Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние теории расчета и оптими зации антисейсмических мероприятий зданий, строящихся в сейсмоопаснцх районах 13
1.1. Методы расчета строительных конструкций на воздействие акселерограмм реальных землетрясений. Расчетные схемы 14
1.2. Экспериментальные исследования зданий, строящихся в сейсмических районах
1.3. Экономические вопросы сейсмостойкого строительства
Глава II. Ящика расчета крупнопанельных зданий на реальные сейсмические воздействия,задаваемые акселерограммами землетрясений при использовании пространственных расчетных схем и двухкомпанентном движении основания .
2.1. Определение реакций и сейсмических усилий по методу весовых функций
2.2. Расчет сейсмических нагрузок при двухкомпанентном сейсмическом воздействии шаговым методом..
2.3. Вычисление жесткостных характеристик несущихэлементов 49
2.4. Расчеты крупнопанельных зданий, как пространственных систем на двухкомпанентные сейсмические воздействия, задаваемые акселерограммами реальных землетрясений 59
2Л.І. Определение сейсмических нагрузок в панельном здании по методу весовых Функций 59
2.4.2. Расчеты крупнопанельных зданий шаговым методом 65
Глава III. Методика расчета крупнопанельных зданий на сейсмические воздействия высокой интенсивности с учетом повреждений несущих элементов и стыков 72
3.1. Определение сейсмических нагрузок для кусочно-стационарных систем переменной структуры 72
3.2. Поведение крупнопанельных зданий при интенсивных землетрясениях.На примере землетрясений в Газли и Петропавловске-Камчатском 79
3.3. Особенности конструктивных решений определяющих сейсмостойкость крупнопанельных зданий 83-
№ 3.4. Условия разрушений и жесткости поврежденных несущих конструкций 8в
3.5. Влияние жесткости основания на напряженно-деформированное состояние здания 96
Глава ІV. Исследование поведения и оценка объёмов повреждений крупнопанельных здании средней этажности в условиях землетрясений расчетной интенсивности 101
4.1. Особенности расчета зданий и сооружений по аксе лерограммам землетрясений 101
4.2. Анализ работы нестационарных систем при двухком-понентных сейсмических воздействиях (с учетом повреждений) 103
4.3. Исследование сейсмостойких крупнопанельных зданий в условиях интенсивных сейсмических воздействий, задаваемых акселерограммами реальных земле трясений 112
4.4. Определение объемов повреждений несущих элементов и стыков крупнопанельных зданий в зависимости от степени антисейсмических усилений 121
4.5. Экономическая целесообразность антисейсмических мероприятий
Выводы 154
Приложения 157
Литература
- Методы расчета строительных конструкций на воздействие акселерограмм реальных землетрясений. Расчетные схемы
- Определение реакций и сейсмических усилий по методу весовых функций
- Определение сейсмических нагрузок для кусочно-стационарных систем переменной структуры
- Особенности расчета зданий и сооружений по аксе лерограммам землетрясений
Введение к работе
Многие районы земного шара, в том числе и значительная территория нашей страны, подвержены действию землетрясений - одного из наиболее опасных стихийных бедствий планеты. Только за последние годы сильные землетрясения произошли в Перу, 19 70 г., США (Сан-Фернандо), 1971 г., Никарагуа, 19 72 г., Румынии, 19 77 г., а на территории СССР - в Ташкенте, 1966 г., Петропавловск-Камчатском, 1971 г., Джамбуле, 1971 г., Газли, 1976 г., Кишиневе 1977 г., На-зарбеке, 1980 г.. Одним из наиболее сейсмически активных регионов нашей страны является Средняя Азия. Здесь ведется интенсивное гражданское и промышленное строительство.
