Содержание к диссертации
Введение 6
1 Анализ состояния исследуемого вопроса 10
1.1 Краткий обзор развития методов оценки сейсмостойкости зданий и сооружений 10
1.2 Анализ повреждений много пролетных сооружений при сейсмических воздействиях 19
1.3 Анализ методов расчета протяженных много пролетных конструкций 23
1.4 Цель и метод исследований 56
2 Развитие спектральной методики для оценки сейсмостойкости протяженных сооружений 61
2.1 Построение уравнений сейсмических колебаний многопролетного сооружения с дискретным опиранием на грунт
2.2 Спектральный метод оценки сейсмических нагрузок 66
2.2.1 Общий случай определения инерционной сейсмической нагрузки для демпфированной системы 66
Определение инерционной сейсмической нагрузки для слабодемпфированных систем 73
2.3 Определение расчетных усилий в многоопорной конструкции 77
2.3.1 Определение расчетных усилий от инерционной сейсмической нагрузки 77
2.3.2 Определение усилий от квазистатического смещения опор 79
2.4 Анализ полученных результатов 90
2.4.1 Пример расчета однопролетной балки с шарнирными опорами 91
2.4.2 Пример расчета балки, заделанной по торцам, с массой, сосредоточенной в ее середине 98
2.5 Выводы по главе 2 103
3 Совершенствование методов оценки взаимных смещений опор и корреляция их возмущений 105
3.1 Представление сейсмического воздействия как суммы бегущей волны в виде случайного стационарного процесса и случайных некоррелированных процессов под опорами 105
3.2 Представление сейсмического воздействия как суммы бегущей волны в виде импульса скорости и случайных некоррелированных процессов под опорами 114
3.3 Учет предлагаемой методики задания воздействия при оценке сейсмических усилий в многоопорных сооружениях 124
3.4 Анализ полученных результатов 136
4 Примеры расчета и рекомендации по расчету многопролетных сооружений на сейсмические воздействия 139
4.1 Расчет многопролетных неразрезных балок 139
4.1.1 Уравнения колебаний многопролетного трубопровода 140
4.1.2 Программное обеспечение для неразрезных балок на сейсмические воздействия 146
4.1.3 Анализ сейсмических колебаний неразрезных балочных систем при несинхронном возмущении опор 151
4.2 Расчет арочного пролетного строения из металлических гофрированных конструкций 167
4.2.1 Основные уравнения для оценки сейсмостойкости арочного пролетного строения 169
4.2.2 Алгоритм и программа расчета арок из МГК 173
4.3 Оценка хода подвижной опорной части балочных разрезных мостов 185
5 Общие выводы 191
Литература 199
Введение к работе
Сейсмически опасные районы занимают около 20% территории России. В этих районах строится и проектируется большое число различного рода сооружений. Среди этих сооружений важное значение имеют протяженные многоопорные конструкции. К их числу относятся мосты, виадуки, путепроводы, нефте- и газопроводы, большепролетные промышленные и зрелищные здания. Однако, до настоящего времени расчет конструкций на сейсмические воздействия производится по так называемому спектральному методу, который разработан применительно к моделированию сооружения консольным стержнем, опирающимся на грунт в одной точке, через которую на сооружение передается сейсмическое воздействие. Применение такого подхода к расчету многоопорных конструкций эквивалентно гипотезе об одинаковом синхронном возмущении всех опор. Совершенно очевидно, что для большепролетных сооружений эта гипотеза несправедлива. Во многих случаях инженеру приходится сталкиваться с конструкциями, у которых опоры находятся в разных сейсмогеологических условиях. Например, у больших мостов береговые опоры находятся, как правило, на скальном плотном основании, а русловые опоры на рыхлых аллювиальных отложениях. Этот эффект приводит к массовым повреждениям рассматриваемых сооружений при сейсмических воздействиях. Однако, до настоящего времени он никак не отражен в нормативной литературе. Сказанное определяет актуальность темы диссертации.
Исходя из сказанного, целью диссертационной работы явилось построение методики расчета многоопорных сооружений на сейсмические воздействия.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Проведен анализ повреждений протяженных многоопорных сооружений при сильных землетрясениях и выявлены специфические особенности этих повреждений по сравнению с обычными сооружениями.
2. Разработан вариант ЛСМ, позволяющий в рамках существующих подходов явно учесть несинхронность возмущения под опорами. При этом оказалось возможным для каждой из опор задать уровень воздействия (балльность) и его спектральный состав (кривую динамичности), которые определяют сейсмическую нагрузку на сооружения в рамках ЛСМ.
3. Выполнена оценка влияния неоднородного (непропорционального) демпфирования на колебания многоопорных конструкций.
4. Предложен новый подход к моделированию расчетных сейсмических воздействий, включающий разделение воздействия на две составляющие: бегущую волну и статистически независимые колебания точек дневной поверхности. Разработана методика расчета сейсмостойкости многоопорного сооружения с учетом предлагаемого представления воздействия.
5. Показано влияние несинхронности возмущения опор на поведение характерных многоопорных сооружений: неразрезиых балок, разрезных балок и арочных конструкций. При этом • установлено наличие перегруза крайних опор и пролетов
многопролетных неразрезных балок, вызванное появлением кососимметричных форм колебаний балки;
• обоснована необходимость учета корреляции форм колебаний при оценке сейсмических нагрузок на многопролетные балки, при наличии у них массивных опор на податливом основании;
• выполнена оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) гибких арок на податливом основании;
• уточнены взаимные смещения опор балочных разрезных систем.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в:
1. Создании методики, позволяющей проводить расчеты протяженных сооружений с использованием или при минимальной модернизации существующих программных средств для расчета сейсмостойкости сооружений.
2. Разработке на основе имеющихся сейсмологических данных практических рекомендаций по построению расчетных моделей сейсмических воздействий и учету смещений грунта в местах расположения опор.
3. Установлении особенностей расчета многопролетных неразрезных балок необходимых для проектирования мостов и трубопроводов.
4. Уточнении оценок хода подвижных опорных частей балочных разрезных мостов. 5. Обосновании допустимости применения гибких арочных мостов из металлических гофрированных конструкций (МГК) для районов с сейсмичностью 9 баллов на нескальных основаниях.
Достоверность основных положений диссертационной работы подтверждается использованием апробированных методов математики и механики, сопоставлением полученных результатов с имеющимся опытом прошлых землетрясений и данными других исследований, выполненных по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации. Следует также отметить, что для точечных сооружений расчет по предложениям автора полностью совпадает с нормативным.
Реализация работы. Выполненные исследования внедрены в ряд инструктивных документов:
• в проект Свода Правил по расчету многоопорных сооружений на сейсмические воздействия, выполненный по заданию Госстроя России в 2002 г. По данной теме автор являлся ответственным исполнителем;
• в Проект Руководства по расчету и проектированию металлических гофрированных конструкций (МГК) на железных дорогах. Автором подготовлена в этот документ методика расчета арочных пролетных строений из МГК и обоснована возможность их применения в районах с сейсмичностью в 9 баллов на нескальных основаниях.
Кроме того, предложения автора включены в Технические условия по проектированию уникального железнодорожного моста через пролив Невельского, выполненного в 2001 г. в НИИ мостов и дефектоскопии.
