расчета 9-ти этажного железобетонного здания перекрестностеновой конструктивной схемы при сейсмическом воздействииВыполним детерминированный расчет жилого 9-ти этажного железобетонногоздания перекрестно стеновой конструктивной схемы, модель которого представлена нарисунке 3.4.1.107Рисунок 3.4.1. Расчетная модель жилого 9ти этажного железобетонного здания нагрунтовом основанииРасчет производился в 2 этапа (статический и динамический), при этомиспользовалсядемпфирующийPML-слойвсоответствиисразработаннойиприведенной в главе 2 методикой.

Параметры грунтов основания приняты по аналогии спараграфом 2.3.Дляопределенияпараметровнаиболеенеблагоприятногосейсмическоговоздействия был выполнен модальный анализ рассматриваемого здания. Былоустановлено, что для данного здания таким воздействием является акселерограмма сдоминантными частотами 1 Гц. На рисунке 3.4.2 приведена компонента X этойсинтезированной акселерограммы, нормированной на интенсивность 9,5 баллов.Рисунок 3.4.2.

Компонента X расчетной акселерограммыНиже приведем некоторые результаты расчета.На рисунке 3.4.3 показан момент начала прогрессирующего обрушенияконструкции (t=10,84 с).108Рисунок 3.4.3. Начало прогрессирующего обрушения конструкции t=10,84 cНа рисунке 3.4.4 приведены изополя интенсивности пластических деформаций вэлементах конструкций (а), а также в грунтовом основании (б) в данный моментвремени. В приложении Б на рисунке 13 показаны изополя интенсивности напряжений втех же элементах расчетной схемы.б)а)Рисунок 3.4.4.

Изополя интенсивности пластических деформацийа) в элементах конструкции, б) в элементах грунтового основанияНа рисунке 3.4.5приведеныграфикиперемещений в центре плиты покрытия.а)горизонтальных и вертикального109б)в)Рисунок 3.4.5. Графики перемещений точки плиты покрытия конструкцииТаким образом, разработанная методика (глава 2) позволяет выполнятьдетерминированный расчет реальных зданий на интенсивное сейсмическое воздействиепрямым динамическим методом с учетом нелинейного характера деформированиянадфундаментных конструкций, фундаментов и грунтов основания в корректнойпостановке.Выводы по главе 3Произведены исследования работы простых систем с учетом взаимодействия соснованием при интенсивных землетрясениях.

Выполнено сравнение результатов,полученных при расчете конструкции с учетом и без учета совместной работы с грунтомоснования.Исследования работы одноэтажной рамы показали, что ее реакция наземлетрясение различна при учете и без учета взаимодействия с грунтовым основанием.Повреждения, полученные конструкцией при учете совместной работы с грунтовымоснованием, являются более значительными.110Сравнение графиков интенсивности напряжений в середине плиты перекрытияпоказали для расчетного случая, в котором учитывалось взаимодействие с основаниемуменьшение интенсивности напряжений для наиболее нагруженных элементов какбетона, так и арматуры.Наличие конструкции трансформирует исходное сейсмическое воздействие,которое было задано для свободной поверхности.

При этом доминантная частотасейсмического воздействия смещается в сторону больших периодов, а максимальныеускорения по Х увеличились в 1,8 раза, по Y  в 2,5 раза, по Z  в 5 раз.Призначительнаярассмотренииитрехэтажнойколичественнаяипространственнойкачественнаярамытрансформациянаблюдаетсяисходногосейсмического воздействия, происходит сдвиг спектра в область больших периодов.Интенсивности напряжений в элементах конструкции уменьшились для случаявзаимодействия с основанием. Максимальные ускорения по Х увеличились в 6 раз, по Y в 10 раз, по Z  в 27 раз.Проведенные исследования простых систем показывают, во-первых, что приучете совместной работы сооружения с основанием происходит трансформациярасчетного сейсмического воздействия, которое получено на свободной поверхности,причем степень трансформации существенно отличается для зданий разной этажности.Во-вторых, неучет взаимодействия сооружения с грунтом основания при проведениирасчетов на сейсмическое воздействие может привести к дефициту сейсмостойкостипроектируемого здания или сооружения.Были проведены численные исследования работы 5-ти этажного железобетонногоздания с полным рамным каркасом расположенного, в одном расчетном случае налинейно-деформируемом основании, в другом – на основании, заданном по моделиМора-Кулона.