К сожалению, наука ещё не в состоянии предсказать, а тем более предотвратить сейсмические явления, и поэтому единственная возможность обеспечить безопасность населения, проживающего в районах, подверженных действию землетрясений и предовратить материальные потери, заключается в строительстве, надежных сооружений, способных противостоять разрушительным землетрясениям. Результаты анализа последствий сильных землетрясений свидетельствуют о достаточной надежности зданий, запроектированных и построенных в соответствии с нормами и правилами сейсмостойкого строительства, что свидетельствует о высоком уровне развития науки сейсмостойкости сооружений. Вместе с тем многие вопросы требуют дальнейшего изучения. Так в рекомендациях Всесоюзного совещания по сейсмостойкому строительству, проведенному в октябре 1982 года в городе Алма-Ате, сказано, что необходимо "Интенсивно развивать теорию расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия с учетом таких факторов, как нелинейное и нестационарное поведение конструкций при интенсивных сейсмических воздействиях, пространственного характера деформирования сооружений, много-компанентности и повторяемости сейсмического воздействия, реаль ных характеристик движений оснований при землетрясениях". Анализ последствий интенсивных землетрясений свидетельствует, что в ближайшем будущем проблема проектирования и расчета сейсмостойких зданий и сооружений не будет снята с повестки дня. Подтверждением этому являются землетрясения, нанесшие значительный ущерб зданиям и сооружениям. У нас в стране большие разрушения произвели такие землетрясения как Крымское, 1927 г., Кишиневское, 1940 г., Ашхабадское, 1948 г., Ташкентское, 1966 г., Петропавловск-Камчатское, 1971 г., Джамбульское, 1971 г., Газлийское, 1976 г.
Проблемам прочности, надежности, экономической эффективности зданий и сооружений,строящихся в сейсмоактивных районах, посвящены исследования ведущих институтов нашей страны. Большую роль в развитии теории и практики сейсмостойкого строительства, в частности крупнопанельного домостроения, играют такие организации как ЦНИИСК им. Кучеренко, Казстройпромпроект, ЦНИИЭП жилища, АрмНИСИ, ТбилЗНИИЭП и другие.
Большой вклад в развитие теории сейсмостойкости зданий и сооружений, внесли отечественные ученые: И Л .Гольденблатт, К.С. Завриев, И.л. Корчинский, А.Г.Назаров, Ш.Г.Напэтваридзе, С.В.Поляков, В.Т .Рассказовский, В.А. Синицин, К .С .Абдурашидов, Я.М. Айзенберг, В.К.Егупов, ТДДунусов, Н .АЛиколавнко, Э Дачиян, Г.А. Шапиро, В.В .Болотин, С .С «Дарбииян,Г .И.Ашкинадзв, В.И.Лищак, Ю .К .Немчинов, А Л Даров, и другие. В области экономических исследований теории сейсмостойкости, значительных результатов достигли В.В .Болотин, Б.И.Кейлис-Борок, С .В.Медведев, Я. М .Айзенберг и другие. За рубежом аналогичными проблемами занимаются Д .Борджес, Р.Клаф, ДжЛьюмарк, Ш.Окамото, Э.Розенблюэт, Р.Уитмен, Х.Валнен, Р.Бенджамин, ДжЛЗреннан, ПДженингс, А.Корнелл, ЦЛомнитц и другие .
Развитие народного хозяйства, строительство промышленных объектов, а следовательно и новых жилых районов повлекут за собой существенные затраты, поэтому проблема оптимальной сейсмо-защиты зданий и сооружений приобретает большое значение. Особенно это касается сейсмоактивных районов, в число которых входит и Средняя Азия,
Здания и сооружения, строящиеся в сейсмически активных районах, согласно действующим нормам должны быть расчитаны на сейсмические нагрузки, для восприятия которых необходимы определенные капитальные вложения на усиления несущих элементов, В настоящее время затраты на антисейсмические мероприятия составляют около 500 млн. рублей в год. Они необходимы для сохранения оборудования, обеспечения безопасности людей и предотвращения ущерба от землетрясения. В сейсмоопасных районах нашей страны одним из самых массовых видов строительства стало крупнопанельное домостроение, что обусловлено целым рядом достоинств этих зданий, к числу которых следует отнести высокую сейсмостойкость, короткие сроки возведения, хорошие технико-экономические показатели. Результаты экспериментальных исследований, а также натурных обследований крупнопанельных зданий, перенесших сильные землетрясения, говорят об их больших резервах сейсмостойкости. Вместе с тем при интенсивных сейсмических воздействиях в несущих конструкциях панельных зданий происходят локальные повреждения, что приводит к изменению динамических параметров системы.
