Исследование сейсмостойкости сооружений с повышенным демпфированием
Анализ методики расчета сейсмостойкости зданий оснащенных элементами активной сейсмозащиты с учетом пространственного характера движения сооружения. Обоснование Норм Китайской Народной Республики, учитывающих достижения сейсмологии и строительной науки.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.09.2018 |
| Размер файла | 93,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Исследование сейсмостойкости сооружений с повышенным демпфированием
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Анализ данных о повреждениях и разрушениях зданий и сооружений при воздействии сильных землетрясений показывает, что большое количество объектов либо разрушаются, либо получают серьезные повреждения. В некоторых случаях разрушались сооружения, даже рассчитанные по существовавшим в то время Нормам. После этого обычно производятся ревизии и уточнение нормативных документов. В Японии, США, Канаде и в европейских странах за последнее десятилетие, документы, регламентирующие расчёты сооружений на сейсмостойкость пересматривались по нескольку раз.
В Китайской Народной Республике для проектирования зданий используются устаревшие нормативные документы, не учитывающие современные достижения сейсмологии и строительной механики. Территория КНР является зоной повышенной сейсмической активности, о чём свидетельствуют землетрясения за последнее время. Ввиду этого, необходима срочная разработка современных регламентов по усилению и расчету зданий и сооружений.
Целью работы является
- разработка единой методики расчета сейсмостойкости зданий оснащенных элементами активной сейсмозащиты с учетом пространственного характера движения сооружения.
- анализ и совершенствование существующих методов расчёта зданий и сооружений на сейсмические воздействия, для подготовки материалов, необходимых при разработке Норм Китайской Народной Республики, учитывающих достижения сейсмологии и современной строительной науки.
Объектами исследований являются здания и сооружения, подверженные сейсмическим воздействиям.
Предмет исследования: сейсмические воздействия на наземные здания и сооружения.
Методы исследования: аналитические оценки поведения конструкций зданий и сооружений при динамических воздействиях с использованием теории распространения волн и спектральной линейной теории сейсмостойкости. В основе этой теории лежит концепция спектров ответов.
Для достижения этой цели постановлены следующие задачи:
- выполнить обзор и анализ существующих сейсмических нормативных документов различных стран;
- используя опыт исследователей разных стран, оценить влияние различных факторов: магнитуды, эпицентрального расстояния, продолжительности и др., на характер сейсмических движений грунта;
- разработать методы и программы для построения спектров ответа, учитывающие неопределённость задания исходных данных и локальные условия площадки строительства сооружений;
- оценить воздействие поверхностных волн Рэлея на подземные сооружения мелкого заложения;
- оценить воздействие сейсмических волн на подземные сооружения, расположенные в толще мягких грунтов для учёта резонансных явлений в поверхностных слоях;
- подготовить материал для главы Норм КНР: «Расчёт зданий и сооружений, оснащенных сейсмоизолирующими устройствами на сейсмостойкость».
Достоверность результатов исследований подтверждается использованием современных компьютерных технологий, сопоставлением результатов расчетов с данными натурных наблюдений. Поэтому, достоверность и корректность полученных результатов не вызывают сомнения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- выполнен анализ и сравнение российских и зарубежных, в т. ч. китайских, Нормативных документов, используемых при расчёте сооружений на сейсмические воздействия;
- предложен метод построения сглаженных спектров ответов для упругих систем, учитывающий локальные геологические условия площадки строительства;
- выполнен расчёт сейсмоизолирующих устройств зданий и сооружений с использованием концепции спектров ответов.
Практическая ценность:
- разработаны предложения по структуре и содержанию строительных норм и правил «Строительство в сейсмических районах Китайской Народной Республики»;
- подготовлен проект главы «Расчёт зданий и сооружений, оснащенных сейсмоизолирующими устройствами на сейсмостойкость» для Норм «Строительство в сейсмических районах Китайской Народной Республики».
Апробация работы: основные научные результаты докладывались на 14 Всемирной конференции по сейсмостойкому строительству (14WCEE) в Пекине (КНР), 14 октября 2008 г. и на научном семинаре в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко 21 марта 2009 г.
Объём и структура диссертации: диссертации состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 170 страниц машинописного текста, 35 иллюстраций, 6 таблиц, 1 приложение, списка литературы из 111 наименования.
