Введение к работе
Актуальность темы. Значительная часть арабских стран и прилегающих х ним регионов Ближнего Востока подвержены сейсмическим воздействиям различной интенсивности, продолжительности и характера. В этих районах проживает около 50 млн. человек, сосредоточены крупные центры промышленного и гражданского строительства.
Серия последних сильных землетрясений, происшедших на территории Алжира, Египта, Марокко, Турции и т.п. привела к гибели сотен тысяч человек, были разрушены здания к сооружения различного назначения, экономике нанесен большой материальный ущерб. В этой связи вопросы обеспечения сейсмостойкости зданий на территории арабских- стран приобретают весьма актуальное значение.
Существуют различные способы повышения сейсмостойкости зданий и сооружений, к ним относятся традиционные меры, предусмотренные нормами, и специальные, среди которых наиболее известными и распространенными являются сейсмои'золнрующие фундаменты. С помощью этих конструкций обеспечивается снижение механической энергии, получаемой от основания, путем отстройки частот колебаний объекта от преобладающих частот воздействия. Этот тип сейсмозащиты до недавнего времени не использовался в сейсмостойком строительстве арабских стран. Между тем, он получил широкое развитие в республиках бывшего СССР, Японии, США, Новой Зеландии, Югославии и других развитых странах.
Исследования сейсмонзолированных зданий и сооружений, выполненные различными специалистами, показали, что дам опор значительную опасность представляют низкочастотные составляющие сейсмического воздействия с большими смещениями основания, которые приводят к недопустимым смещениям изолируемого объекта, вызывая разрушение опорных конструкций фундамента. Средством борьбы с этими эффектами является введение демпфирующих элементов. При этом наиболее надежными среди опорных конструкций являются кинематические опоры с гравитационной восстанавливающей силон, обладающие высокими прочностными свойствами при значительных взаимных смещениях сейсмонзолированных частей фундамента. Однако, несмотря на большое количество предложений по их технической реализации, до сих пор отсутствует научное обоснование этого типа сеіісмонзоляции, не определены их параметры
с учетом возможного характера сейсмического воздействия, не разработаны единые рекомендации по их применению.
Изучению особенностей поведения кинематических фундаментов во время землетрясений, оценке их свойств и параметров, а также разработке предложений по их проектированию и расчету в системе сейсмозащиты зданий и сооружений посвящается настоящая диссертационная работа.
Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является расчетно-теоретическое обоснование целесообразности применения сейсмоизолирующих конструкций кинематических фундаментов, разработка практических рекомендаций по их расчету и проектированию в системах сейсмозащиты зданий и сооружений на территории арабских стран.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Выбрать основные конструктивные типы опор кинематических фундаментов.
-
Построить уравнения движения для принятых типов опор кинематических фундаментов.
-
Проанализировать амплитудно-частотные характеристики кинематических фундаментов.
-
Провести расчетно-теоретические исследования по упрощению уравнений движения рассматриваемых типов опор.
-
Исследовать эффективность кинематических фундаментов с учетом реч альиых сейсмических воздействий и особенностей строительства для арабского региона.
-
Разработать рекомендации и практические предложения по реализации принятой системы сейсмозащиты в практике сейсмостойкого строительства арабских стран.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Выполнена оценка сейсмологической опасности арабского региона и выявлены основные ее особенности.
-
На основании обзора существующих средств сейсмоизодяции систематизированы и выбраны основные типы кинематических опор в зависимости от их поверхности катания.
-
Разработана методика построения уравнений движения для каждого выбранного типа кинематических опор.
-
Дана сравнительная оценка амплитудно-частотных характеристик зданий на кинематических опорах в конструкциях сейсмоиэолирующих фундаментов.
-
Установлен диапазон допустимых частот, в котором обеспечивается устойчивость здания по условию ограничения углов поворота кинематических опор. Исходя из полученного диапазона частот оценены возможные геометрические размеры кинематических опор.
-
Показана возможность упрощения уравнений движения для каждого типа опор с учетом их геометрических параметров и установлена область возможной линеаризации уравнений движения.
-
Предложена классификация кинематических опор рассматриваемых типов.
-
Обоснована эффективность устройства кинематических фундаментов с демпферами сухого трения в системах сейсмозащиты зданий и сооружений для арабского региона.
-
Определены оптимальные параметры демпфирования в конструкциях сейсмоизолирующих кинематических фундаментов и установлено, что на их выбор не влияет спектральный состав сейсмического воздействия.
10. Даны конструктивные предложения по реализации принятой системы
сейсмозащиты.
Достоверность научных положений диссертации подтверждается тем, что они согласуются с имеющимися результатами расчетных исследований, опытом прошлых землетрясений и данными, полученными другими авторами по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации.
Практическая ценность. Результаты выполненных расчетно-тсоретических исследований подтверждают эффективность сейсмоизолирующих фундаментов в качестве системы сейсмозащиты зданий и сооружений. На основе исследовании определены характеристики кинематических опор, установлены возможные их размеры с учетом ожидаемого характера сейсмического воздействия. Разработанные рекомендации по расчету и проектированию этих опор с демпферами сухого трения дают возможность проводить расчеты таких систем сейсмозащиты в зданиях и сооружениях различного назначения не только на территории арабских стран, но и в других сейсмоопасных регионах.
Внедрение результатов. Материалы исследований использованы при проектировании зданий, которые строятся в сейсмически опасных районах арабских стран, а также использованы при разработке рекомендаций по реконструкции жилых зданий на кинематических фундаментах в г.Петропавловске-Камчатеком.
Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены и обсуждались на международной Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (С.Петербург, 1995 Г.), конференции, посвященной памяти О.А.Савинова, Фундаментпроект(1995 г.), а также неделях "Науки", проводимых кафедрой "Здания" в 1993, 1994, 1995 гг.
На защиту выносятся:
результаты расчетно-теоретического анализа важнейших элементов сей-смозащиты - кинематических опор с различной поверхностью катания, рекомендации по выбору их амплитудно-частотных характеристик, геометрических размеров и по возможной линеаризации уравнений движения этих опор;
методика и результаты оценки эффективности рассматриваемой системы сейсмозащиты;
основные конструктивные решения сейсмоизолирующего фундамента с кинематическими опорами и демпферами сухого трения.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах.
Объем диссертации.' Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, приложения. Содержит 120 стр. машинописного текста, 79 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 74 наименований.