Основной задачей теории и практики сейсмостойкого строительства является обеспечение прежде всего безопасности людей, проживающих в сейсмически активных зонах, однако в последнее время у нас в стране и за рубежом все большее внимание уделяется экономической стороне сейсмостойкого строительства .Проблема получила название"сейсмический риск".
Согласно действующим нормам объём антисейсмических мероприятий зависит от балльности района строительства, а выбор оптимального варианта, как правило, производится по начальным затратам.
Оптимизация суммарных затрат с позиций сейсмического риска требует иного подхода к решению задачи. Прежде всего значительно увеличивается число неизвестных параметров, которые необходимо учесть, повышаются требования к сейсмологической информации, помимо балльности, требуется достаточно достоверная информация о повторяемости землетрясений той или иной интенсивности.
В принципе, к крупнопанельным зданиям может быть применена та же методика выбора оптимальной сейсмозащиты, которая была разработана для оптимизации антисейсмических усилений зданий с несущими кирпичными стенами /117/. Однако определение объемов повреждений зданий из крупноразмерных элементов оказываются гораздо более сложным, чем кирпичных. Дело в том, что в крупнопанельных зданиях, как показывает опыт землетрясений, в том числе и Газлий-ских 19 76 г., повреждаются не только панели, но и стыковые соединения, и поэтому предельное состояние таких зданий и их отдельных конструктивных элементов установить весьма трудно. В работе Я.М.Айзенберга /7/, на основе экспериментов на моделях крупнопанельных зданий, сделан вывод о хрупком характере разрушений элементов панелей, когда жесткость простенков или перемычки меняется скачкообразно, а пластические деформации происходят, в основном, в стыковых соединениях. Следует отметить, что даже в сейсми-стойких зданиях неизбежны повреждения отдельньк элементов и узлов конструкций, которые появляются в определенный момент сейсмического воздействия и развиваются в процессе сейсмических колебаний. Поскольку повреждение конструктивных элементов приводит к изменению жесткостных и динамических параметров сооружения в целом, то этот процесс сопровождается перестройкой системы во времени в течении наиболее интенсивной фазы землетрясений. Поэтому для всесторонней оценки поведения зданий в условиях возможных землетрясений необходимо использовать расчетные модели, учитывающие повреждения несущих элементов и конструкций, а следовательно - изменение прочностных и динамических параметров сооружений в процессе сейсмического воздействия, для чего могут применятся расчетные модели следящей системы, реализующие физические процессы поведения реальньїх зданий в условиях интенсивных сейсмических колебаний.
Для надежной оценки поведения крупнопанельных зданий в условиях возможных землетрясений необходимо учитывать все разнообразие факторов, оказывающих влияние на работу сооружений при таком сложном процессе, каким является любое землетрясение. Для этого должны быть использованы расчетные модели, возможно более полно отражающие особенности поведения зданий во время сейсмических воздействий.
Цель работы. На основе совершенствования методов расчета крупнопанельных зданий на сейсмические воздействия высокой интенсивности, задаваемые акселерограммами сильных землетрясений, с учетом повреждений несущих элементов и стыков - разработка оптимальных решений сейсмостойких панельных зданий с позиций сейсмического риска.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: № разработан метод расчета зданий жесткого типа на одно и двух-компанентные сейсмические воздействия,
- составлен комплекс программ для установления объемов повреждений и особенностей поведения крупнопанельных зданий при одно и двухкомпанентном движении основания по закону акпелерограмм реальных землетрясений,
- проведен анализ койебаний крупнопанельных зданий средней этаж -ности в условиях интенсивных сейсмических нагрузок. Научная новизна«работы заключается в следующем:
- предложен метод расчета зданий жесткого типа при помощи модели следящей системы, позволяющей учитывать повреждения стыков и несущих элементов в процессе одно и двух компанентного сейсмического воздействия,
- предложены критерии прочности несущих элементов и стыков,
- разработан метод расчета предельных параметров критериев прочности элементов и стыков.