Основное содержание диссертации
сейсмостойкость сооружение строительный
В ведении показана актуальность исследования, цели, объект, предмет, методы исследования, задачи, научная новизна и практическая ценность работы.
В первой главе приведен обзор, анализ и сравнение Нормативных документов разных стран, регламентирующих расчёты и проектирование сооружений в сейсмически активных районах.
Сейсмические нормативные документы, устанавливают минимум требований, для проектирования и строительства сооружений в районах с повышенной сейсмической активностью, основной целью которых является предотвращение разрушений конструкций при воздействии расчётного землетрясения.
Основные положения современных нормативных документов, регламентирующих проектирование сооружений для сейсмоопасных районов.
Задание исходной сейсмической информации. Наиболее широко используемой и общепринятой практически во всех Нормах является концепция спектров ответов. Кроме спектров ответов сейсмические воздействия могут быть представлены в виде одной или набора акселерограмм, совместимых с расчётным спектром ответов.
Для расчёта зданий и сооружений, чувствительных к длиннопериодным воздействиям, с плотным расположением собственных частот в низкочастотным диапазоне, к задаваемым спектрам ответов и акселерограммам предъявляются особые требования. В области низких частот, спектры ответов для таких сооружений должны быть определены с малым шагом дискретизации по частоте (не более 0.05 Гц).
Моделирование и методы расчёта сооружений. Во многих Нормах существует разделы «моделирование, методы расчёта», в которых излагаются принципы построения моделей конструкций и возможные методы расчёта, содержатся данные о свойствах конструкционных материалов: модули упругости, коэффициенты Пуассона, коэффициенты демпфирования.
Моделирование и расчёт взаимодействия сооружений с основанием. Во многих Нормах приводятся подробные рекомендации для учёта эффектов взаимодействия сооружения с основанием для всех конструкций.
Двухуровневое проектирование сейсмостойких конструкций. Категории сейсмостойкости. Важное положение, которое получило распространение в последнее время в Нормах различных стран, является переход на двухуровневое проектирование сейсмостойких конструкций. Уровень колебаний землетрясения первого типа, на которые должны рассчитываться сооружения, не может быть превышен за время эксплуатации сооружения. Уровень землетрясения второго типа, на которое также должны рассчитываться сооружения, значительно выше первого. Это землетрясение, которое происходит значительно реже землетрясения первого уровня и может обладать большой разрушительной силой. Тем не менее, сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы даже при таком сейсмическом воздействии не произошло разрушение основных несущих конструкций.
Сравнение современных сейсмических нормативных документов
Задание исходной сейсмической информации. В Европейских нормах EC8 первому уровню соответствуют умеренные землетрясения с 10% вероятностью не превышения в течение 10 лет с повторяемостью один раз в 95 лет.
В Японских нормах BCJ первому уровню соответствуют землетрясения с 50% вероятностью не превышения в течение 30 лет с повторяемостью один раз в течение 43 лет.
Второму уровню в Нормах EC8, и BCJ соответствует сильные землетрясения с 10% вероятностью не превышения в течение 50 лет или с периодом повторяемости 475 лет.
В Российских нормах, СНиП II-7-81* не предлагается рассчитывать на два уровня землетрясений. Максимальные амплитуды ускорения основания рекомендуется принимать не менее 100, 200 или 400 при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно. Средняя повторяемость землетрясений один раз за 100, 1000 и 10000 лет
Учёт местных инженерно геологических условий. В Европейских нормах EC8 для учёта локальных сейсмогеологических условий грунты делятся на пять типов. Классификация грунтов ведётся по параметру «средняя скорость волн сдвига» . Этот параметр определяется для слоёв грунта, расположенных до глубины 30 м от уровня основания по следующей формуле:
, (1)
где число слоёв грунта, толщина i-ого слоя грунта (в метрах), скорость распространения волн сдвига в этом слои.
В Японских нормах BCJ, грунты разделяются на три типа. Классификация ведётся по базовому периоду колебаний грунта основания, который определяется по формуле:
, (2)
где число слоёв грунта находящихся между основанием и скального слоя грунта; , толщина и глубина i-ого слоя грунта (в метрах) и скорость распространения волн сдвига в этом слои.
Согласно Российским нормам СНиП II-7-81* грунты по сейсмическим свойствам делятся на три категории. В международных строительных нормах СНГ. «Строительство в сейсмических районах (проект)» 2001 г. к трём типам грунта добавляется IV тип. В этой классификации не учитываются в явном виде ни скорость распространения волн, ни число, ни мощность, ни глубина слоев грунта.
