ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы 3
Степень разработанности 3
Цель и задачи исследования 4
Научная новизна работы 4
Теоретическая и практическая значимость работы 5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
Актуальность темы. Проблема расчета зданий и сооружений, расположенных в районах с сейсмической активностью, является неотъемлемой частью процесса проектирования, которую, начиная с начала XX в., решают ученые многих стран. В процессе развития теории сейсмостойкости было разработано множество зарекомендовавших себя методов определения и суммирования модальных инерционных сейсмических нагрузок для случая, когда сейсмическая нагрузка задана одной компонентой сейсмического воздействия.
Однако, в процессе совершенствования методов расчета на сейсмические воздействия и с ростом количества уникальных и особо опасных зданий и сооружений, в том числе атомных станций, практика показала необходимость учета пространственного характера сейсмического воздействия. В настоящий момент в отечественных нормах по сейсмостойкому строительству отсутствуют рекомендации по учету пространственного характера сейсмического воздействия, предписывая рассчитывать конструкцию раздельно на каждую из компонент сейсмического воздействия, игнорируя при этом корреляцию между откликами конструкции. Учитывая данный факт, инженер при расчетах должен использовать методы, рекомендованные нормативными документами других стран. Основные методы суммирования по компонентам сейсмического воздействия для расчета суммарного отклика конструкции с учетом пространственного характера сейсмического воздействия, «Корень квадратный из суммы квадратов» (SRSS) и «100-40-40», используемые на сегодняшний день при проектировании атомных станций, были разработаны Н.М. Ньюмарком еще в 1975 г. Основным недостатком данных методов является то, что при задании одинакового исходного сейсмического воздействия, суммарный отклик конструкции, посчитанный при использовании данных методов, будет отличаться.
Таким образом, немалую актуальность приобретает разработка методики расчета суммарного отклика конструкции с учетом пространственного характера сейсмического воздействия в рамках линейно-спектральной теории, поскольку на сегодняшний день линейно-спектральная теория является основной теорией при расчете зданий и сооружений на сейсмические воздействия.
Степень разработанности. Теоретическими исследованиями в области оценки инерционных сейсмических на сооружения нагрузок занимались Ф.Омори, Н. Мононобе, К.С. Завриев, К. Сюэхиро, X. Нейман, М. Био, Дж. Хауз- нер, Г. МаК'Кан, Р. Мартел, Дж. Элфорд, И. Л. Корчинский, А. Г. Назаров, С. В. Поляков, А. Николаенко, Е. С. Сорокина.
Разработкой методов суммирования модальных инерционных сейсмических нагрузок занимались Л.Е. Гудман, Э. Розенблют, Н.М. Ньюмарк, Д. Элордай, Е.Л. Вилсон, А. Дер Кюрегян, А.К. Гупта.
Разработкой методов суммирования по компонентам сейсмического воздействия занимались Н.М. Ньюмарк, Э. Розенблют, X. Контрерас, В. Смеби, А. Дер Кюрегян, Дж. Эрнандез, О. Лопез.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является разработка в рамках линейно - спектральной теории новой методики суммирования по компонентам сейсмического воздействия откликов конструкции, полученных с использованием огибающих спектров отклика, с учетом пространственного характера сейсмического воздействия, заданного трехкомпонентной акселерограммой.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Выполнение сравнительного анализа численных методов решения уравнения движения при задании сейсмического воздействия акселерограммами землетрясений.
2. Выполнение расчетов во временной области линейно-упругой системы с множеством степеней свободы на сейсмическое воздействие, заданное в виде трехкомпонентной акселерограммы.
3. Выполнение сравнительного анализа полученных результатов с результатами, полученными при использовании существующих методов суммирования откликов.
4. Разработка алгоритма вычисления максимального и минимального огибающих спектров отклика ускорений сейсмического воздействия.
5. Разработка в рамках линейно - спектральной теории новой методики суммирования откликов конструкции для учета пространственного характера сейсмического воздействия, заданного трехкомпонентной акселерограммой.
