Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время сенсмоизоляция признана одной из высокоэффективных средств сейсмозащиты сооружений. Только в странах бывшего СССР построено более 300 сейсмоизолировапных зданий. Они получили применение и зарубежом, например, в Новой Зеландии, Японии, США. Исследования и имеющийся опыт эксплуатации систем сейсмоизоляции показал, что для достижения необходимой работоспособности они должны включать демпфирующие элементы. Но как показала практика, простые демпферы вязкого и сухого трения не всегда обеспечивают сейсмостойкость сейсмоизолированного здания. Поэтому большинство авторов рекомендуют включать в системы сейсмоизоляции дополнительные элементы сейсмозащиты - различного рода ограничители перемещений, выключающиеся связи, многокаскадные демпфирующие устройства с сухим трением. Однако эти рекомендации до настоящего времени не подтверждены исследованиями работы указанных систем, а данные различных авторов по настройке параметров сейсмоизоляции с дополнительными упруго-демпфирующими элементами во многом противоречивы.
Вопросы совершенствования систем сейсмозащиты зданий и сооружений входили в план важнейших научно-технических проблем утвержденный в свое время президиумом Академии Наук СССР, а в последующем - в планы работ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (г. Москва) и Центра по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий (г. Петропавловск-Камчатский).
Изложенное определяет актуальность темы диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является совершенствование систем сейсмоизоляции зданий и сооружений за счет включения в нее дополнительных упругодемпфирующих устройств л оптимизация их параметров.
Для этого потребовалось решить следующие задачи:
- проанализировать существующие системы сейсмозащиты с точки зрения эффективности, с целью выбора наиболее рационального из них для дальнейшего исследования и совершенствования;
разработать методику расчета и программное обеспечение для оценки сейсмостойкости сеисмоизолированных сооружений с учетом особенностей работы дополнительных сейсмозащитных элементов;
проанализировать работу сейсмоизоляции с дополнительными сеисмозащитпыми устройствами и оптимизировать параметры этих устройств;
разработать практические рекомендации по подбору параметров и технические решения сейсмозащитных устройств различных типов.
Методика исследований базировалась на численном моделировании процесса сейсмических колебаний систем с сеисмозащитпыми устройствами, анализе полученных результатов и сопоставления их с имеющимися данными других исследователей и опытом прошлых землетрясений.
Научная новизна работы заключается в следующем: . усовершенствована методика численного интегрирования кусочно-линейных систем с использованием интеграла Дюамеля; дано обобщение известных рекуррентных соотношений применительно к системам с отрицательной жесткостью; . получены рекомендации по настройке параметров рассматриваемых систем сейсмоизоляции с дополнительными элементами сейсмозащиты; обоснована возможность снижения сил трения в демпфирующих элементах; . впервые исследована работа односторонних ограничителей перемещений в
системах сейсмоизоляции зданий и сооружений; . рассмотрена задача повышения эффективности адаптивных систем сейсмоизоляции за счет введения в систему демпферов сухого трения; . предложены новые технические решения демпферов сухого трения с регулируемыми параметрами.
На защиту выносятся:
методика и программное обеспечение математического моделирования сеисмоизолированных систем с дополнительными элементами сейсмозащиты;
результаты оптимизации сейсмоизолирующих фундаментов с многокаскадным демпфированием;
результаты исследований и рекомендации по назначению параметров односторонних и двухсторонних ограничителей перемещений сеисмоизолированных зданий и сооружений;
результаты исследований и оптимизации параметров адаптивных систем сейсмоизоляции с демпферами сухого трения;
техническое решение демпфера сухого трения с регулируемыми упругопла-стическими параметрами, обеспечивающего при своей простоте высокую эффективность применения сейсмоизоляции.
Достоверность основных положений диссертации подтверждается тем, что они согласуются с имеющимися результатами экспериментальных исследований и опытом прошлых землетрясений, а также их соответствием данным, полученным другими авторами по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации.
Практическая ценность диссертации. Основная практическая ценность диссертационной работы заключается в обосновании и подборе параметров систем сейсмозащиты повышающих эффективность и надежность сейсмоизоляции зданий и сооружений.
Разработано программное обеспечение, позволяющее проводить расчеты по оптимизации параметров различных сейсмозащитных устройств сейсмоизо-лированных объектов.
Предложено техническое решение демпфера сухого трения с регулируемыми параметрами.
Реализация работы. Выполненные исследования использованы: при разработке "Руководства по оценке сейсмостойкости и антисейсмическому усилению железнодорожных и автомобильных мостов", утвержденного Минстроем России в 1996г.; при выполнении научно-исследовательских работ в НТЦ по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий по анализу сейсмостойкости сейсмоизолированных зданий в г.Петропавловске-Камчатском; при оценке эффективности применения кинематических опор А.В.Курганова в качестве сейсмоизоляции для шестнадцати этажного здания в г. Сочи.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены: . на 1 Международной конференции "Сейсмическая безопасность урбанизированных территорий", г. Петропавловск-Камчатский, 14-16 февраля 1996г.; . на научно-техническом семинаре кафедры "Теоретическая механика" Петербургского государственного университета путей сообщения (1997г.);
6 . на вторых Савииовских Чтениях, г.С.-Пстср5ург, 1997г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в ... работах.
Объем работы. Диссертации состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 148 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 3 таблиц, а также списка литературы из 167 наименований.