В Американских нормах (NEHRP-1997, UBC-1997 и IBC-2000), классификация грунтов ведётся по скоростям распространения волн сдвига. В этих нормах грунты подразделяются на 6 типов.
В нормах КНР, грунты разделяются на шест типов в зависимости от скоростей волн сдвига. При этом принимаются в расчёт слои грунта до глубины 30,5 м.
Спектры ответов. Практически во всех Нормах разных стран спектры ответов строятся в виде семейства кривых, в зависимости от периода колебаний осциллятора для разных типов грунтов. По оси ординат откладывается ускорение, отнесённое к ускорению свободного падения, по оси абсцисс периоды колебаний.
В российских нормах сейсмических нормах вместо понятия «спектр ответов» используется понятие «динамический коэффициент». В нормативных документах, регламентирующие расчёты атомных станций, используется концепция спектров ответов.
В нормах КНР, для построения спектров ответов для упругих систем используется только два параметра, зависящие от типа грунтов.
Сравнение спектров ответов, используемых в нормах разных стран, показывает, что величины спектров в разных полосах иногда имеют существенные различия. Например, спектры ответов для землетрясений умеренной силы в нормах ЕС8 в три раза превышают спектры ответов BCJ для систем с периодами колебаний с.
Определение усилий в элементах конструкций от сейсмических воздействий
Практически во всех Нормах для определения усилий от сейсмических воздействий рекомендуется использовать следующие методы:
- пошаговый динамический метод расчёта во времени,
- метод спектров ответа с разложением колебаний по собственным формам,
- метод комплексных спектров ответа (метод передаточных функций),
- упрощённый эквивалентный статический метод.
Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с заданием исходной сейсмической информации.
При расчёте сооружений на сейсмические воздействия особый интерес представляют следующие параметры движения грунта:
- максимальные (пиковые) значения кинематических характеристик движения, а именно пиковое значение перемещения, пиковое значение скорости и пиковое значение ускорения;
- продолжительность сейсмического воздействия;
- частотный (спектральный) состав колебаний грунта.
Для оценки частотного состава используется преобразование Фурье.
На характер колебаний грунта при землетрясениях влияет большое количество факторов. Отметим наиболее важные из них:
- магнитуда землетрясения,
- расстояние от источника землетрясений,
- локальные геологические условия,
- геологические условия вдоль пути распространения сейсмических волн от источника до площадки строительства,
В результате обработки большого количества акселерограммы разными учёными получены зависимости пиковых ускорений от эпицентрального расстояния и магнитуды землетрясений. Учёным Donovan установлено, что уменьшение пиковых значений ускорений по мере удаления от эпицентров, существенно отличаются в разных районах земного шара.
Boore, D.M., и др., после обработки 275 акселерограмм землетрясений получили зависимости пиковых ускорений, в которых используются следующие параметры: расстояние от сейсмостанции до эпицентра, магнитуда землетрясения, средняя скорость волн сдвига верхнего тридцатиметрового слоя грунта и тип очага землетрясения.
Исследования, выполненные в последние годы, показали, что вблизи источников землетрясений колебания грунта характеризуются большими перемещениями и довольно острыми и большими пиковыми значениями скоростей.
Грунтовые условия существенно влияют на затухание и усиление колебаний при распространении сейсмических волн. В работе (Campbell) при учёте местных геологических условий для определения пиковых ускорений предлагается использовать коэффициенты усиления колебаний грунта.
В третьей главе рассматриваются вопросы заданием исходной информации и использованием спектров ответов - максимальных реакций сооружений на сейсмические воздействия.
Спектры ответов являются важнейшим и получившим широкое распространение в последнее время инструментом при расчёте сооружений на сейсмические воздействия. Амплитудный спектр представляет информацию о частотных составляющих сейсмических воздействий и о характере распределения энергии по частотам. Спектры ответов содержат информацию о реакции сооружений на заданное сейсмическое воздействие. Для построения спектров ответов используется дифференциальное уравнение:
, (3)
которое представляет собой уравнение относительного движения массы при заданном колебании основания. При построении спектров ответов строится зависимость максимальных ускорений - . Кроме спектров ускорений используются - спектр максимальных перемещений, и спектр максимальных скоростей. При анализе сейсмических воздействий используется понятие «псевдоскорость» , которая определяется как произведение собственной частоты колебаний на максимальное смещение:
. (4)
Между спектром максимальных скоростей и амплитудным спектром Фурье ускорений можно определить полезную для анализа зависимость. Эти функции мало отличаются, причём ординаты спектра Фурье всегда меньше ординат спектра псевдоскорости. Таким образом, для построения спектров ответов для упругих линейных систем можно использовать преобразование Фурье функции ускорений поверхности грунта, если эта функция известна.