Проведение расчетов зданий небольшой этажности на землетрясенияцелесообразно выполнять с использованием более простой линейно-деформируемоймодели основания. Однако с увеличением этажности (веса здания и, соответственно,давления под подошвой фундамента) нелинейный характер деформирования грунтапроявляется в большей степени и существенно сказывается на поведении конструкцииво время сейсмического воздействия.Проведено исследование 15-ти этажного здания в аналогичной постановке.Реакция данного здания на линейно-деформируемом грунтовом основании и на111основании, заданном по модели Мора-Кулона, имеет определенные различия.

Времяначала разрушения элементов конструкции и характер обрушения зданий значительноразнятся. Таким образом, при интенсивном сейсмическом воздействии для зданийповышенной этажности необходимо учитывать нелинейный характер деформированиягрунтов основания.Проведенрасчетжилого9-тиэтажногозданияперекрестно-стеновойконструктивной схемы на интенсивное сейсмическое воздействие по разработаннойметодики учета совместной работы сооружения с основанием. Разработанная методикапозволяет выполнять детерминированный расчет реальных зданий на интенсивноесейсмическое воздействие прямым динамическим методом с учетом нелинейногохарактера деформирования надфундаментных конструкций, фундаментов и грунтовоснования в корректной постановке.112Глава4.ВЕРОЯТНОСТНАЯЗАДАЧАВЗАИМОДЕЙСТВИЯСООРУЖЕНИЯ С ОСНОВАНИЕМ4.1.

Вероятностные параметры грунтового основанияВ главе 1 были приведены случайные параметры и методы моделированиясейсмического воздействия, которое является ярко выраженным случайным процессом.Следует отметить, что параметры грунтового основания также имеют большуюизменчивость. В общем случае данные параметры являются случайными функциямикоординат. Именно поэтому при обработке результатов определений физических имеханических (прочностных и деформационных) характеристик грунтов применяютметоды теории вероятностей и математической статистики [81]. Все это говорит онеобходимости при исследовании и проектировании зданий и сооружений, строящихсяв сейсмических районах, при учете взаимодействия сооружения с основаниемприменять методы теории надежности строительных конструкций, теории вероятностей,теории случайных процессов и случайных функций.Статистическую обработку результатов испытаний грунтов проводят для оценкинеоднородности и вычисления нормативных и расчетных значений характеристикгрунтов.

Неоднородность грунта оценивают с помощью коэффициентов вариациихарактеристик грунта. Статистическую обработку проводят для частных значенийхарактеристик грунтов или фиксируемых в отдельных испытаниях величин, которыесоставляют случайную выборку. При наличие закономерного изменения характеристикив каком-либо направлении (чаще всего с глубиной) статистическую обработку проводятдляопределенияпараметровкорреляционнойзависимости[81].Значениядоверительной вероятности при вычислении расчетного значения характеристикигрунта принимают в соответствии с рекомендациями норм проектирования различныхвидов сооружений. Данные значения должны быть указаны в программе работ напроведение инженерно-геологических изысканий. Число определений характеристикгрунтов или фиксируемых в опытах значений должно быть не менее 6.В расчетах будем использовать вероятностные характеристики случайныхпараметров грунтов, полученных в результате инженерно-геологических изысканий дляодной из площадок в сейсмическом районе под строительство одного из олимпийскихобъектов.МатематическоеожиданиемодулядеформацииmE  25 МПа ,113среднеквадратическое отклонение - sE  5 МПа ; математическое ожидание удельногосцепления mс  34 кПа , среднеквадратическое отклонение - sс  6,8 кПа ; математическоеожидание угла внутреннего трения m  23 , среднеквадратическое отклонение -sθ  2,3 .В проведенных исследованиях будем использовать модель грунтового основанияМора-Клона со случайными параметрами: модуль деформации  Е, удельное сцепление с и угол внутреннего трения  θ .Будем считать, что все характеристики грунта, принимаемые случайнымиподчиняются нормальному закону распределения.Функция распределения нормального закона:1F  x esx 2 xгде x  mx  22 sx2dx ,(4.1.1)mx  математическое ожидание случайной величины x, sx  среднеквадратическоеотклонение случайной величины x.Плотность распределения нормального закона:f  x Оценка1es x 2надежности x  mx  22 sx2системы.сооружениеоснование,(4.1.2)выполненнаяниже,производилась методом статистических испытаний [48, 67, 68, 69].

Характеристики

Список файлов диссертации