- разработаны оптимальные варианты антисейсмической защиты крупнопанельных зданий с учетом сейсмических условий среднеазиатского региона.
Автор защищает:
- метод расчета зданий жесткого типа на основе модели следящей системы на одно и двухкомпанентное воздействие, задаваемое акселерограммами землетрясений;
- предложенные критерии прочности элементов и стыков;
- результаты исследований крупнопанельных зданий в условиях интенсивных сейсмических нагрузок, задаваемых акселерограммами реальных землетрясений.
.Практическое значение работы определяется:
- уточнением расчетных схем /моделей/ зданий из крупноразмерных элементов, приближающих результаты расчетов сооружений к действительным условиям их работы при воздействии сильных землетрясений;
повышением экономичности панельных зданий, строящихся в сей смически активных районах. Предлагаемый метод расчета зданий с учетом развития локальных повреждений конструктивных элементов и стыков позволяет, используя запасы прочности в предельной стадии работы сооружения, получить только по среднеазиатскому региону ежегодный экономический эффект болео
- XI -лиона рублей; - результаты работы могут быть использованы в практике проектирования сейсмостойких крупнопанельных зданий.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всесоюзном совещании по сейсмостойкому строительству, Алма-Ата, 1982 г.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения с выводами и приложений.
Во введении отмечены основные задачи, стоящие перед исследователями, занимающимися вопросами оптимизации антисейсмических мероприятий и направление исследований данной работы.
В главе I освещается современное состояние вопроса, описаны методы расчета зданий и сооружений на воздействия акселерограмм реальных землетрясений и экспериментальные исследования зданий, строящихся в сейсмических районах, отражены экономические проблемы сейсмостойкого строительства и сформулированы задачи исследований.
Глава П посвящена разработке методики расчета зданий при двухкомпанентном движении основания с использованием весовых функций и шаговым методом в упругой стадии работы конструкции. Приведены примеры расчета.
В третьей главе предлагается метод расчета кусочно-стационарных системы, даны условия частичного и полного разрушения несущих элементов и стыков, а также способ расчета предельных параметров в условиях разрушений. Проанализированы результаты расчета панельного здания с учетом конечной жесткости основания.
В главе ІУ исследуеются крупнопанельные здания с применением стационарной и кусочно-стационарной моделей. Получены за висимости повреждений от начальных затрат на антисейсмические усиления панельных зданий. Проанализировано поведение нестационарных систем при одно и двухкомпанбитном сейсмическом воздействии с учетом повреждений несущих элементов .Оценено влияние высших форм колебаний на напряженно-деформированное состояние здания. Рассмотрены вопросы, связанные с оптимизацией антисейсмических усилений крупнопанельных зданий, строящихся в среднеазиатском сейсмологическом регионе, выбраны рациональные варианты усиления.
В приложениях описаны программы, предназначенные для расчета зданий, даны блок-схемы, метод расчета прочностных характеристик несущих элементов и стыков и таблицы.
В заключении приведен список использованное литературы.
Методы расчета строительных конструкций на воздействие акселерограмм реальных землетрясений. Расчетные схемы
В настоящее время можно выделить три основиЬЇХ направления исследований зданий и сооружений, строящихся в сейсмоопасных зонах. К первой группе отнесем, так называемый, детерминистский подход. При этом вероятностные свойства материалов конструкции и внешних воздействий учитываются косвенным образом, когда прочностные и жесткостные характеристики элементов конструкций определяются на основе статистической обработки экспериментальных данных, а сейсмическая нагрузка определяется по спектральным кривым или задается конкретной функцией в табличной форме /акселерограммой/. Такой подход используется в работах /16, 18, 42, 50, 100/.