Сейсмичность площадки строительства может существенно отличаться как в большую, так и в меньшую сторону от средней региональной сейсмичности, представленной в картах сейсмического районирования, так как средняя сейсмичность не учитывает в полной мере грунтовые условия.
Для более аккуратного учёта влияния грунтовых условий, учитывающих толщину слоёв и величины скоростей распространения в них волн, в третьей главе представлена новая методика, учитывающая местные инженерно геологические условия. Для учёта неопределённостей при задании исходной информации предлагается в Нормах Китайской Народной Республики использовать сглаженные спектры ответов.
Четвертая глава посвящена обзору систем сейсмозащиты зданий и сооружений. Сейсмические силы не являются чисто внешними, а генерируются самой конструкцией в процессе ее колебаний. Это обстоятельство обуславливает два пути повышения сейсмостойкости сооружений: традиционный, имеющий целью восприятие действующих сейсмических нагрузок за счет развития сечений конструкций, и специальный, основанный на снижении сейсмических нагрузок за счет целенаправленного изменения динамической схемы работы сооружения.
Традиционные методы получили широкое распространение в различных странах, подверженных сейсмической опасности, и являются общепризнанными. Однако специальные методы сейсмозащиты во многих случаях позволяют снизить затраты на усилие и повысить надежность возводимых конструкций. В последние десятилетия в Японии, США, Новой Зеландии, бывшем СССР и других странах предложены десятки различных технических решений специальной сейсмозащиты зданий и инженерных сооружений. Многие из этих предложений реализованы на практике. Приведена классификация систем сейсмозащиты по принципу их работы.
В соответствии со сложившейся терминологией специальная сейсмозащита подразделяется на активную (имеющую дополнительный источник энергии) и пассивную. I
Хотя в литературе и описаны предложения по активной сейсмозащите, включающей дополнительные источники энергии и элементы, регулирующие работу этих источников, однако ее реализация требует значительных затрат на устройство и эксплуатацию. Это исключает возможность широкого применения активной сейсмозащиты для строительных конструкций.
В пятой главе представлена методика моделирования здания с диафрагмами сухого трения, а также приведена оценка сейсмического воздействия на здания, оснащенные системами активной сейсмозащиты.
В работе исследуется каркасно-панельное здание, оснащенное диафрагмами с сухим трением (рис. 1а). Принимаем, что каркас работает в упругой области и восстанавливающая реакция подчиняется закону Гука (рис. 1в). Работу диафрагмы с сухим трением (нелинейный элемент) моделируем в виде жестко-пластической диаграммы деформирования (рис. 1б). Таким образом, восстанавливающая сила, приходящаяся на этаж, может быть удовлетворительно описана в виде идеально-упруго-пластического элемента (элемент Прандтля) с участками нагружения и разгружения по линейному закону.
Дифференциальные уравнения движения такой системы легко можно составить, пользуясь обычными методами динамики сооружений. Но так как при учете работы диафрагмы с сухим трением, разные этажи в данный момент движения могут находиться в разных стадиях деформирования, то не все способы составления дифференциальных уравнений одинаково удобны для программирования и составления алгоритма задачи. В частности, при составлении дифференциальных уравнений методом единичных сил в каждое уравнение входят восстанавливающие силы всех этажей, вследствие чего изменение в деформированном состоянии какого-либо одного этажа будет вызывать изменение во всех дифференциальных уравнениях системы. Поэтому дифференциальные уравнения движения системы целесообразно составить таким образом, чтобы в каждое уравнение входило минимальное число переменных величин, связанных с изменением деформированных состояний этажей.
