Введение к работе
Задачи, связанные с оценкой и защитой от воздействий землетрясений наземных и подземных сооружений, а так же оценка и защита сооружений от техногенных вибраций, создаваемых наземным и подземным транспортом, могут описываться аналогичными механико-математическими моделями, отличающимися только параметрами, поэтому в работе одновременно исследуются эти два типа задач.
Существует большое количество сооружений, расположенных в сейсмоактивных районах, а так же зданий и сооружений, находящиеся в непосредственной близости от линий метро мелкого заложения и железнодорожных трасс, которые необходимо защищать от вибраций природного и техногенного происхождения.
Актуальность проблемы. Сильные землетрясения, произошедшие в последние годы, показали, что при землетрясениях разрушаются и подземные и наземные сооружения. Поэтому разработка методов оценки от сейсмических воздействий фундаментов наземных сооружений и подземных конструкций является актуальной проблемой в настоящее время.
Колебания, возникающие при движении транспорта, вызывают в некоторых
случаях недопустимо высокие вибрации поверхности земли, сооружений и
дискомфортные ощущения у жителей, проживающих в зданиях,
расположенных вблизи трасс. С развитием инфраструктуры городов, воздействие вибраций техногенного характера представляет собой задачи, которые приходится решать неоднократно.
Вибрации передаются от источника колебаний на здания через грунт, который редко бывает однородным. Поэтому разработка методов, позволяющих определять и оценить уровни вибраций поверхности грунтового массива и фундаментов зданий, с учётом неоднородного (слоистого) характер грунта и любые очертания контуров тоннельных обделок, является актуальной задачей.
Цель и задачи работы:
выполнить анализ существующих методов оценки колебаний и определения напряжений и перемещений в подземных сооружениях и фундаментах наземных сооружений при землетрясениях;
разработать методику оценки уровней вибрации фундаментов наземных сооружений, создаваемых поездами подземного транспорта;
разработать методику для оценки уровней колебаний поверхности грунта при разработке породы в тоннелях щитовыми комплексами и при буровзрывных работах;
разработать методику оценки напряженно-деформированного состояния подземных сооружений и фундаментов наземных сооружений при землетрясении.
Научная новизна работы:
Предложен метод построения конечных элементов с использованием интегральных преобразований для балок с переменной изгибной жесткостью и с переменным коэффициентом постели, который можно использовать для расчёта свайных фундаментов.
Разработаны методики оценки уровней вибраций, создаваемые различными источниками вибраций (щитовыми комплексами при проходке тоннелей и поездами метро).
Разработаны методики определения изменений напряжений и перемещений в тоннельной обделке и фундаментах наземных сооружений при распространении сейсмических волн.
Решена задача оценки взрывных воздействий на напряжено-деформированного состояния существующих тоннелей при проведении буровзрывных работ вблизи этих тоннелей.
Выполнено сравнение теоретических результатов взрывных воздействий на напряжено-деформированное состояние существующих тоннелей с экспериментальными данными.
Разработаны конечные элементы для решения динамических задач теории упругости и ряд прикладных компьютерных программ с использованием этих элементов.
Решена задача по оценке воздействия волн Рэлея на станции метро мелкого заложения.
Достоверность результатов. При разработке моделей используются известные положения теории упругости и теории распространения волн. При разработке численных методов решения динамических задач используется интегральное преобразование Фурье финитных функций.
Для оценки достоверности полученных результатов, полученные решения с использованием свойств преобразования Фурье финитных функций сравниваются с известными аналитическими решениями «теория упругости с воздействием гармонических силы (напряжения и перемещения) в бесконечном пространстве и бесконечном полупространстве».
Обоснованность исследований гарантируется корректностью постановки задач, использованием апробированных методов теории колебаний, динамики сооружений и математического моделирования.
Достоверность исследований подтверждается хорошим совпадением результатов, полученных в данной работе, с теоретическими и экспериментальными данными других авторов и полученных с использованием других программных комплексов.
Для выполнения прикладных задач разработаны 8 основные программы и более 100 вспомогательных подпрограмм в системе Matlab.
Практическая значимость и реализация работы. Полученные результаты можно использовать при оценке воздействия землетрясений на подземные сооружения и фундаменты наземных сооружений при воздействии землетрясений.
Результаты расчётов использованы для определения напряжённо деформированного состояния существующего вентиляционного тоннеля при
проходке буровзрывным способом вентиляционного тоннеля между ст. Парк Победы и Славянский бульвар.
Работа может найти при оценке уровней вибраций поверхности земли и фундаментов, создаваемых различными источниками колебаний, которые возникают при строительстве и эксплуатации тоннелей.
Результаты работы предполагается использовать при проектировании и строительстве первой линии метро в городе Нейпьидо, столица Мьянмы.
Апробация работы. Основные научные результаты докладывались:
на юбилейной X научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 2009 г, в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ);
на VII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Trans-Mech-Art-Chem» - 18-19 мая, 2010 г, в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ);
на IV международной научно-практической конференции «Модернизация регионов России: инвестиции в инновации», 15 октября, 2010 г, в Астраханском инженерно-строительном институте.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы четырёх печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 154 страниц машинописного текста, 5 таблицы и 48 рисунки. Список использованных источников составляет 65 наименований.