Ко второй группе методов расчета конструкций можно отнести вероятностные методы, которые позволяют получать статистические характеристики на выходе /смещения, скорости, усилия/ через входные характеристики /внешнее воздействие/. В работах /7, 13, - 15 -14, 84/ используется корреляционная теория случайна процессов. Внешнее воздействие представляется стационарным случайным процессом.
В работах /13, 14, 84/ указывается на возможность рассматривать колебания при землетрясении, как нестационарный случайный процесс. При представлении землетрясения в виде стационарного случайного процесса статистические характеристики акселерограммы /корреляционная функция, стандарт, математическое ожидание/ возможно определять осреднением по времени. При вероятностном подходе к расчету конструкций на сейсмические воздействия, в работах Я .М.Айзенберга /4, 8/ используются методы теории марковских процессов, которые приводят к дифференциальному уравнению Колмогорова-Фоккера-Планка. Решение этого уравнения определяет совместную плотность вероятности скоростей и смещений масс. Внешнее воздействие задается в виде белого шума.
К третьей группе отнесем смешанный подход к расчету конструкций на воздействие землетрясений, когда расчеты проводятся в два этапа: на первом используется детерминистский подход, то есть конструкция расчитывается на определенные реализации случайного процесса /акселерограммы/. В результате получается ряд значений исследуемых параметров. На втором - методами математической статистики обрабатывают полученные значения реакций, усилий и т.д. и получают статистические характеристики этих величин.
Впервые такой подход к расчету зданий и сооружений был предложен Назаровым AJ1., а затем использовался во многих других работах.
В зависимости от задач исследований при расчетах на сейсмические нагрузки крупнопанельных зданий, используются различные расчетные схемы или идеализации конструкций. Наиболее распространенной является консольная плоская расчетная схема. Та кая модель используется в работах /50, 116/ и других исследованиях. При расчетах зданий по плоской расчетной схеме возможен учет сдвиговых и изгибных деформаций здания в одном направлении, жесткостей стыков, одно или двухкомпанентное воздействие землетрясения, В /132/ здание представляется как плоский составной стержень. Для протяженных в плане зданий в работах /36, 42, 102/ используется плоскопространственная расчетная схема. Здание рассматривается как набор вертикальных и горизонтальных элементов /диафрагм, рам, перекрытий/. Такой же подход использован в работе /18/, В работе /42/ используется метод расчленения-склеивания, причем в вертикальном направлении модель имеет конечное, а в горизонтальном - бесконечное число степеней свободы. В работе /41/ сделан вывод о необходимости учета, при расчетах малоэтажных, протяженных в плане зданий, пространственных колебаний. Определены пределы применимости плоской, консольной расчетной схемы. В последнее время появляется все больше подтверждений тому, что пространственная расчетная схема гораздо объективнее отражает работу конструкций при воздействии землетрясений /29, 32, 38, 39/.
Использование трехмерных расчетных схем при расчетах панельных зданий позволяет более правильно оценить поведение конструкций при землетрясениях, но при этом значительно возрастают вычислительные трудности. Среди пространственных расчетньїх систем можно выделить схему пространственного составного стержня /36/,, призматической оболочки /89/, а также метод конечных элементов /50/. Наиболее простой расчетной схемой, позволяющей учитывать пространственные эффекты и многокомпанентныв воздействия землетрясений, является пространственный консольный стержень /100/. Как видно, расчетных моделей может быть достаточно много даже для одной конструкции.
Определение реакций и сейсмических усилий по методу весовых функций
Как видно из 2.а,для расчета здания на воздействие акселерограмм землетрясений, при определении элементов матрицы перемещений необходимы жесткостные характеристики несущих конструкций.
Все они характерны наличием бесконечно-жестких вставок, которые существенным образом влияют на жесткостные характеристики элементов и конструкций в целом. Кроме того, в широких простенках с малым отношением высоты элемента к ширине поперечного сечения, необходим учет сдвиговых деформаций. Поэтому при вычислении жесткоотей учитывались жесткие вставки по цонцам стержня сдвиговые жесткости его сечения, а также продольные силы. Конструктивные элементы панельных зданий отличаются большим разнообразием, однако в большинстве случаев все они могут быть представлены несколькими типами (рис. 2,2, 2.6 - 2.8).