Исходя из этого, дифференциальные уравнения движения составляются несколько иным способом. Для удобства нарушим обычный способ нумерации масс этажей и вместо отсчета с первого этажа, отсчет начнем с верхнего этажа. При горизонтальных колебаниях будем считать, что перекрытия здания играют роль жесткого диска и перемещаются параллельно друг другу только в горизонтальном направлении. Тогда восстанавливающие силы на уровне данного этажа будут полностью определяться только разностью двух перемещений - данного этажа и следующего нижнего этажа .
Таким образом, получим следующую систему уравнений движения:
, (6)
где , причем .
Такой способ составления дифференциальных уравнений был предложен впервые академиком НАН Армении Э.Е. Хачияном.
В качестве примера рассмотрено 5-этажное каркасно-панельное здание с подвалом, размером 12 м в расчетном направлении. Высота подвала 2,6 м, высоты остальных этажей 2,8 м. Вес подвальной части принят 300 т, вес типовых этажей - 275 т, вес последнего этажа 200 т. Начальная сдвиговая жесткость сечений колонн каркаса составляет тс/м для всех этажей.
Результаты исследования параметры колебаний здания без сейсмозащиты приведены в табл. (каркасного здания без диафрагм жесткости) и табл. 2 (каркасно-панельного здания).
Параметры колебаний каркасного здания без диафрагм жесткости (без активной сейсмозащиты, )
|
Номер этажа |
Перекосы этажей , мм |
Относительная деформация, |
Максимальные ускорения м/с2 |
Поперечная сила, , кН |
|
|
5-й этаж |
2.18 |
7/10000 |
4.468 |
366.45 |
|
|
4-й этаж |
4.61 |
1/625 |
3.483 |
696.9 |
|
|
3-й этаж |
5.36 |
1/500 |
3.726 |
937.36 |
|
|
2-й этаж |
6.12 |
1/500 |
4.063 |
1184.0 |
|
|
1-й этаж |
6.83 |
3/1250 |
3.809 |
1465.0 |
|
|
Подвал |
7.43 |
13/5000 |
2.416 |
1844.0 |
Параметры колебаний каркасно-панельного здания (без активной сейсмозащиты, )
|
Номер этажа |
Перекосы этажей , мм |
Относительная деформация, |
Максимальные ускорения м/с2 |
Поперечная сила, , кН |
|
|
5-й этаж |
0.5 |
1/10000 |
8.725 |
566.5 |
|
|
4-й этаж |
1.15 |
1/2500 |
7.87 |
1212.0 |
|
|
3-й этаж |
1.74 |
3/5000 |
5.726 |
1755.0 |
|
|
2-й этаж |
2.22 |
7/1000 |
4.868 |
2134.0 |
|
|
1-й этаж |
2.59 |
1/1000 |
2.984 |
2469.0 |
|
|
Подвал |
2.83 |
1/1000 |
2.416 |
2714.0 |
Результаты исследования параметры колебаний здания с диафрагмами сухого трения на всех этажах приведены в табл.
Параметры колебаний каркасного здания с диафрагмами сухого трения на всех этажах
|
Номер этажа |
Перекосы этажей , мм |
Относительная деформация, |
Максимальные ускорения м/с2 |
Поперечная сила, , кН |
|
|
5-й этаж |
2.68 |
1/1000 |
0.993 |
95.82 |
|
|
4-й этаж |
5.64 |
1/500 |
1.497 |
169.3 |
|
|
3-й этаж |
6.47 |
1/500 |
1.754 |
272.6 |
|
|
2-й этаж |
7.48 |
1/500 |
1.732 |
388.6 |
|
|
1-й этаж |
8.60 |
3/1000 |
2.013 |
507.9 |
|
|
Подвал |
8.98 |
2/625 |
2.416 |
721.8 |
Наряду с диафрагмами сухого трения были исследованы также и сейсмоизолирующие системы, приведенные на рис. 2. Эти устройства (пружины; пружины+вязкие демпферы; скользящие элементы сухого трения; резинометаллические опоры.) встраиваются между фундаментной плитой и верхней частью здания. Предполагается, что фундаментная плита колеблется совместно с грунтом основания. Такое допущение сделано для того, чтобы исключить влияние грунта на «чистоту» определения эффективности сейсмоизоляции. В качестве входного воздействия была принята акселерограмма Эль-Центро (1940 г.).
