Диссертация (792538), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

профессору Юрию Павловичу Назарову за правильные ориентиры,советы и обсуждения многих аспектов настоящей работы.Благодарю заведующего лабораторией автоматизации исследования и проектирования сооружений (ЛАИПС) ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко АО НИЦ«Строительство» Юрия Николаевича Жука, привлекавшего меня к работенад многими интересными живыми проектами.Сердечно благодарю за поддержку и участие д.т.н. Виктора Петровича Чиркова, профессора кафедры Робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин имени В.В. Болотина Национального исследовательского уни-18верситета МЭИ, члена Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике.Благодарю д.т.н.

Александра Георгиевича Тяпина, главного научного сотрудника БКП-2 ОАО «Атомэнергопроект», за новые интересные направления и плодотворное обсуждение многих проблем, затронутых в диссертации.Выражаю признательность сотрудникам ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко икафедры Робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин имениВ.В. Болотина НИУ МЭИ за теплое дружеское отношение и поддержку приработе над диссертацией.191. Основы инженерного расчета на сейсмостойкость1.1.Эволюция методологии сейсмических расчетовЭтапы развития теории сейсмостойкости можно проследить по изменению формулы для расчета сейсмических сил.

Первая попытка сформулировать основырасчета на сейсмические нагрузки, описанная К.С. Завриевым в [59], принадлежала, по-видимому, японскому профессору Ф. Омори1 (1900 г.). Омори рассматривал сооружение как абсолютно твердое тело под действием постоянных горизонтальных сейсмических сил и, таким образом, допускал, что и грунт, и сооружениеколеблются с одинаковым ускорением. При ускорении грунта a сила инерции,действующая на сооружение весом Q , определяется по формулеS=Qa = QA ,g(1.1)где g - ускорение свободного падения, A = a g - сейсмический коэффициент. Этатеория была названа статической.Следующий шаг был сделан японским ученым Н.

Мононобе2 в 20-е годы прошлого века [13]. Он допустил, что сооружение является одномерным упругим телом, агрунт в его основании совершает горизонтальные гармонические колебания. Сейсмическая сила (1.1) прикладывалась к упругому телу с жесткостью K статически; соответствующее статическое перемещение uст определялось при решениизадачиKuст = −QA .(1.2)Чтобы получить амплитудное значение установившегося динамического перемещения u , Н. Мононобе умножал статическое перемещение на коэффициент динамичностиu = uст .1(1.3)F. Omori. Seismic Experiments on the fracturing and overturning of columns.

Publications of the Earthquake Investigations Comitee in Foreign Languages, vol. 4, p.69-141, Tokyo, 1900.2N. Mononobe. Vibration of Loaded Structure and Its Seismic Stability. Journal of Civil Eng. Society. Tokyo, 1920.20Если обозначить за T период свободных колебаний упругого тела, а за T0 периодгармонической вынуждающей сейсмической силы (период колебаний основания),то коэффициент динамичности определяется по формуле [46]:−1 T2  = 1 − 2  . T0 Тот же результат можно получить, умножив в формуле (1.2) левую и правую части на коэффициент динамичности  и решая задачу статики в видеKu = −QA .Таким образом, инерционная сейсмическая сила Н. Мононобе равнаS = QA .(1.4)Аналогичное выражение для сейсмической силы было получено К.С. Завриевым[59, 60] в 1927 г. независимо от Мононобе.

Так к задаче сейсмостойкости былприменен статический подход, когда сейсмические силы (1.4) прикладывают купругой системе статически и решают задачу статики. Благодаря коэффициентудинамичности полученная реакция в виде перемещений и внутренних усилий соответствует задаче динамики. Изложенная теория получила название динамической.Следующее качественное изменение касалось систем со многими степенями свободы. В 1932 г. М.А. Био предложил спектральный метод решения [5, 28, 29], который и поныне остается базовым методом решения линейных задач теории сейсмостойкости.

В конечном счете, этот метод дал возможность заменить интегралДюамеля значительно более простым решением, выраженным через спектральныеускорения. В сороковые годы прошлого столетия начала развиваться сейсмометрия, происходило постепенное накопление сейсмологических данных, развивалась инструменты и техника сбора, обработки и преобразования сейсмологической информации в спектры реакций для различных землетрясений (зависимостимежду ускорениями одномассовых осцилляторов и их собствными периодами),21см. работы А.Г. Назарова [71], Д. Хадсона [7], Дж.

Алфорда, Г. Хаузнера, Р. Мартела [3] и других. Величины спектральных ускорений Ag (или  a ) для одномассовых осцилляторов с различными собственными периодами определялись экспериментально, с помощью аналоговых устройств. На основе экспериментальныхданных были получены вошедшие в первые нормы стандартные спектральныекривые, отвечающие реальным землетрясениям.Динамическая теория получила дальнейшее развитие в 30-50-е годы в трудах И.Л.Корчинского [62-64]. Он предложил рассматривать сейсмическое ускорение грунта в виде суммы затухающих гармоник и получил расчетную сейсмическуюнагрузку для многомерной консольной модели.