6. Выполнение сравнительного анализа результатов расчета, полученных при использовании разработанной методики суммирования откликов, с результатами расчетов, полученных при решении во временной области и при использовании существующих методов суммирования.
Научная новизна работы:
1. Введено понятие максимального и минимального огибающего спектра отклика ускорений землетрясения и разработан алгоритм вычисления минимального и максимального огибающего спектра отклика ускорений с учетом пространственного характера сейсмического воздействия.
2. Разработана методика расчета максимального и минимального отклика системы с учетом пространственного характера сейсмического воздействия с использованием вычисленных огибающих спектров отклика ускорений.
3. Разработана методика расчета суммарного отклика конструкции с
учетом пространственного характера сейсмического воздействия применительно к симметричным и несимметричным зданиям и сооружениям с простыми конструктивно-планировочными решениями...
1. Выполненный обзор литературных источников показал, что исследование в области учета пространственного характера сейсмического воздействия при расчете зданий и сооружений является актуальной задачей.
2. Расчеты, выполненные во временной области в программном комплексе ANSYS путем прямого интегрирования уравнения движения, показали, что метод расчета зданий и сооружений с простыми конструктивно - планировочными решениями, заложенный в СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП П-7-81*», когда при расчетах компоненты сейсмического воздействия учитываются раздельно друг от друга, не обеспечивает требуемого уровня сейсмостойкости рассматриваемой конструкции, поскольку дает сильно заниженные результаты расчета.
3. Для учета произвольного направления сейсмического воздействия целесообразно использовать максимальный и минимальный огибающие спектры отклика S™vXelope и S™„elope соответственно. Для расчета огибающих спектров отклика разработан макрос с использованием встроенного языка программирования программного комплекса ANSYS - ANSYS Parametric Design Language (APDL). Использование огибающих спектров отклика позволяет за наименьшее количество расчетов, производимых в частотной области, получить максимальное и минимальное значение отклика рассматриваемой конструкции с учетом произвольного направления сейсмического воздействия.
4. По результатам выполненных расчетов для зданий и сооружений с простым конструктивно-планировочным решением была разработана методика расчета на многокомпонентное сейсмическое воздействие с использованием огибающих спектров отклика. Предложенный метод за наименьшее количество расчетов, производимых в частотной области, позволяет получить максимальное и минимальное значение отклика рассматриваемой конструкции с учетом произвольного направления сейсмического воздействия.
5. Средняя разница в результатах, полученных при расчете максимального и минимального отклика системы во временной области, с результатами, полученными с использованием огибающих спектров, составила менее 5%.
6. Средняя разница результатов, полученных при расчете суммарного отклика во временной области, и результатов, полученных при использовании разработанной методики, для симметричных и не симметричных зданий и сооружений с простыми конструктивно-планировочными решениями составила 1.37 % и 6.62 % соответственно, в то время как разница в результатах при использовании методов суммирования SRSS и «100-40-40» составила 14,83% и 13,73% , соответственно.
7. В связи с ростом популярности pushover анализа (нелинейный статический анализ) при расчете зданий и сооружений на сейсмическое воздействие, где исходное сейсмическое воздействие задается в виде спектра отклика, огибающие спектры отклика могут значительно сократить количество выполняемых расчетов, поскольку отпадает необходимость в вычислении наиболее опасного направления сейсмического воздействия.
Рекомендации в виде расчетных предпосылок и алгоритмов расчета могут быть использованы в современных расчетных программных комплексах для автоматизации процесса учета пространственного характера сейсмического воздействия.
Перспективы дальнейшей разработки темы.
Дальнейшие исследования в области данной темы могут быть направлены на:
1. Исследование применимости разработанной методики к различным типам сооружений, не рассмотренных в данной работе, таких как: линейные и большепролетные сооружения, здания и сооружения со сложным конструктивно- планировочным решением и т.д.
2. Исследование влияния нелинейных свойств материала на состав огибающих спектров отклика.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
