Диссертация (792538), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Николаенко, С.В. Поляков, Ш.Г. Напетваридзе, Г.Н. Карцивадзе, А.Ф. Смирнов, А.П. Синицын, Я.М.Айзенберг, А.В. Перельмуттер, В.И. Сливкер, Э.Е. Хачиян, Ю.П. Назаров, Ю.И.Немчинов, А.М. Уздин, Ю.Т. Чернов и многие другие), волновой теории (Н.Ньюмарк, В. Ли, Дж.
Луко, Х.Т. Шибата, Т. Шигета, М. Трифунак, Н.А. Абрахамсон, А. Зерва и В. Зервас, М. Тодоровска, В.Т. Рассказовский, Э.Е. Хачиян, Н.А.Николаенко, А.П. Синицын, Ю.П. Назаров, А.Г. Тяпин и многие другие).Несмотря на высокий уровень теоретических исследований, отечественная нормативная база по расчетам на сейсмические воздействия выглядит отсталой: в последних редакциях актуализированных строительных норм (включая СП14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах) все еще приводятся расчетные формулы для внутренних усилий в консольной модели; при этом сейсмическое воздействие поступательное и задано в одной точке - заделке консоли.Консольная модель давно уступила место цифровым пространственным моделямконструкций, генерируемым системами автоматизированного проектирования иинжиниринга (CAD-CAE-системами).7Несмотря на прорыв в моделировании, сейсмическое воздействие при проектныхрасчетах по-прежнему задается в одной точке.
Однако пространственные расчетные модели требуют задания пространственных нагрузок - только в этом случаеудастся смоделировать особенности динамического поведения конструкций (Рисунок В.1, фото с Интернет-сайтов), которые фиксируются при сильных землетрясениях и обусловлены прохождением сейсмических волн, но недоступны дляанализа при задании сейсмического воздействия в одной точке.Тайвань, 20.09.1999Новая Зеландия, 13.11.2016Япония, 11.09.2011Непал, 25.04.2015Рисунок В.1. Разрушения, обусловленные волновыми сейсмическими эффектамиПри задании сейсмических нагрузок на пространственные модели конструкцийнеобходимо исходить из основополагающей предпосылки: сейсмическое воздействие есть волновое сейсмическое движение грунта, и оно задается в виде векторного пространственно-временного поля кинематических параметров.
Далее, в за-8висимости от спектрального состава землетрясения, размеров и степени жесткости фундамента могут быть выделены «подвиды» волнового движения – интегральная и дифференцированная модели сейсмического движения грунта. Приинтегральной модели движение фундамента с примыкающей к нему областью основания происходит подобно абсолютно твердому телу. В зависимости от наличия угловых движений этого тела различают интегральную дилатационную и интегральную дилатационно-ротационную модели. Интегральная модель подходитдля задания сейсмического воздействия на здания с очень жесткими фундаментами (например, плитно-свайный с мощной плитой), а также для конструкций наподатливых фундаментах при условии, что доминирующие длины сейсмическихволн значительно превосходят размеры фундамента. Если фундамент податливый, а доминирующие длины волн короткие (порядка длины фундамента), тодвижение каждой опорной точки конструкции происходит по индивидуальномузакону, отражающему процесс прохождения волны.
Такая модель задания сейсмического воздействия называется дифференцированной.Для прочностного расчета на пространственные нагрузки по интегральной и дифференцированной моделям воздействия необходимы более общие методы расчетов. Как показано в настоящей диссертации, простой и надежный линейноспектральный метод (ЛСМ) может быть обобщен на случай волнового сейсмического движения как для интегральной дилатационно-ротационной, так и для дифференцированной модели движения грунта.Таким образом, настоящая диссертационная работа посвящена в основном решению следующих актуальных проблем теории сейсмостойкости: преобразованиеволновых сейсмических воздействий в расчетные сейсмические нагрузки и анализдинамической реакции пространственных конструкций на эти нагрузки линейноспектральным методом.Степень разработанности темы исследованияВ диссертации рассмотрен только один аспект волновой теории сейсмостойкости:динамический анализ реакции пространственных конструкций на волновое сей-9смическое воздействие.
Вопросы взаимодействия сооружения с грунтовым основанием и инициации сейсмическими волнами волновых процессов в конструкциях не затрагиваются. Поскольку основным инженерным методом сейсмическогорасчета является ЛСМ, в качестве объектов исследования рассмотрены физическии геометрически-линейные модели конструкций. Эти ограничения не являютсяслишком жесткими, так как в соответствии с «методом трех моделей», предложенном в [79], ЛСМ в обобщенной форме может применяться и к моделям, ужеповрежденным в ходе землетрясения.Цели и задачи диссертационной работыЦелью настоящей диссертации является работа над расширением понятий, подходов и методов прикладной теории сейсмостойкости строительных конструкций наобласть волновых сейсмических воздействий.Задачи диссертационной работы заключаются в разработке и апробации усовершенствованных подходов и методов сейсмического расчета строительных конструкций:• формулировка методических основ и общего алгоритма современного сейсмического расчета пространственных моделей конструкций и пространственных волновых воздействий, включающая: определение расчетной модели движения грунта; получение расчетных параметров волнового воздействия; составление уравнений относительного движения для интегральной идифференцированной моделей грунтового движения; решение уравненийдвижения в частотной и временной областях; анализ динамической реакциистроительных конструкций на волновые сейсмические воздействия;• разработка обобщенной формы линейно-спектрального метода, применимого как для интегрального, так и для дифференцированного сейсмическогодвижения;а также в исследовании сопутствующих проблем:10• моделирование пространственно-временных волновых полей движениягрунта в виде волн Рэлея и Лява, соответствующих заданным акселерограммам и грунтовым условиям; вывод формул для сейсмических ротацийот волн Рэлея и Лява;• влияние ротационного движения грунта на динамическую реакцию конструкций;• изменчивость сейсмического движения грунта, анализ спектрального состава пространственного сейсмического воздействия и получение состоятельной оценки спектральной плотности ускорения грунта;• фильтрация коротких сейсмических волн жесткими фундаментами;• проблема предельных состояний при сейсмических расчетах.Научная новизнаНаучная новизна диссертационной работы состоит в получении автором следующих результатов:1.
