Диссертация (792538), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Известно, что мягкие грунты усиливают сейсмический эффект. В [66] приведены25данные по приращению сейсмической балльности грунтов разных типов. Так, если брать за эталонный грунт гранит, то по сравнению с ним скальные грунты (известняки, песчаники, сланцы) усиливают сейсмичность площадки на 0.2 - 1,1 балла; полускальные (гипсы, мергели) – на 0,6 - 1,2 балла; песчаные – на 1,2 - 1,8балла; глинистые (глины, суглинки, супеси) – на 1,2 - 2,1 балла; насыпные и почвенные – на 2,3 - 3 балла; обводненные насыпные и почвенные – до 3,9 баллов.Поэтому на диаграмме на Рисунке 1.3 более слабые грунты (2 и 3 категории)имеют повышенные значения коэффициента динамичности.Рисунок 1.3. Коэффициенты динамичности по СНиП II-7-81*(1 – скальные грунты; 2 - скальные выветрелые; 3 - рыхлые пески и глины).Коэффициент формы колебаний так же, как и коэффициент динамичности, рассчитывается для каждой собственной формыn jk =X jk Qi X jii =1,nQ Xi =1i2jiгде X jk = X j ( xk ) , X ji = X j ( xi ) - отклонения по j -ой собственной форме колебаний в точках с координатами xk и xi (Рисунок 1.1).Таким образом, по формуле (1.7) рассчитывают спектр сейсмических сил, соответствующий спектру собственных частот и форм колебаний конструкции; поэтой причине теория, заложенная в СНиП II-7-81*, называется спектральной.26Модальные сейсмические силы (1.7) прикладывают к расчетной модели статически и определяют соответствующие модальные отклики конструкции: внутренниеусилия N jk и перемещения.
Так как сейсмические силы соответствуют разнымформам, они не могут действовать одновременно 4. В [36] доказано, что наиболеевероятное значение полного расчетного усилия вычисляется по формуле среднеквадратического осреднения (правило ККСК: расчетное усилие, приложенное кk -той массе, равно квадратному корню из суммы квадратов модальных усилий,приложенных к этой массе):Sk =pSj =12jkПолученные усилия добавляют к прочим усилиям в расчетное сочетание нагрузоки оценивают сейсмостойкость сооружения по методу предельных состояний.1.2.Направления и перспективы развития современной теории сейсмостойкостиС усложнением конструкций зданий развитие теории сейсмостойкости сопровождалось углублением в различные аспекты сейсмических явлений.
К настоящемумоменту она превратилась в многогранную отрасль строительной механики, привлекающую к решению своих задач теории вероятностей, надежности, случайныхпроцессов, пластичности, случайных и нелинейных колебаний, волновую механику и вычислительные методы решения задач динамики. На Рисунке 1.5 схематично показаны этапы развития теории, первые три из которых обсуждались выше.Сегодня основные работы направлены на учет пространственного характера расчетной динамической модели и сейсмического воздействия и продвигаются потрем основным направлениям: волновая теория сейсмостойкости, развитие мето-Сейсмическое движение грунта можно представить в виде суммы гармонических составляющих (разложение вряд Фурье).
Отдельные гармоники будут возбуждать формы, близкие к ним по частоте. Если, например, началоземлетрясения было высокочастотным, первыми прореагируют высокочастотные формы, в то время как реакция состороны низкочастотных форм будет запаздывать.427дов и вычислительных возможностей нелинейного анализа и применение вероятностного подхода.Вероятностная теория сейсмостойкостиС 50-х годов прошлого века стал активно развиваться вероятностный подход крешению задач сейсмостойкости. Казалось, он больше соответствует характерупроблемы в силу случайного характера сейсмического воздействия и физическихсвойств материалов.
Благодаря работам В.В. Болотина [37-43], М.Ф. Барштейна[34-124], И.И. Гольденблата [50-55], Н.А. Николаенко [95-97], Ш.Г. Напетваридзе[93-94] и других ученых задачи сейсмостойкости сооружений начали решать методами теории случайных процессов. Смысл вероятностной постановки состоит втом, что случайная нагрузка представляется в виде случайного процесса с заданными вероятностными параметрами (Рисунок 1.6) [40, 42]. Этот процесс подаетсяна вход линейной стационарной системы – конструкции, динамические свойствакоторой заданы уравнениями движения.
