Диссертация (792538), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Предельные усилия должны быть рассчитаныс учетом динамического быстро меняющегося характера воздействия.1.5.Концепция двойного расчета и метод трех моделейИ.И. Гольденблат, понимая, что задача сейсмостойкости в нелинейной постановкевряд ли когда-нибудь будет решена силами инженеров проектных учреждений,предложил значительно более простой путь – концепцию двойного расчета [54].Он рассуждал так: землетрясения можно разделить на частые слабые с интервалом повторяемости в десятки лет и редкие сильные, повторяемость которых значительно превышает срок службы сооружения. Расчет на частые слабые толчкиможно проводить по упругой стадии классическим методом предельных состояний, так, чтобы уберечь здание от повреждений. Это первая расчетная ситуация,известная как расчет на проектное землетрясение (ПЗ), то есть то, которое можетпроизойти на данной площадке хотя бы один раз за срок службы сооружения.Второй расчет проводится для случая редкого сильного воздействия – на максимальное расчетное землетрясение (МРЗ), потенциально возможное на даннойплощадке по данным сейсмологических исследований.
В случае сильных землетрясений удержание конструкции в упругой стадии нецелесообразно. И.И. Гольденблат и С.В.Поляков по этому поводу писали так [55]: «Мы не можем требовать, чтобы сооружения, возводимые в районах восьми-, а тем более девятибалльных землетрясений, полностью сохранялись без всяких повреждений после про-42шедших землетрясений.
… В зданиях могут появиться трещины и местные повреждения, которые вызовут потом необходимость ремонта, иногда даже капитального, но, если жизнь людей и наиболее ценное оборудование сохранены,можно считать подобные здания и сооружения сейсмостойкими. Мы приходим,таким образом, к несколько отличному от принятого определения предельногосостояния. Как известно, под предельным состоянием понимается такое, при котором невозможна дальнейшая эксплуатация объекта. В данном случае нужно отказаться от этого определения. … В сущности, задачей теории сейсмостойкостиявляется обеспечение сооружений от больших повреждений; в отдельных объектах местные дефекты и разрушения могут считаться допустимыми».В расчете на сильные воздействия учитываются все внутренние резервы конструкции, такие как пластические деформации, трещинообразование, перестройкувнутренней структуры, увеличение демпфирования и т.д.Поскольку комплексные нелинейные расчеты исключительно трудоемки, И.И.Гольденблат предложил сразу рассматривать расчетную схему поврежденногообъекта и линейным расчетом обеспечивать его упругую работу.
Расчетная схемаповрежденного объекта выбирается после предварительного анализа наиболее вероятного при заданном воздействии процесса перехода конструкции в состояние,близкое к предельному, на протяжении всего времени действия землетрясения.Выбирается оптимальный вариант поврежденной расчетной схемы, который, вопервых, может быть спроектирован так, что будет работать упруго вплоть до конца землетрясения, во-вторых, это не потребует больших материальных затрат.Цель расчета - усиление выбранной схемы поврежденного сооружения таким образом, чтобы оно сохранило несущую способность при максимальных сейсмических нагрузках вплоть до конца землетрясения.Понятно, что основная сложность - в правильном выборе расчетной схемы поврежденного объекта.
Здесь поможет детальный научный анализ механизмов разрушения похожих конструкций после прошедших землетрясений, хорошие знания в области строительной механики, инженерные опыт и интуиция.43В научной школе ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко идея И.И. Гольденблата нашласвое продолжение в виде метода «трех моделей», отражающего три стадии, черезкоторые проходит конструкция в процессе землетрясения [79, 80]:А – упругая стадия для расчета на ПЗ. Конструкция работает упруго в течениевсего воздействия, внутренние усилия не превышают предельных.
Физикомеханические характеристики системы постоянны и такие же, как до землетрясения. Расчет проводится линейно-спектральным методом. Интенсивность воздействия задается коэффициентом сейсмичности. Коэффициент K1 равен единице,так как землетрясение слабое и модель работает упруго. Цель расчета – не допустить повреждений при слабых землетрясениях.В – упругопластическая стадия для расчета на МРЗ.
Внутренние усилия в некоторых элементах превышают предельные, они подвергаются пластическому деформированию, возможно выключение связей. Физико-механические характеристикиизменяются от цикла к циклу, происходит деградация жесткости во времени. Воздействие задается в виде экстремальных сценарных акселерограмм.
