📄Работа №64766
Тема: Анализ колебаний пространственного 3-этажного каркаса на действие сейсмических сил
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
строительство
Объем:
88 листов
Год:
2018
Просмотров:
583
5660
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА С ПОСТАНОВКОЙ ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Основные теории сейсмостойкости 9
1.2. Расчет по акселерограммам 10
1.3. Нормативный метод расчета на сейсмическое воздействие 11
1.4. Вероятностные методы решения задач на сейсмостойкость 12
1.5. Динамические методы исследования 12
1.6. Основные положения теории временного анализа 13
2. ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 3-ЭТАЖНОГО КАРКАСА 16
2.1. Собственный вес конструкций 16
2.2. Построение матрицы масс 18
2.2.1. Определение массы первого этажа 18
2.2.2. Определение момента инерции первого этажа 19
2.2.3. Определение массы второго этажа 22
2.2.4. Определение массы третьего этажа 22
2.2.5. Определение массы элементарной ячейки 23
2.2.6. Структура матрицы масс 23
2.3. Построение матрицы жесткости 24
2.4. Построение матрицы демпфирования 27
2.5. Формирование вектора нагрузки 27
3. ПОСТРОЕНИЕ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА В СИСТЕМЕ MATLAB ... 31
Результаты расчета 34
3.2.1. Осциллограммы перемещений 34
3.2.2. Осциллограммы скоростей 39
3.2.3. Осциллограммы ускорений 44
3.2.4. Осциллограммы восстанавливающих сил 48
3.2.5. Осциллограммы инерционных сил 52
3.2.6. Невязка уравнения движения дискретной диссипативной
системы 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА С ПОСТАНОВКОЙ ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ 9
1.1. Основные теории сейсмостойкости 9
1.2. Расчет по акселерограммам 10
1.3. Нормативный метод расчета на сейсмическое воздействие 11
1.4. Вероятностные методы решения задач на сейсмостойкость 12
1.5. Динамические методы исследования 12
1.6. Основные положения теории временного анализа 13
2. ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 3-ЭТАЖНОГО КАРКАСА 16
2.1. Собственный вес конструкций 16
2.2. Построение матрицы масс 18
2.2.1. Определение массы первого этажа 18
2.2.2. Определение момента инерции первого этажа 19
2.2.3. Определение массы второго этажа 22
2.2.4. Определение массы третьего этажа 22
2.2.5. Определение массы элементарной ячейки 23
2.2.6. Структура матрицы масс 23
2.3. Построение матрицы жесткости 24
2.4. Построение матрицы демпфирования 27
2.5. Формирование вектора нагрузки 27
3. ПОСТРОЕНИЕ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА В СИСТЕМЕ MATLAB ... 31
Результаты расчета 34
3.2.1. Осциллограммы перемещений 34
3.2.2. Осциллограммы скоростей 39
3.2.3. Осциллограммы ускорений 44
3.2.4. Осциллограммы восстанавливающих сил 48
3.2.5. Осциллограммы инерционных сил 52
3.2.6. Невязка уравнения движения дискретной диссипативной
системы 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЯ
📖 Введение
Землетрясения - это колебание поверхности земли, вызванное процессами, происходящими в литосфере. Под угрозой землетрясений находятся обширные территории, многие густонаселенные области и даже целые страны, например, Япония. Наибольшая опасность землетрясений заключается в их неожиданности и неотвратимости. На суше сильные землетрясения вызывают различные геоморфологические процессы, такие как оползни и обвалы в горах, которые, в свою очередь, могут приводить к исчезновению существующих и образованию новых водных объектов, и другим подобным явлениям.
Сейсмические волны вызывают колебательные процессы в грунтах поверхностного слоя земли, на которые опираются фундаменты зданий и сооружений. Перемещения (колебания) грунтов через фундаменты передаются на конструкции зданий в форме некоторого кинематического возбуждения, вызывающего их движение. Значительные перемещения могут вызвать в элементах конструкций зданий и сооружений напряжения, превосходящие динамический предел прочности материала, и, как следствие, проявление пластических деформаций в узлах и элементах. Это может привести к тому, что здание потеряет первоначальную форму, и потребуются значительные затраты на его восстановление. Слишком большие перемещения, возникающие в результате сильных сейсмических воздействий, могут привести к разрушению конструкций и, как следствие, к серьезному экономическому ущербу и даже к гибели людей.
Так как предотвращение возникновения землетрясений невозможно, в настоящее время актуальны исследования поведения зданий и сооружений в сейсмических районах, разработка антисейсмических мероприятий при строительстве, способных уменьшить последствия землетрясений и др. А также получение достоверной информации о напряженно-деформируемом состоянии элементов здания при сейсмическом воздействии.
