Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
Характеристика сейсмичности территории Республики Тыва 9
Развитие теории сейсмостойкости. Состояние на современном этапе 12
Обзор работ с системами сейсмозащиты 16
Силовые характеристики 34
Методы анализа систем сейсмоизоляции 37
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ I '. 41
ГЛАВА II. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ 43
2.1. Метод расчета по линейно-спектральной теории сейсмостойкости
(ЛСТ) 43
Метод расчета по акселерограммам 47
Обобщенный метод главных координат для расчета сейсмоизолированных зданий 51
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II 56
ГЛАВА III. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ
СЕЙСМОИЗОЛИРОВАННОГО ЗДАНИЯ 57
Динамический расчет сейсмоизолированного здания по конечноэлементной модели 57
Динамический расчет сейсмоизолированного здания по балочной схеме.. 66
Параллелограммная нелинейная модель сейсмоизолированного
здания как системы с одной степенью свободы 84
3.4. Оценка влияния высших форм собственных колебаний
сейсмоизолированных зданий 108
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III 113
ГЛАВА IV. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СЕИСМОПРОЧНОСТИ
СООРУЖЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННОГО НА НЕЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЕ
СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ 115
Методика оценки прочности сооружения, расположенного на ССИ 115
Степень точности задания движения кинематического (сейсмоизолированного) фундамента 124
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV 128
ОСНОВНЫЕ ВЫВЬДЫ 129
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 130
Введение к работе
Актуальность работы. Среди всех стихийных бедствий землетрясения удерживают печальное первенство по причиняемому ими экономическому ущербу и одно из первых мест по числу человеческих жертв.
На территории с сейсмичностью 7-10 баллов расположены крупные культурные и промышленные центры, многочисленные города и населенные пункты. Вся эта сравнительно густонаселенная часть подвержена землетрясениям, которые сопровождаются разрушениями несейсмостойких зданий и сооружений, гибелью людей и уничтожением материальных и культурных ценностей, накопленных трудом многих поколений. В эпицентральных зонах таких землетрясений нередко нарушается функционирование промышленности, транспорта, электроводоснабжения и других жизнеобеспечивающих систем, что ведет к значительному материальному ущербу.
Согласно нормативной карте ОСР-97 самая высокая сейсмическая опасность свойственна южным и восточным регионам России - Дальний Восток, Северный Кавказ, Сибирь, в том числе Республика Тыва. Тем временем особую обеспокоенность вызывает активизация сейсмических процессов на данных регионах.
Республика Тыва располагается в Саяно-Алтайской сейсмической области Байкало-Монголо-Алтайского трансазиатского сейсмоактивного пояса. Высокая сейсмичность этой территории связана с глубинной геодинамикой в зоне Байкальского рифта и сложным рельефом. Она обусловлена движением горных пород по глубинным разломам. В федеральной целевой программе "Сейсмобезопасность территории России" 2000-2010 годы" по результатам экспертной оценки уровня сейсмической опасности и сейсмического риска Республика Тыва отнесена к первой группе среди регионов России с индексом сейсмического риска 1,8. При
этом уровень сейсмической изученности ее территории остается низким. Главной особенностью зарегистрированных сейсмических событий в Тыве является многочисленность землетрясений энергетического класса К>10 и линейно-узловое размещение их эпицентров. В целом за указанный так называемый "инструментальный" период изучения сейсмической активности было зарегистрировано в Тыве 127 сильных землетрясений энергетического класса К>10.
В настоящее время актуальной является задача защиты гражданских и промышленных зданий и сооружений, находящихся в сейсмически активных районах. Повышение сейсмостойкости зданий достигается различными способами. Одним из возможных является создание систем специальной сейсмозащиты. В последние годы достигнут определенный прогресс в разработке систем сейсмоизоляции, методике определения их основных параметров - коэффициентов трения, жесткостей сейсмоизолирующих и демпфирующих элементов, выборе конструктивных решений. Вместе с тем задачи обоснования эффективности систем сейсмоизоляции еще не решены в полной мере. Установлено, что данные системы обладают большой чувствительностью к спектральным параметрам землетрясений, поэтому при их проектировании необходим учет спектрального состава воздействия.