Разработана форма линейно-спектрального метода расчета строительныхконструкций на сейсмостойкость, обобщенного на случаи интегральной идифференцированной моделей сейсмического движения грунта. Полученыкомпактные формулы для параметров динамической реакции (модальныхперемещений и внутренних сейсмических усилий), подходящие для интегрального и дифференцированного сейсмического движения, для диагональной и недиагональной матрицы инерции, для решения с учетом и безучета угловых движений грунта.2. Получены формулы для модальных опорных реакций и для модального отклика конструкции на отдельные компоненты сейсмического движения дляинтегральной и дифференцированной моделей сейсмического движениягрунта.3. Описаны способы формирования сейсмических нагрузок в уравнениях относительного движения систем со многими степенями свободы при наличии11поступательного и углового сейсмического движения грунта для интегральной и дифференцированной моделей.4.
Разработан метод моделирования пространственно-временного поля поверхностных волн Лява и Рэлея, включая ротационные компоненты, по акселерограмме, заданной в одной точке упругого грунтового основания.Представлены алгоритмы и программные коды в ПК Matlab.5. Исследовано влияние ротационного движения грунта на динамическую реакцию строительных конструкций для интегральной и дифференцированной моделей движения грунта. Приведены результаты численного моделирования в ПК Matlab и ПК STARKON.6. Описан метод получения состоятельной оценки спектральной плотностисейсмического ускорения грунта, необходимой для анализа измененияспектрального состава сейсмического движения с помощью сглаженнойфункции пространственной когерентности.
Представлены алгоритмы и программные коды в ПК Matlab.7. Исследовано явление изменчивости сейсмического движения грунта, обусловленное пространственным изменением спектральных свойств воздействия из-за рассеяния в грунте. Приведены оценки экспериментальных данных, полученных на зарубежных полигонах; сделаны практические выводыдля прикладных расчетов.8. Изучена проблема фильтрации коротких сейсмических волн жесткими фундаментами, проанализированы результаты зарубежных натурных экспериментов.9. Исследована проблема предельных состояний конструкций при интенсивных землетрясениях; проанализированы отечественные и зарубежные подходы к описанию моделей и уровней предельных состояний.12Теоретическая и практическая значимость диссертационной работыНаучные результаты в виде обоснованных расчетных методик могут быть использованы в нормативных документах нового поколения и методических руководствах по сейсмическим расчетам в строительной отрасли.Результаты диссертационной работы были применены сотрудниками ЛАИПСЦНИИСК им.
В.А. Кучеренко при научном сопровождении и расчетах уникальных строительных объектов: многофункционального гостиничного комплекса 5звезд Ойстер Гранд отель энд СПА в станице Благовещенской, г. Анапа (РисунокВ.2); проекта Российского Международного Олимпийского Университета и Многофункциональногогостинично-рекреационного комплекса в г. Сочи, проекта нового терминала Аэропорта в г. Симферополь и других объектов, расположенных всейсмических зонах.Результаты диссертационной работы былииспользованы сотрудниками ООО «Еврософт» (г.
Москва) при разработке специалиРисунок В.2. Проект гостиничного комплекса. Расчет на интегральную дилатационноротационную модель воздействиявыполнен в ЛАИПС ЦНИИСКим. В.А. Кучеренкоhttp://www.youblisher.com/p/1728724-STARKPRJ/зированного отечественного программногообеспечения для расчетов строительныхконструкций на волновые сейсмические воздействия – конечно-элементного программного комплекса STARKON и программногомодуля Одиссей для определения расчетныхпараметров волнового сейсмического воздействия.Методология и методы исследованияНастоящая диссертация продолжает тему расчетных моделей волновых сейсмических воздействий и методов оценки динамической реакции строительных конструкций научной школы ЦНИИСК им.
В.А. Кучеренко.13За отправную точку при работе над диссертацией были взяты труды Н.А. Николаенко, И.И. Гольденблата, С.В. Полякова [52-55], Н. Ньюмарка [19, 99], А.Ф.Смирнова [127], А.П. Синицына [125, 126], В.Т. Рассказовского [118, 119],Р.Клафа, Дж. Пензиена [61], Э.Е. Хачияна [137-138], Ю.П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