Формулы И.Л. Корчинского сталибазовыми для расчета сейсмической нагрузки в СП-8-57 «Нормы и правила строительства в сейсмических районах», введенных в действие в 1957 году. В качестверасчетной схемы в этом СП была предложена плоская консольная модель с n сосредоточенными массами (Рисунок 1.1). Расчет сейсмических сил был основан наследующих предположениях И.Л. Корчинского, изложенных И.И. Гольденблатоми Н.А. Николаенко в [53]:1) процесс движения грунта рассматривается как стационарный за исключениемнебольших интервалов по времени в начале и конце землетрясения;2) сооружение реагирует только на одну гармонику из всего спектра Фурье сейсмического движения грунта, наиболее близкую к его первой собственной частоте;3) коэффициент динамичности  определяют по диаграмме на Рисунке 1.2 пособственному периоду конструкции;4) в последнем пункте приведем дословно мнение авторов [53] относительно степени доверия к результатам расчета: «… при перечисленных выше ограниченияхрасчет становится несколько условным, однако в настоящий момент ввиду ограниченности знаний законов движения почвы лучшего предположить не представляется возможным.»22Расчетная сейсмическая нагрузка в точке, где сосредоточена масса элемента конструкции весом Qk , принималась равнойSk = Qk Ak , k = 1, ..., n .(1.5)Здесь k - коэффициент формы колебаний, введенный И.Л.

Корчинским в видеnk =X k  Qi X ii =1,nQ Xi =1i(1.6)2iгде X k = X ( xk ) , X i = X ( xi ) - отклонения по первой собственной форме колебаний в точках с координатами xk и xi (Рисунок 1.1). Значения сейсмического коэффициента A определялись по таблице 1.1.Благодаря работам советских ученых были исследованы вопросы рассеяния энергии, влияния переходных процессов в конструкции и свойств грунта на сейсмические силы, впервые была поставлена и качественно описана проблема взаимодействия конструкции с грунтовым основанием [47].Таблица 1.1.Значения сейсмического коэффициента в СП-8-57Расчетная сейсмичность в баллах7891/401/201/10Значения сейсмического коэффициента A(0,025)(0,05)(0,1)В 1981 году был принят новый нормативный документ, регламентирующий сейсмические расчеты в строительной отрасли СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах, разработанный специалистами ведущих научных и проектных организаций под руководством С.В.

Полякова. Расчет предусматривал учетне одной, а нескольких форм колебаний; сейсмические силы, действующие наэлемент конструкции с весом Qk , определяются для каждой j -той собственнойформы в соответствии с формулой23S jk = K1K2 KQk A j  jk , k = 1, ..., n, j = 1, ..., p ,(1.7)где p - число удерживаемых форм колебаний. Сейсмические силы (1.7) получилиназвание модальных или спектральных сил, поскольку они соответствуют формам(или модам) спектра собственных колебаний.QnXkXjQkQjxkxjQ1Рисунок 1.1.Консольная модельРисунок 1.2.

Коэффициент динамичности, принятый в СП-8-57Коэффициент сейсмичности A в новых нормах увеличился сразу в 4 раза (см.Таблицу 1.2).Таблица 1.2.Значения сейсмического коэффициента в СНиП II-7-81*Расчетная сейсмичность в баллах789Значения сейсмического коэффициента A0,10,20,4Причиной стало появление новой сейсмической шкалы MSK-643 [66, 116], в которой интенсивностям в баллах были приписаны уточненные значения ускорений,скоростей и перемещений. Значения сейсмического коэффициента оказалисьпримерно вчетверо выше предполагаемых ранее (см. Таблица 1.3).Как отмечалось в [93], если проводить расчет по уточненным значениям А (Таблица 1.2), то сейсмические силы получаются такими, что сооружение гарантированно разрушалось уже при 7 баллах.

Тем не менее, опыт показывает, что зданиявыдерживают 7-балльные землетрясения, хотя в них и могут появиться трещины.3Сейсмическая шкала С.В. Медведева, В. Шпонхойера, В. Карника24Таблица 1.3.Интенсивность сейсмического воздействия по шкале MSK-64Интервалы амИнтервалы амплитуд смещеИнтервалы амИнтенсивностьплитуд скороний центра тяплитуд ускорев баллахстей грунтажести маятниканий грунта, см/с2см/сна сейсмометреСБМ, см630-603,0-6,01,5-3,0761-1206,1-12,03,1-6,08121-24012,1-24,06,1-12,09241-48024,1-48,012,1-24Это обстоятельство навело на мысль о снижении сейсмических сил за счет работыконструкций за пределами упругости, умножив их на коэффициент допускаемыхповреждений K1 . Для коэффициента K1 были приняты следующие значения:K1 = 1 – для сооружений, в которых локальные повреждения и остаточные деформации не допускаются, K1 = 0,25 для сооружений, в которых допускаются остаточные деформации и локальные повреждения, затрудняющие нормальную эксплуатацию, K1 = 0,12 - если допускаются значительные остаточные деформации,трещины, повреждения, приостанавливающие нормальную эксплуатацию.Коэффициент K 2 учитывал особенности конструктивного решения здания илисооружения (здания каркасные, панельные, этажность и т.д.) и принимает значения от 0,5 до 1,5.Коэффициент K был введен для учета малого демпфирования некоторых конструкций (башни, дымовые трубы, мачты и т.д.) и меняется от 1 до 1,5.Таким образом, упрощенное линейное решение (1.7) корректировалось наборомкоэффициентов.Избирательное возбуждение колебаний по разным формам учитывается коэффициентом динамичности  j , своим для каждой собственной формы с номером j .Кроме того, величина коэффициента динамичности зависит от типа грунта.

Характеристики

Список файлов диссертации