Одно из серьезных препятствий внедрения систем сейсмоизоляции в строительстве - отсутствие в нормативных документах специальных рекомендаций по расчету и возведению зданий с системами сейсмоизоляции. Поэтому разработка эффективных методик расчета зданий с ССИ является актуальной задачей современного сейсмостойкого строительства.
Целью диссертационной работы является разработка методик расчета и рекомендаций для рационального проектирования сейсмоизоляции зданий средней этажности.
Для достижения указанной цели необходимо осуществить решение следующих задач:
Исследовать влияние параметров ССИ на реакции сейсмоизолированного здания;
Разработать алгоритм выбора рациональных параметров ССИ;
Обосновать возможность применения упрощенных расчетных схем зданий с сейсмоизоляцией;
Оценить влияние высших форм собственных колебаний на сейсмическую реакцию сейсмоизолированных зданий;
Разработать методику оценки сейсмопрочности сейсмоизолированных зданий.
Диссертационная работа состоит из четырех глав.
Первая глава посвящена обзору развития и современного состояния теории сейсмостойкости. Дается обзор существующих систем сейсмоизоляции (ССИ) и методов анализа таких систем. В этой главе осуществляется постановка вопроса, и формулируются задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены основные методы расчета зданий на сейсмическое воздействие - линейно-спектральный и метод расчета по акселерограммам. Согласно спектральному методу сейсмические нагрузки являются квазистатическими, что облегчает расчет на сочетание сейсмических и прочих нагрузок. К недостаткам относится то, что спектральный метод справедлив при расчете лишь линейных систем. К преимуществам метода расчета по акселерограммам следует отнести возможность использования моделей с физической нелинейностью. Трудностью является проблема выбора соответствующей расчетной акселерограммы. Рассмотрен обобщенный метод главных координат, учитывающий фактор нелинейности.
В третьей главе выполнен анализ динамики сейсмоизолированных зданий средней этажности. Сформулировано условие для эффективного
применения ССИ с учетом ветровой нагрузки. На основе балочной расчетной схемы разработан алгоритм подбора рациональных параметров ССИ.
На примере балочной модели были проведены расчеты сейсмоизолированных зданий разной этажности. По мере увеличения высоты здания с жесткой конструктивной схемой роль деформаций сдвига постепенно снижается, уступая место .более заметному влиянию деформаций, вызванных изгибом, начинает проявляться влияние высших собственных форм колебаний.
Исследована точность применения одностепенной расчетной схемы для анализа динамики сейсмоизолированного здания средней этажности. Найдены численные значения и построены зависимости основных параметров системы с помощью пакета символьной математики MathCad, а также аналогичные результаты получены с помощью конечно-элементного расчета в программном комплексе «MicroFe», что подтверждает оправданность применения упрощенных расчетных схем для усредненных оценок поведения системы «защищаемый объект - ССИ» и эффективности сейсмозащиты.
В данной главе теоретически и численно выполнена оценка влияния высших собственных форм колебаний (п>1) сейсмоизолированного здания в динамическом процессе, происходящем при землетрясении.
При воздействиях, содержащих высокочастотные составляющие ССИ хорошо снижают уровни абсолютных ускорений. Между тем хорошо известно, что большие смещения основания на низких частотах приводят к большим смещениям сейсмоизолированных сооружений [13]. Была исследована реакция сейсмоизолированного здания при низкочастотном воздействии. Более эффективной при низкочастотном воздействии является пространственные пластические демпферы (ППД) за счет высокой демпфирующей способности.
Представлен алгоритм подбора параметров ССИ при низкочастотном воздействии.
Четвертая глава посвящена оценке сейсмопрочности сеисмоизолированных зданий. Предложена проектная методика оценки сейсмопрочности сеисмоизолированных зданий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 103 наименования. Общий объем работы 143 страницы, 78 рисунков, 21 таблица.
