Delist.ru

Исследование сейсмостойкости сооружений с повышенным демпфированием (16.11.2010)

Автор: Пэн Джэньхуа

- максимальные (пиковые) значения кинематических характеристик движения, а именно пиковое значение перемещения, пиковое значение скорости и пиковое значение ускорения;

- продолжительность сейсмического воздействия;

- частотный (спектральный) состав колебаний грунта.

Для оценки частотного состава используется преобразование Фурье.

На характер колебаний грунта при землетрясениях влияет большое количество факторов. Отметим наиболее важные из них:

- магнитуда землетрясения,

- расстояние от источника землетрясений,

- локальные геологические условия,

- геологические условия вдоль пути распространения сейсмических волн от источника до площадки строительства,

В результате обработки большого количества акселерограммы разными учёными получены зависимости пиковых ускорений от эпицентрального расстояния и магнитуды землетрясений. Учёным Donovan установлено, что уменьшение пиковых значений ускорений по мере удаления от эпицентров, существенно отличаются в разных районах земного шара.

Boore, D. M., и др., после обработки 275 акселерограмм землетрясений получили зависимости пиковых ускорений, в которых используются следующие параметры: расстояние от сейсмостанции до эпицентра, магнитуда землетрясения, средняя скорость волн сдвига верхнего тридцатиметрового слоя грунта и тип очага землетрясения.

Исследования, выполненные в последние годы, показали, что вблизи источников землетрясений колебания грунта характеризуются большими перемещениями и довольно острыми и большими пиковыми значениями скоростей.

Грунтовые условия существенно влияют на затухание и усиление колебаний при распространении сейсмических волн. В работе (Campbell) при учёте местных геологических условий для определения пиковых ускорений предлагается использовать коэффициенты усиления колебаний грунта.

В третьей главе рассматриваются вопросы заданием исходной информации и использованием спектров ответов - максимальных реакций сооружений на сейсмические воздействия.

Спектры ответов являются важнейшим и получившим широкое распространение в последнее время инструментом при расчёте сооружений на сейсмические воздействия. Амплитудный спектр представляет информацию о частотных составляющих сейсмических воздействий и о характере распределения энергии по частотам. Спектры ответов содержат информацию о реакции сооружений на заданное сейсмическое воздействие. Для построения спектров ответов используется дифференциальное уравнение:

, которая определяется как произведение собственной частоты колебаний на максимальное смещение:

Между спектром максимальных скоростей и амплитудным спектром Фурье ускорений можно определить полезную для анализа зависимость. Эти функции мало отличаются, причём ординаты спектра Фурье всегда меньше ординат спектра псевдоскорости. Таким образом, для построения спектров ответов для упругих линейных систем можно использовать преобразование Фурье функции ускорений поверхности грунта, если эта функция известна.

Сейсмичность площадки строительства может существенно отличаться как в большую, так и в меньшую сторону от средней региональной сейсмичности, представленной в картах сейсмического районирования, так как средняя сейсмичность не учитывает в полной мере грунтовые условия.

-Для учёта неопределённостей при задании исходной информации предлагается в Нормах Китайской Народной Республики использовать сглаженные спектры ответов.

Четвертая глава посвящена обзору систем сейсмозащиты зданий и сооружений. Сейсмические силы не являются чисто внешними, а генерируются самой конструкцией в процессе ее колебаний. Это обстоятельство обуславливает два пути повышения сейсмостойкости сооружений: традиционный, имеющий целью восприятие действующих сейсмических нагрузок за счет развития сечений конструкций, и специальный, основанный на снижении сейсмических нагрузок за счет целенаправленного изменения динамической схемы работы сооружения.

Традиционные методы получили широкое распространение в различных странах, подверженных сейсмической опасности, и являются общепризнанными. Однако специальные методы сейсмозащиты во многих случаях позволяют снизить затраты на усилие и повысить надежность возводимых конструкций. В последние десятилетия в Японии, США, Новой Зеландии, бывшем СССР и других странах предложены десятки различных технических решений специальной сейсмозащиты зданий и инженерных сооружений. Многие из этих предложений реализованы на практике. Приведена классификация систем сейсмозащиты по принципу их работы.

В соответствии со сложившейся терминологией специальная сейсмозащита подразделяется на активную (имеющую дополнительный источник энергии) и пассивную. I

Хотя в литературе и описаны предложения по активной сейсмозащите, включающей дополнительные источники энергии и элементы, регулирующие работу этих источников, однако ее реализация требует значительных затрат на устройство и эксплуатацию. Это исключает возможность широкого применения активной сейсмозащиты для строительных конструкций.

В пятой главе представлена методика моделирования здания с диафрагмами сухого трения, а также приведена оценка сейсмического воздействия на здания, оснащенные системами активной сейсмозащиты.

В работе исследуется каркасно-панельное здание, оснащенное диафрагмами с сухим трением (рис. 1а). Принимаем, что каркас работает в упругой области и восстанавливающая реакция подчиняется закону Гука (рис. 1в). Работу диафрагмы с сухим трением (нелинейный элемент) моделируем в виде жестко-пластической диаграммы деформирования (рис. 1б). Таким образом, восстанавливающая сила, приходящаяся на этаж, может быть удовлетворительно описана в виде идеально-упруго-пластического элемента (элемент Прандтля) с участками нагружения и разгружения по линейному закону (рис. 1г).

Рис. 1 Моделирование работы каркаса здания с диафрагмами сухого трения:

а) схема расположения диафрагм с сухим трением в здании;

б) диаграмма работы диафрагм сухого трения, где Fтр – сила, с которой фиксируется диафрагма;

в) диаграмма работы каркаса здания, где R – реакция каркаса на внешнее воздействие;

г) диаграмма совместной работы каркаса здания с диафрагмами сухого

д) диаграмма деформирования, полученная по расчетам.

Дифференциальные уравнения движения такой системы легко можно составить, пользуясь обычными методами динамики сооружений. Но так как при учете работы диафрагмы с сухим трением, разные этажи в данный момент движения могут находиться в разных стадиях деформирования, то не все способы составления дифференциальных уравнений одинаково удобны для программирования и составления алгоритма задачи. В частности, при составлении дифференциальных уравнений методом единичных сил в каждое уравнение входят восстанавливающие силы всех этажей, вследствие чего изменение в деформированном состоянии какого-либо одного этажа будет вызывать изменение во всех дифференциальных уравнениях системы. Поэтому дифференциальные уравнения движения системы целесообразно составить таким образом, чтобы в каждое уравнение входило минимальное число переменных величин, связанных с изменением деформированных состояний

Таким образом, получим следующую систему уравнений движения:

Такой способ составления дифференциальных уравнений был предложен впервые академиком НАН Армении Э.Е. Хачияном.

тс/м для всех этажей.

Результаты исследования параметры колебаний здания без сейсмозащиты приведены в табл. 1 (каркасного здания без диафрагм жесткости) и табл. 2 (каркасно-панельного здания).

Параметры колебаний каркасного здания без диафрагм жесткости

Таблица 1.

5-й этаж 2.18 7/10000 4.468 366.45

4-й этаж 4.61 1/625 3.483 696.9

загрузка...