Жесткость стержня при единичном сдвиге и повороте узла (I) (рис. 2.2) можно получить из решения дифференциального уравнения и-згиба стержня. Дифференциальное уравнение изогнутой оси стержня, которое учитывает действие продольной силы, наличие бесконечно-жестких вставок, сдвиговую жесткость сечения, выглядит следующим образом:
Произвольные постоянные А и В наход ятся из граничных условий при х=о, в начале гибкой части стержня (точка 2), а начальные значения момента Мо, поперечной силы Л - из граничных условий в конце гибкой части стержня (точка 3). Найдем сначала значения момента М и поперечной силы & от единичного поворота Уо = I.
В этом случае начало упругой части стержня (точка 2) сместится на величину У о = П- сПаъсГ (/0 . Разлагая S uiaict f/J, в степенной ряд оставляем только два первых члена ряда (рассмат-риваются малые деформации) и учитываем, что Уо = I.
Тогда Уо Y Для нахождения Мо и Q используем граничные условия на конце гибкой части стержня (точка 3), которые записываются так:
Если вычислить пределы для выражений Ос и Мо, при услови ях fi +Ot F-+ о ; А/— О , то получим обычные выражения для момента и поеречной силы : Q0-""az » Мо- #- которые совпадают с жесткостями обычного стержня при повороте сечения в начале стержня (точка I) на единицу. Пределы были вычислены по правилу Лопиталя.
Момент на конце упругой части стержня (точка 3) при Х=с, от поворота сечения с координатой Х=0 на угол, равный единице, определяется по формуле: Где: /л/т,- жесткие вставки соответственно в начале и на конце стержня, С - Длина упругой части стержня. Если подставить в формулу для М значение М и $= , которые определены выше, то получим:
Теперь определим моменты в начале и конце стержня (точка 4) и поперечную силу от единичного перекоса узлов. Граничные условия в начале упругой части стержня (точка 2) при Х=0 записываются следующим образом: (2.53) Для определения М„ и Ос получим два линейных уравнения: ( .[JMl+/. costt-e-fi- е\+ п.-[ш-е-і] -у = о, Из этих уравнений определяем , и М :
Как видно, выражение для М0 от единичного перекоса совпадает с выражением для Q от единичного поворота узла, в начале стержня, что не противоречит теореме о взаимности работ. Если вычислить пределы для Qe при условиях d OjGf oOjfi- о, то получим:
Этот предел совпадает с величиной поперечной силы при единичном перекосе узлов стержня и отсутствии продольной силы. В последующих формулах при вычислении поэтажных жесткостей здания, величины входящие в выражения, по которым считаются жесткости отдельных элементов, снабжены индексаш, которые указывают принадлежность элемента к тому или иному этажу. Этажные жесткости формируются из жесткостей отдельных элементов. На рис. 2.3 и 2 Л показаны фрагмент и план типового этажа.
При определении этажных жесткостей А- Ї Z;V перек-рытия принимались абсолютно жесткиш в своей плоскости, поэтому ос определяются суммой жесткостей отдельных элементов.
Определение сейсмических нагрузок для кусочно-стационарных систем переменной структуры
Как уже отмечалось в главе І, в условиях интенсивных землетрясений весьма маловероятна чисто упругая работа зданий. Что касается крупнопанельных зданий, то результаты натурных обследований и экспериментов на конструкциях, перенесших интенсивное землетрясение, свидетельствуют о том, что динамические параметры сооружений меняются в процессе колебаний при землетрясениях, то есть в условиях интенсивных землетрясений необходимо использование нестационарных моделей. Это обстоятельство отмечается в работах (I, 2, 3, 7, 9).
Во многих случаях в условиях интенсивных землетрясений высокая сейсмостойкость крупнопанельньїх зданий объясняется не только общеизвестными их достоинствами, но и переменной динамической структурой. Очевидно, что для исследования изменения параметров сооружения необходимо использовать соответствующую расчетную модель.