Результаты расчета различных систем сейсмозащиты
|
Максимальные величины фактора |
Система без сейсмоизоляции |
Пружинные демпферы (рис. 2б) |
Резиноме- таллические опоры (рис. 2в) |
Системы с сухим трением (рис. 2г) |
Системы с диафрагмами сухого трения (рис. 1а) |
|
|
Поперечная сила, , кН |
2714 |
1724 |
1884 |
1895 |
721 |
|
|
Ускорение, м/с2 |
8.73 |
3.5 |
4.1 |
5.8 |
2.4 |
В работе рассмотрены также большепролетные сооружения.
Особенностью большепролетных сооружений, делающих их уязвимыми при сейсмических воздействиях являются низкие собственные частоты конструкций, лежащие в диапазоне от 0.5 до 5.0 Герц. Эти частоты близки к доминирующим частотам при сейсмических воздействиях.
Другой особенностью большепролетных сооружений является их протяжённость, поэтому необходимо учитывать многоточечное опирание конструкции на основание.
Для предотвращения последствий сильных землетрясений и для обеспечения «живучести» конструкций таких сооружений должны иметь способность рассеивать энергию при колебаниях вследствие присущего внутреннего конструкционного трения в материале, из которого они изготовлены, или неупругих деформаций. Проблемы рассеяния энергии особенно важны для сооружений с большими пролётами, т.к. они обладают слабыми демпфирующими свойствами, как правило, демпфирование составляет менее 5% от критического.
При определении собственных частот и анализе взаимодействия грунта с сооружениями, существуют неопределённости, которые нужно учитывать при расчёте максимальных реакций. В практике сейсмических расчётов сооружений существуют два метода учёта неопределённостей: метод расширения пиков спектров и метод смещения пиков спектров ответов. В настоящей работе для учёта неопределённостей предлагается использовать сглаженные спектры.
Динамический метод расчёта зданий и сооружений во времени. В настоящее время при расчёте зданий на сейсмические воздействия используется следующая методика. Уравнение движения представляется в матричной форме следующим образом:
Где - матрица масс (nn); - матрица демпфирования (nn);
- матрица жесткости (nn); = вектор столбец относительных смещений (n1); s - число опор; ns - общее число опор;
- вектор влияния для опоры s; вектор смещения точек конструкции, при единичном перемещении опоры s в направлении движения опоры, в то время как другие опоры остаются неподвижными; - ускорение опоры s.
Можно решать уравнение разными методами, например метод прямого интегрирования или с помощью метода модальной суперпозиции.
Для каждой формы колебания дифференциальное уравнение можно записать в виде:
Yj - обобщенные координаты, j - той формы колебаний; - коэффициент демпфирования для j - той формы колебаний, выраженный как часть критического демпфирования. j - круговая частота j - той формы колебания системы (rad/s); sj = {j}T[M] {Ubs}, коэффициент участия опоры s, в j-той форме собственных колебаний.
Воздействие землетрясений на конструкцию можно существенно уменьшить, применив для этой цели специальные сейсмоизолирующие опорные части и поглотители энергии.
На первом предварительном этапе подбора и проектирования виброизолирующих опорных частей в Нормах многих стран допускается использование упрощённых моделей.
Наиболее приемлемым способов защиты от сейсмических воздействий является установка специальных опорных частей и демпфирующих устройств. Наиболее удобным методом для выбора, расчёта и конструирования сейсмоизолирующих устройств является метод с использованием спектров ответов.
Для расчётов используются сглаженные спектры ответов, полученные в результате усреднения спектров ответов нескольких сильных землетрясений. Анализ спектров ответов показывает, что, изменяя собственную частоту колебаний и демпфирование системы, можно существенно уменьшить реакцию сооружения на сейсмическое воздействие.
Установка достаточно упругих опорных частей взамен обычных позволяет увеличить период собственных колебаний от 1 с до 3-5 секунд. Это в свою очередь может уменьшить динамический коэффициент в 3-8 раз по сравнению с большепролетных сооружений с обычными опорными частями. Демпфирующие устройства также являются необходимыми элементами сейсмоизоляции.
При выборе параметров сейсмоизолирующих устройств для большепролетных сооружений на предварительном этапе можно использовать упрощённые расчётные схемы зданий: системы с одной степенью свободы. Дифференциальное уравнение колебаний при воздействии землетрясений в таком случае имеет вид:
или
Дифференциальное уравнение колебаний здания с виброизолирующими опорными частями с коэффициентом жесткости и коэффициентом демпфирования можно представить в виде:
или
При использовании более сложных расчётных для расчёта большепролетных сооружений - систем с большим числом степеней свободы принципы расчёта остаются прежними. В этих случаях упругие и вязкие элементы, установленные в точках конструкции, учитываются коэффициентом участия формы колебаний.