Система трансформирует случайныйпроцесс на входе в случайный процесс на выходе. Выходной случайный процессполностью определяется частотными характеристиками самой системы и вероятностными характеристиками процесса на входе, такими, например, как математическое ожидание и стандарт.В рамках корреляционной теории по системе корреляционных функций, описывающих движение грунта, находится система корреляционных функций для внутренних усилий в конструкции, и эти функции ограничиваются данными о распределении прочностных свойств материалов [53-55].Методы теории вероятностей, статистической динамики и случайных процессовподходили не только для вероятностной оценки динамической реакции конструкции, но и для учета случайного характера её механических и прочностныхсвойств, для спектрального и корреляционного анализа записей землетрясений имоделирования синтетических акселерограмм, для оценки наступления землетря-28сения определенной интенсивности, для оценки сейсмического риска и резерванесущей способности конструкций.Статическая теориясейсмостойкостиДинамическая теориясейсмостойкостиСпектральная теория для консольной динамической моделиВероятностная теориясейсмостойкостиНелинейная теориясейсмостойкостиСпектральная теория для пространственных расчетных моделей и пространственных воздействийВероятностная теориясейсмостойкостиНелинейная теориясейсмостойкостиВолновая теория сейсмостойкостиРисунок 1.5.
Этапы развития теории сейсмостойкостиСлучайный процесс навходеЛинейная стационарная системаСлучайный процесс на выходеСЕЙСМИЧЕСКОЕВОЗДЕЙСТВИЕКОНСТРУКЦИЯСЛУЧАЙНЫЕПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИУСИЛИЯРисунок 1.6. Применение вероятностного подходаНо ученым и инженерам тех лет пришлось на практике убедиться, что вероятностный подход имеет существенные недостатки. В основном они связаны сосложной нестационарной природой физических процессов зарождения сейсмического возмущения в недрах и распространением его в виде сейсмических волн доземной поверхности.
По этой причине каждое сильное землетрясение – событие29довольно редкое с уникальными вероятностными характеристиками. В предисловии Я.А. Айзенберга к работе [93] отмечается, что, поскольку отсутствует ансамбль реализаций соответствующего случайного процесса, вряд ли когда-нибудьпоявятся надежные исходные данные для расчетов в виде обоснованных вероятностных распределений, а это означает, что чисто вероятностные подходы ивключение этих подходов в строительные нормы встретили бы принципиальныезатруднения. Вместе с тем при разумном сочетании с инженерным анализом онимогут стать полезным инструментом исследования.
Однако надо учитывать, чтовероятностные расчеты нелинейных систем связаны с применением метода статистического моделирования, что часто приводит к исключительно трудоемким вычислениям.Интересные работы последних лет связаны с вероятностным описанием процессаповерхностного распространения сейсмических волн в малых масштабах. В 80-хгодах прошлого века началось создание специальных полигонов – полей (илимассивов) с плотным размещением сейсмодатчиков (dense instrument arrays), разделенных между собой достаточно малыми расстояниями, порядка десятка метров.
Сегодня во многих сейсмически активных зонах мира (США, Тайвань, Япония, Италия, Греция, Финляндия) работают десятки таких полигонов [1, 2, 32]. Ихосновная цель - сбор, накопление и анализ сейсмологических данных для изучения сейсмических движений в малых масштабах. Результаты обработки данныхпредставляются в виде функции когерентности - меры согласованности спектрального состава сейсмического воздействия в различных точках поверхностигрунта. Вопросы практического применения функции когерентности в инженерных расчетах исследованы в [82] и связаны с оценкой рассеяния сейсмическихволн в грунте при анализе протяженных конструкций.Волновая теория сейсмостойкостиНачиная с 70-х годов прошлого века благодаря работам ученым СССР и СНГ(научные школы К.С.
Завриева в Грузии [60, 93], В.Т. Рассказовского в Узбекистане [118, 119], Э.Е. Хачияна в Армении [137, 138], ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко30[72, 75, 96], работы А.П. Синицына [125, 126] и многих других замечательныхученых) стало развиваться волновое направление теории сейсмостойкости. Волновая теория сейсмостойкости решает три основные задачи: анализ влияния волнового сейсмического воздействия на пространственные сооружения, взаимодействие конструкции с грунтовым основанием и инициация сейсмическими волнамиволновых процессов в конструкциях.
Для решения перечисленных задач применяется аппарат волновой механики. Коротко поясним их содержание.Энергия, высвобождаемая в очаге землетрясения, передается к поверхности землисейсмическими волнами. Объемные и поперечные волны движутся к поверхностис разными скоростями. Существенные изменения волны претерпевают при переходе из скального основания в осадочный слой; в более мягком осадочном слоескорость распространения волн снижается. Если среда, по которой проходят этиволны, слоистая, возникают отражения и преломления на границах, а само волновое движение происходит с частичным рассеиванием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