Целью исследования является анализ колебаний пространственного 3этажного каркаса на действие сейсмических сил с помощью аналитического
подхода на основе теории временного анализа. Данный подход основан на исследовании матричного квадратного уравнения, который при общих предпосылках динамической задачи позволяет получить уравнение реакции упругой дискретной диссипативной системы в матричной форме интеграла Дюамеля, имеющей замкнутый вид.
Такая постановка цели предполагает решение следующих задач:
1. Построение пространственной расчетной динамической модели 3этажного каркаса, с достаточной достоверностью, отражающей реальную работу здания под действием сейсмических сил. Предложенная модель позволяет учитывать деформативность основания за счет учета податливости колонн.
2. Определение сейсмических сил на основе акселерограммы ускорений, имеющей три компоненты (горизонтальная радиальная (направление «площадка - очаг землетрясения»), горизонтальная тангенциальная (перпендикулярная к радиальной) и вертикальная).
3. Построение программы расчета пространственного каркаса на сейсмическое воздействие в системе MatLab.
4. Исследование динамической реакции дискретной диссипативной системы при действии сейсмических сил, представленных в виде прямоугольных импульсов.
5. Построение осциллограмм реакции каркаса, анализ результатов, выводы.
Объект исследования - пространственный 3-этажный каркас, представляющий собой дискретную диссипативную систему с 46 степенями свободы.
Предмет исследования - кинематические и силовые параметры реакции каркаса, вызванные сейсмическими силами, действующими в горизонтальной плоскости.
Научная новизна выпускной квалификационной работы заключается в том, что в рамках теории временного анализа получено уравнение реакции
упругого 3-этажного каркасного здания, моделируемого дискретной диссипативной системой при действии сейсмических сил, учитывающих изменение сейсмического воздействия на здание во времени, исходя из акселерограммы землетрясения.
Практическая ценность работы и внедрение результатов.
Разработанная аналитическая модель расчета позволяет определять реакции системы на сейсмическую нагрузку для 3-этажного каркасного здания. Такая модель дает возможность выполнять количественный и качественный анализ напряженно-деформированного состояния системы при заданном внешнем сейсмическом воздействии. Данный метод позволяет проводить глубокий и многосторонний анализ динамической реакции сложных пространственных объектов; позволяет работать с реальными и синтезированными
акселерограммами. Результаты проведенных исследований могут быть рекомендованы проектным организациям при расчете конструкций зданий и сооружений в сейсмическом строительстве.
Методы исследования. При анализе колебаний каркаса был использован метод временного анализа, разработанный для дискретных диссипативных систем, в основе которого лежит исследование характеристического матричного квадратного уравнения.
Достоверность результатов исследования гарантируется использованием в выпускной квалификационной работе основных принципов строительной механики в совокупности с методами высшей математики и матричной алгебры, а также использованием корректной расчетной динамической модели 3-этажного каркаса, с достаточной достоверностью, отражающей реальную работу здания под действием сейсмических сил.
Сейсмические волны вызывают колебательные процессы в грунтах поверхностного слоя земли, на которые опираются фундаменты зданий и сооружений. Перемещения (колебания) грунтов через фундаменты передаются на конструкции зданий в форме некоторого кинематического возбуждения, вызывающего их движение. Значительные перемещения могут вызвать в элементах конструкций зданий и сооружений напряжения, превосходящие динамический предел прочности материала, и, как следствие, проявление пластических деформаций в узлах и элементах. Это может привести к тому, что здание потеряет первоначальную форму, и потребуются значительные затраты на его восстановление. Слишком большие перемещения, возникающие в результате сильных сейсмических воздействий, могут привести к разрушению конструкций и, как следствие, к серьезному экономическому ущербу и даже к гибели людей.
Так как предотвращение возникновения землетрясений невозможно, в настоящее время актуальны исследования поведения зданий и сооружений в сейсмических районах, разработка антисейсмических мероприятий при строительстве, способных уменьшить последствия землетрясений и др. А также получение достоверной информации о напряженно-деформируемом состоянии элементов здания при сейсмическом воздействии.
Целью исследования является анализ колебаний пространственного 3этажного каркаса на действие сейсмических сил с помощью аналитического
подхода на основе теории временного анализа. Данный подход основан на исследовании матричного квадратного уравнения, который при общих предпосылках динамической задачи позволяет получить уравнение реакции упругой дискретной диссипативной системы в матричной форме интеграла Дюамеля, имеющей замкнутый вид.