В настоящей главе рассмотрен один из возможных подходов к расчету крупнопанельньїх зданий, как нестационарных систем.
. Определение сейсмических нагрузок для кусочно-стационарных систем переменной структуры Выведем формулы, по которым рассчитываются сейсмические реакции и нагрузки кусочно-стационарной системы с учетом повреждений несущих элементов и стыков. Обозначим через X - З У -мерный вектор смещений, Uj - 3W -мерный "-ый собственный вектор матрицы Й М матрица податливости порядка 3 И/ 3-// Л/ - диагональная матрица масс порядкаJ /У/371/ Для краткости все величины будут записываться не в блочной форме.
В момент времени с = О векторы скоростей и смещений равны Т№=&)-Хс и XU=o)-X (если векторы скоростей и смещений нулевые, то в формулах нужно принять Хо Хс-0 ( Так как на линейных участках (между моментами разрушений) реакции и сейсмические усилия определяются их суммированием по ИФ формам собственных колебаний конструкций, то начальные условия необходимо определить для каждой из форм собственных колебаний. Разложим начальные условия по собственным векторам.
Предположим, что в момент времени О -L, С I произошли локальные разрушения и жесткость конструкции изменилась. Тогда при L t, мы фактически имеем уже другую конструкцию. Векторы СМ6-щений и скоростей XlcJ и X (с,/ в момент разрушения с,-принимаются за начальные данные для интегрирования дифференциальных уравнений частично разрушенной конструкции при / . Наша задача определить реакции и нагрузки для частично разрушенной конструкции. Обозначим через Uj и 00; J-ые собственный вектор и частоту собственных колебаний частично разрушенной конструкции. Тогда реакции по j -ой форме в К- ой точке в момент Обследование состояния крупнопанельных зданий пос.Газли после землетрясений 1976 года позволило установить, что характер и степень повреждений их конструкций в значительной мере определяются использованными конструктивными решениями.
При строительстве крупнопанельных зданий в пос.Газли,использованы типовые проекты 1-464, 1-464 Уз, 1-464 А. Следует отме -тить, что поскольку до землетрясений 1976 г район посёлка Газли считался шестибалльным, все крупнопанельные здания не имели сейсмозащиты. Рассмотрим конструктивные решения панельных зданий, построенных в посёлке Газли.
Панели стен и перекрытий имели размер на комнату. Панели внутренних стен толщиной 12 см в зданиях, выполненных по проектам 1961 г,были с одиночной сеткой из проволоки диаметром 6 мм с ячейками 50 х 50 см; перекрытия толщиной 10 см - из тяжелого бетона. Панели наружных стен однослойные керамзитобетонные, армированные каркасами по периметру и по граням проемов. Эти здания были прямоугольными в плане с лоджиями. Поперечные стены - через 2,6 и 3,2 м.
Другая часть двухэтажных зданий, возведенных по проекту 1964 года,имела несколько иное планировочное решение. Панели внутренних стен армировались двумя сетками и по граням имели зубчатую поверхность, так же как и керамзитобетонные панели наружных стен. В углах проемов были дополнительные сетки. Соединения панелей по проекту 1961 г выполнялись,с помощью сварки, накладками, закреп - 80 -ленных в углах панелей уголков или пластин. Соединения по проекту 1964 г были замоноличенными со сваркой выпусков арматуры, фундаменты были столбчатыми: в начальной стадии строительства в виде железобетонных стоек сечением 20 х 20 и высотой надзем ной части 50 см, на которые опиралась сборная обвязочная балка. На последующих этапах строительства сечение и высота надземной части стоек были увеличены до 40 х 60 см и 120 см соответственно. zf определяются по формулам:
Особенности расчета зданий и сооружений по аксе лерограммам землетрясений
В последнее время расчеты на воздействия акселерограмм приз-іанн наиболее подходящим инструментом для получения объективной шформации о поведении зданий при землетрясениях.