Расчет проводится интегрированием нелинейных уравнений движения во временной области.Коэффициент K1 равен единице, так как пластическое деформирование учитывается в расчете. Цель расчета – уточнение процесса локализации и накопления повреждений для выбора расчетной схемы поврежденного объекта. Расчет настолько сложен, что в настоящее время может быть реализован только в упрощенномприближенном виде.С – упругая стадия несущего ядра для расчета на МРЗ. Предполагается, что некоторые из периферийных элементов повреждены или разрушены, но основные несущие элементы не достигли предельного состояния и деформируются упруго.Физико-механические характеристики конструкции изменены, но постоянны вовремени; жесткость снижена, демпфирующие свойства возросли.
Может бытьнарушена симметрия объемно-планировочных решений, что приведет к изгибнокрутильным колебаниям. Расчет проводится линейно-спектральным методом. Ин-44тенсивность воздействия задается коэффициентом сейсмичности. КоэффициентK1 равен единице, так как механические параметры уже соответствуют поврежденной модели. Цель расчета – проверка способности поврежденного сооружения выдержать эксплуатационные нагрузки и сопротивляться возможным афтершокам.В [79] сформулирован общий критерий сейсмостойкости: сооружение считаетсясейсмостойким, если его конструкция при заданной схеме повреждений (достижении заданного предельного состояния) сохраняет при расчетном сейсмическомвоздействии свою несущую способность.1.6.Предельные состояния конструкций в зарубежных нормахВ зарубежных нормах вопрос о допускаемых предельных состояниях зданий проработан более детально9.
В руководствах американского Федерального агентствапо чрезвычайным ситуациям (Federal Emergency Management Agency, FEMA)10содержатся таблицы соответствия уровней эксплуатационных характеристик(Building Performance Level) и уровней сейсмической опасности (SeismicHazard)11. В FEMA-273 введены 4 проектных уровня состояния конструкции:• Operational Level (OL) - Эксплуатационный уровень. Все функции зданияподдерживаются коммунальными службами, повреждений практически нет.• Immediate Occupancy Level (IOL) - Уровень полной пригодности для жизни,но может потребоваться минимальный ремонт.9Прежде всего в европейских и американских строительных нормах: Eurocode 8: Design of Structures for EarthquakeResistance.
Part 1: General Seismic Actions and Rules for Buildings, Eurocode 8 Part3. Assessment and retrofitting ofbuildings, ATC-40, Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Report of the Applied Technology Council,Redwood City, California, 1996.10Агентство FEMA занимается реализацией Национальной программы США по снижению сейсмической опасности (National Earthquake Hazards Reduction Program, NEHRP, http://www.nehrp.gov) совместно с Федеральнымагентством по чрезвычайным ситуациям (Federal Emergency Management Agency, FEMA), Национальным институтом стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology, NIST), Национальным научным фондом (National Science Foundation, NSF) и Геологической службой США (U.S.
Geological Survey, USGS). АгентствоFEMA координирует работу по созданию актуальных строительных норм, стандартов, методических руководствдля проектировщиков и строителей.11См. FEMA 273. NEHRP GUIDELINES FOR THE SEISMIC REHABILITATION OF BUILDINGS. Prepared for theBUILDING SEISMIC SAFETY COUNCIL Washington, D.C. By the APPLIED TECHNOLOGY COUNCIL (ATC-33Project).
Redwood City, California, October 1997.45• Life Safety Level (LSL) - Уровень безопасности для жизни. Конструкцияостается устойчивой и имеет значительный резерв несущей способности;опасные неконструктивные повреждения контролируются.• Collapse Prevention Level (CPL) - Уровень предотвращения обрушения. Возможны любые повреждения, но полного обрушения пока нет.Уровень эксплуатационных характеристик здания (или уровень обеспечения сейсмостойкости) задают в виде допускаемых повреждений конструктивных и неконструктивных элементов здания.
Конструктивные элементы отвечают за прочность и жесткость конструкции. К неконструктивным относятся архитектурныеэлементы, инженерно-технические системы, оборудование. В таблицах FEMA273 достаточно подробно описаны повреждения определенных групп конструктивных и неконструктивных элементов, соответствующие каждому уровню сейсмостойкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