Таким образом, схемы сооружений с дополнительным модальным демпфированием дают возможность применить для расчёта хорошо разработанные методы линейного анализа во временной области с использованием синтезированных акселерограммы или спектральным методом с использованием спектров ответов.
Наиболее часто используемых в большепролетных сооружениях типов опорных частей:
- Эластомерные (резинометаллические) опорные части
- Фрикционные маятниковые сейсмоизолирующие опорные части.
- Фрикционные скользящие сейсмоизолирующие опорные части.
Материалы 5 главы предлагается после некоторой доработки включить в Нормы расчёта на сейсмостойкость транспортных сооружений Китайской Народной Республики.
Основные выводы и результаты
1. Выполнен анализ и сравнение российских и зарубежных, в т. ч. сирийских, Нормативных документов, используемых при расчёте сооружений на сейсмические воздействия;
2. Анализ состояния нормативной документации Китайской Народной Республики по расчёту зданий и сооружений на сейсмические воздействия и сравнениё её с современными нормами и стандартами технически развитых стран показал, что необходима разработка новых Норм, учитывающих современные достижения сейсмологии и строительной механики.
3. Составлены программы и выполнена серия расчетов систем, оснащенных элементами активной сейсмозащиты, в системах компьютерной математики Mathcad и Matlab.
4. Проведено сравнение различных систем сейсмозащиты. Практически все системы с демпфированием показывают значительное снижение сейсмической нагрузки на верхнее строение. Применение только упругих элементов с целью разведения спектров воздействия и сооружения может иметь негативное последствие.
5. В настоящее время наиболее эффективными системами признаны демпферы вязкого трения и резинометаллические опоры. Недостатками этих систем является весьма кропотливый подбор параметров на стадии проектирования и недостаточное снижение ускорений и поперечных сил по сравнению с диафрагмами сухого трения.
6. В настоящей работе установлено, что системы с диафрагмами сухого трения значительно (в 2-2.5 раза) снижают ускорения и сейсмические силы в сооружении. Однако, исследования в этом направлении, с нашей точки зрения, должны быть продолжены с целью их внедрения в проектную практику.
4. Для задания исходной сейсмологической информации предложен метод построения сглаженных спектров ответов, учитывающий локальные геологические условия площадки строительства.
5. Выполнены расчёты сейсмоизолирующих устройств большепролетных сооружений с использованием концепции спектров ответов.
6. Разработаны предложения по структуре и содержанию строительных норм и правил в сейсмических районах Китайской Народной Республики.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах
1. G.A. Dzhinchvelashvili, O.V. Mkrtychev, Peng Zhenhua. Estimation Reliability of Systems with Active seism Protection // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering // , Vol. 2, Issue 1, 2007, pp. 25 - 29.
2. Джинчвелашвили Г.А., Мкртычев О.В., Пэн Дженьхуа. Оценка надежности систем с повышенным демпфированием // Строительная механика и расчет сооружений // , №3, 2008, с. 10 - 15.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование сейсмостойких сил железобетонных конструкций. Оценка сейсмостойкости зданий и сооружений, подбор материалов, компоновка сечения в целях его экономичности и рациональности. Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн.
курсовая работа [307,6 K], добавлен 28.06.2009Алматы - место обитания сакских племен в эпоху саков. Первая строительная деятельность на территории современного Алматы. Вхождение территории города с конца VI века в Тюркский каганат. Вопрос сейсмостойкости сооружений. Памятники материальной культуры.
реферат [87,7 K], добавлен 19.02.2013Общие сведения о зданиях и сооружениях. Технико-экономическая оценка проектов жилых и общественных зданий и сооружений. Объемно-планировочные и конструктивные решения жилых зданий. Основания и фундаменты зданий. Инженерное оборудование зданий.
курс лекций [269,4 K], добавлен 23.11.2010Разработка методов расчета и получения данных для проектирования зданий и сооружений как задача строительной механики. Кинематический анализ схем для рам, балок и арок. Построение эпюр от заданной постоянной нагрузки. Определение опорных реакций.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 23.01.2013Причины потери несущей способности оснований, приводящей в аварийное состояние фундаменты зданий и сооружений. Проектирование инженерной защиты. Противооползневые и противообвальные сооружения и мероприятия. Защитные покрытия и закрепление грунтов.