Колебания зданий и грунта основания при землетрясениях являйся нестационарным случайным процессом, хотя во многих работах [сподьзуется модель стационарного случайного процесса. Очевидно, [то характеристика колебания грунта в данном сейсмологическом раите зависит от многих факторов, к числу которых можно отнести от-:осительнов расположение строительной площадки и очага землетрясения, выделившейся энергии, характеристики грунтов и многих других факторов, которые носят случайный характер. Поскольку дина-мческие характеристики зданий и сооружений также случайны, то іейсмические реакции и усилия зависят от взаимного расположения -обственных частот сооружения и спектра действующей акселерог-іаммн, поэтому при упругих расчетах велика вероятность получения случайного результата, который необходимо исключить.
Для этого, при расчетах на воздействия акселерограмм, свя-анных со случайным характером динамических параметров здания в 84) применяется методика осреднения, суть которой состоит в из-:енении спектра частот собственных колебаний здания на 20% в обе тороны от основного спектра. Поскольку помимо случайного факто-а, связанного со спектром колебания здания, присутствует также актор, связанный со случайным характером самих акселерограмм, то, ак указывается в (84), необходимо осреднять результаты расчетов по нескольким акселерограммам. Это касается расчетов, как по плоской расчетной схеме, так и по более сложным пространственным схемам.
Естественно, что чем большее количество акселерограмм входит в расчетную выборку, тем достовернее будут результаты расчетов, но, как указывается в (7), (84), (122) и других работах, акселерограммы, входящие в расчетную выборку, должны удовлетворять некоторым условиям, в число которых входят требования сопоставимости акселерограмм одной выборки и представительности выборки по частотному составу. Первое требование удовлетворяется нормированием акселерограмм, то есть приведением интенсивностей акселерограмм, входящих в выборку, к единому эталону, в качестве которого может быть взя-ео среднеквадратичвское значение ускорения на определенном участке времени или какая-либо другая характеристика интенсивности. 1вобходимо отметить, что указанный прием исключения случайных факторов при расчетах на воздействие акселерограммы землетрясения до-зтаточно убедителен для упругих систем, но от него можно отказаться при использовании нестационарных расчетных моделей здания, в качестве которой в настоящей работе принята модель "следящей" системы. При таком подходе фактор случайности в расчете на одну ак-їелерограмму исключается автоматически, поскольку модель "следящей" системы имеет переменный спектр, эволюция которого связана :о свойствами акселерограммы и самой конструкции. В качестве pacta тн ой выборки акселерограмм была принята выборка, рекомендованная І работе (84), которая включает акселерограммы 8-3, Г-52; 8-І, -33; 7-25, Г-40; Сан-Фернандо Г-І6; 7-16, Г-50; Газли С-Ю; 8-в, -10, Ниигита. Указанная выборка охватывает довольно широкий час-:отный интервал и как показано в работе (84), может быть использована при расчетах упругопластических систем, а также зданий пере-16иной структуры, расчитываемых с учетом повреждений несущих эде ментов.
Для расчетов на двухкомпонентное воздействие по пространственной расчетной схеме использовались парные акселерограммы 8-3, Г-38; 8-3, Г-52; 7-25, Г-40; 7-25, Г-50;8-б, Г-2І; 8-6, Г-69; Сан-Фернандо Г-І6;Сан-Фернандо Г-74. Все акселерограммы при расчетах были приведены к 9 балльной интенсивности.
В работе изучалось поведение четырехэтажных крупнопанельных зданий по плоской и пространственной расчетным схемам в упругой стадии и с учетом повреждений несущих элементов и стыков.
Первая серия расчетов была проведена по программе "ВВ", в которой реализован метод весовых функций. В качестве внешнего воздействия использовалось землетрясение Эль-Центро (акселерограммы 8-3, Г-52 и 8-3, Г-38). После первых расчетов стало ясно, что время счета по программе "BSB" довольно велико, поэтому в дальней-пем для расчета здания по пространственной расчетной схеме использовалась программа "BASK", которая позволяет учитывать также и локальные повреждения элементов и стыков при землетрясении. Время зчета при этом оказалось на порядок меньше, чем по программе BSB7 (весовые функции).