Такая постановка цели предполагает решение следующих задач:
1. Построение пространственной расчетной динамической модели 3этажного каркаса, с достаточной достоверностью, отражающей реальную работу здания под действием сейсмических сил. Предложенная модель позволяет учитывать деформативность основания за счет учета податливости колонн.
2. Определение сейсмических сил на основе акселерограммы ускорений, имеющей три компоненты (горизонтальная радиальная (направление «площадка - очаг землетрясения»), горизонтальная тангенциальная (перпендикулярная к радиальной) и вертикальная).
3. Построение программы расчета пространственного каркаса на сейсмическое воздействие в системе MatLab.
4. Исследование динамической реакции дискретной диссипативной системы при действии сейсмических сил, представленных в виде прямоугольных импульсов.
5. Построение осциллограмм реакции каркаса, анализ результатов, выводы.
Объект исследования - пространственный 3-этажный каркас, представляющий собой дискретную диссипативную систему с 46 степенями свободы.
Предмет исследования - кинематические и силовые параметры реакции каркаса, вызванные сейсмическими силами, действующими в горизонтальной плоскости.
Научная новизна выпускной квалификационной работы заключается в том, что в рамках теории временного анализа получено уравнение реакции
упругого 3-этажного каркасного здания, моделируемого дискретной диссипативной системой при действии сейсмических сил, учитывающих изменение сейсмического воздействия на здание во времени, исходя из акселерограммы землетрясения.
Практическая ценность работы и внедрение результатов.
Разработанная аналитическая модель расчета позволяет определять реакции системы на сейсмическую нагрузку для 3-этажного каркасного здания. Такая модель дает возможность выполнять количественный и качественный анализ напряженно-деформированного состояния системы при заданном внешнем сейсмическом воздействии. Данный метод позволяет проводить глубокий и многосторонний анализ динамической реакции сложных пространственных объектов; позволяет работать с реальными и синтезированными
акселерограммами. Результаты проведенных исследований могут быть рекомендованы проектным организациям при расчете конструкций зданий и сооружений в сейсмическом строительстве.
Методы исследования. При анализе колебаний каркаса был использован метод временного анализа, разработанный для дискретных диссипативных систем, в основе которого лежит исследование характеристического матричного квадратного уравнения.
Достоверность результатов исследования гарантируется использованием в выпускной квалификационной работе основных принципов строительной механики в совокупности с методами высшей математики и матричной алгебры, а также использованием корректной расчетной динамической модели 3-этажного каркаса, с достаточной достоверностью, отражающей реальную работу здания под действием сейсмических сил.
✅ Заключение
В выпускной квалификационной работе выполнен анализ реакции 3-этажного каркаса здания на сейсмическое воздействие, моделируемое акселерограммой, с помощью аналитического подхода на основе теории временного анализа. Реализация данной задачи осуществлена с помощью ПО «MatLab».
В работе построена расчетная динамическая модель 3-этажного каркаса, позволяющая учитывать деформативность основания, отражающая реальную работу здания под действием сейсмических сил. Определены внешние динамические параметры системы: матрицы масс, жесткости и демпфирования. На основе трехкомпонентной акселлерограммы землетрясения вычислены сейсмические силы, действующие в горизонтальной плоскости на каркас.
Построена программа расчета пространственного каркаса на сейсмическое воздействие в системе MatLab.
Проведен временной анализ, по результатам которого получены осциллограммы параметров реакции. Определены невязки дифференциального уравнения движения дискретной диссипативной системы, не превышающие 5 10-11 кН, что свидетельствует о высокой точности полученных результатов.
Результаты работы опубликованы в материалах VII Международного симпозиума «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений», который будет проходить в г. Новосибирск с 1 по 8 июля 2018 года. Тексты тезисов и статьи представлены в приложении В и Г соответственно.
В работе построена расчетная динамическая модель 3-этажного каркаса, позволяющая учитывать деформативность основания, отражающая реальную работу здания под действием сейсмических сил. Определены внешние динамические параметры системы: матрицы масс, жесткости и демпфирования. На основе трехкомпонентной акселлерограммы землетрясения вычислены сейсмические силы, действующие в горизонтальной плоскости на каркас.
Построена программа расчета пространственного каркаса на сейсмическое воздействие в системе MatLab.
Проведен временной анализ, по результатам которого получены осциллограммы параметров реакции. Определены невязки дифференциального уравнения движения дискретной диссипативной системы, не превышающие 5 10-11 кН, что свидетельствует о высокой точности полученных результатов.
Результаты работы опубликованы в материалах VII Международного симпозиума «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений», который будет проходить в г. Новосибирск с 1 по 8 июля 2018 года. Тексты тезисов и статьи представлены в приложении В и Г соответственно.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.