курсовая работа [46,3 K], добавлен 13.10.2009Обследование технического состояния строительных конструкций является самостоятельным направлением строительной деятельности. Оно занимается обеспечением эксплуатационной надежности зданий и разработкой проектной документации по реконструкции зданий.
контрольная работа [27,8 K], добавлен 21.01.2009Общая характеристика строительной площадки, организация стройгенплана. Определение потребностей в энергоресурсах и строительной техники. Указания по технологии производства работ. Контроль качества работ и мониторинг существующих зданий и сооружений.
курсовая работа [73,6 K], добавлен 27.01.2014Выбор механизмов и организация строительной площадки при возведении крупнопанельных зданий. Возведение зданий с переставной опалубки. Расстановка башенных кранов и путей под них. Монтаж строительных конструкций. Организация строительной площадки.
контрольная работа [207,6 K], добавлен 18.05.2011Общие правила проведения обследования и мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Наблюдение за зданиями, находящимися в аварийном состоянии. Примеры проектирования и эксплуатации схем мониторинга конструкций и оснований высотных зданий.
реферат [1,9 M], добавлен 11.06.2011Организация работ по технической эксплуатации зданий и сооружений, основные критерии оценки их состояния. Система планово-предупредительного ремонта. Основные причины физического износа строений, методы его определения. Нормативные сроки службы зданий.
реферат [33,3 K], добавлен 15.05.2009Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений. Перечень помещений общественных зданий, размещение которых допускается в подвальных, цокольных этажах. Расстановка оборудования в помещениях для физкультурно-оздоровительных занятий.
реферат [1,0 M], добавлен 06.10.2010Система планово-предупредительных ремонтов жилых и производственных зданий и сооружений как совокупность организационно-технических мероприятий по всем видам ремонта, осуществляемых в плановом порядке. Знакомство с методикой оценки состояния крыш.
реферат [49,5 K], добавлен 14.10.2013Характеристика способов возведения подземных сооружений в зависимости от гидрологических условий и глубины заложения: открытого, отпускного и "стена в грунте". Рассмотрение задачи эффективного теплосбережения при строительстве и реконструкции зданий.
реферат [903,0 K], добавлен 27.04.2010Цель и виды технического обследования. Проведение обмерных работ, определение фактических размеров зданий, сооружений, внутренних помещений. Измерение отклонений положения и прогибов горизонтальных конструкций. Методы контроля прочности сооружений.
презентация [1,0 M], добавлен 26.08.2013Характеристика основных этапов работ по обследованию конструкций, зданий и сооружений. Составление инженерно-технического отчета. Используемые приборы при обследовании. Обследование железобетонных плит и ригелей. Формирование цены в ООО "Реконструкция".
отчет по практике [33,0 K], добавлен 19.10.2011Основные положения по расчету строительных конструкций и оснований. Определение коэффициентов надежности по материалу, по нагрузке. Учет работы конструкций, надежности по ответственности. Анализ риска отказа сооружения. Основные методы анализа риска.
презентация [2,2 M], добавлен 26.08.2013Единая классификация спортивных сооружений. Архитектурно-планировочные и объемно-конструктивные особенности спортивных сооружений. Унификация и достижение идентичности в применении наименований спортивных сооружений. Крытые и открытые комплексы.
реферат [2,9 M], добавлен 04.02.2017Выбор архитектурно-планировочного решения здания с учетом норм и правил, санитарных норм, требований государственных отраслевых стандартов. Разработка архитектурно-строительной части рабочего проекта. Экспликация помещений и теплотехнический расчет.
курсовая работа [683,4 K], добавлен 25.07.2010Организация работ по технической эксплуатации зданий и сооружений. Виды ремонтов: текущий и капитальный. Техническое состояние здания и факторы, вызывающие изменения его работоспособности. Физический и моральный износ сооружений, срок их службы.
реферат [37,9 K], добавлен 22.07.2014Проект зданий и сооружений АЭС с реактором ВВЭР-500 с четырьмя энергоблоками. Объект и гидрометеорологические условия строительства. Объемно-планировочная и конструктивная схема каркасной части главного корпуса АЭС, генплан; эффективность инвестиций.
курсовая работа [517,1 K], добавлен 01.03.2012
