Влияние повреждений на динамическую реакцию конструкций при сейсмических воздействиях

• Автор: Трифонов, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
1. Введение
1.1. Сейсмические явления
1.2. Нормашвные расчета на сейсмостойкость
1.3. Динамические расчета на сейсмостойкость
1.4. Теория сейсмостойкости сооружений В.В. Болотина
1.5. Цель работа
2. Динамическая реакция многоэтажных зданий при однокомпонентных сейсмических воздействиях
2.1. Сдвиговая модель конструкции
2.2. Моделирование сейсмических воздействий
2.3. Учет повреждений и неупругах деформаций
2.4. Влияние повреждений на динамическую реакцию здания
2.5. Влияние спектрального состава сейсмического воздействия
3. Динамическая реакция многоэтажных зданий при двухкомпонентных сейсмических воздействиях
3.1. Уравнения движения здания
3.2. Модель деформирования несущих конструкций
3.3. Численное моделирование и анализ результатов
4. Повреждение и разрушение конструкций и агрегатов башенного типа
4.1. Модель башенной конструкции
4.2. Выбор диаграммы деформирования
4.3. Описание сейсмического воздействия
4.4. Анализ динамической реакции башенных конструкций
Заключение
Литература

Предисловие
Сейсмические воздействия представляют наиболее опасный тип динамической нагрузки на сооружения. Сильные землетрясения вызывают существенные повреждения конструкций, а в отдельных случаях приводят к полному их обрушению. Катастрофические последствия землетрясений в крупных населенных пунктах определяют важность развития методов расчета сооружений на сейсмические нагрузки. Как показали землетрясения в Мексике (1985), Армении (1988), Турции (1999), на Тайване (1999), проблема обеспечения надежности конструкций при интенсивных сейсмических воздействиях остается актуальной.
Существующие подходы к расчету зданий на сейсмостойкость основаны на моделировании несущей конструкции в виде линейно упругой (в некоторых случаях упругопластической) системы при малых перемещениях. Между тем, при сильных землетрясениях перемещения могут оказаться не малы. Одна из важнейших проблем в теории сейсмостойкости сооружений - максимальное приближение расчетных схем к реальным условиям как по входу (движению основания сооружения) , так и по его реакции, включая остаточные деформации, повреждения и остаточную несущую способность. Решение этой проблемы требует учета большого числа нелинейных факторов, часть из которых до сих пор еще не вводилась в расчетные схемы.
Большое значение имеет учет пространственного характера сейсмического воздействия. Как показывают инструментальные записи, полученные при сильных землетрясениях, горизонтальное ускорение фунта может иметь две сопоставимые по величине ортогональные компоненты. В этом случае динамическая реакция конструкций определяется пространственной работой несущих элементов. В отдельных случаях, например, при расположении очага землетрясения вблизи от рассматриваемой площадки, необходимо учитывать также и вертикальную составляющую ускорения. В области упругих деформаций задача описания пространственной реакции конструкций подробно изучена и не представляет затруднений. Значительный интерес представляет разработка методов расчета пространственной реакции конструкций с учетом развитая неупругах деформаций и повреждений, возникающих при интенсивных сейсмических воздействиях.
Описание динамической реакции инженерных систем и конструкций на стадии обрушения относится к числу мало изученных на настоящий момент вопросов. В

диссертации эта проблема рассмотрена при анализе сейсмической реакции башенных конструкций и агрегатов. Такие конструкции типичны для предприятий химической и нефтехимической промышленности. Разработка методов анализа динамической реакции и оценки несущей способности агрегатов башенного типа является актуальной проблемой в связи с интенсивным развитием промышленности в сейсмических районах России.
Диссертация состоит из четырех глав. В первой главе, имеющей обзорный характер, рассмотрена природа сейсмических явлений, принципы описания и регистрации движений грунта при землетрясении, существующие нормативные методы расчета конструкций на сейсмические воздействия, различные динамические модели, используемые при расчетах на сейсмостойкость. Во второй главе исследована динамическая реакция многоэтажных зданий при интенсивных сейсмических воздействиях, заданных как реализации нестационарных случайных процессов. Предложенная модель позволяет описать неупругае деформации и повреждения, возникающие в несущих конструкциях здания. В третьей главе нелинейная модель здания распространена на случай двухкомпоненгаого сейсмического воздействия. На основе кон-цепции предельной поверхности разработана схема расчета пространственной реакции несущих конструкций. В четвертой главе изучено поведение конструкций и агрегатов башенного типа с учетом возможного обрушения. Основное внимание уделено разупрочняющимся системам, диаграммы деформирования которых содержат нисходящий участок. В заключении приводится сводка результатов и вывода.

2. Динамическая реакция многоэтажных зданий при однокомпонентных сейсмических воздействиях
2.1. Сдвиговая модель конструкции
Значительная часть всех разрушений и человеческих жертв, происходящих при сильных землетрясениях, приходится на крупные города и населенные пункты, в которых преобладающим типом построек являются жилые здания различной этажности. По конструктивным решениям преобладают здания каркасного типа, конструкции с несущими стенами или панельные здания, изготовленные из крупных железобетонных блоков заводского изготовления, а также конструкции, сочетающие рамный каркас и несущие стены. В связи с этим анализ сейсмостойкости типовых жилых зданий является важной областью исследований. Обрушения зданий, включая построенные за последние годы, при сильных землетрясениях отражает недостатки существующих методов расчета. Примерами являются землетрясения в Турции и на Тайване в 1999 г., а также землетрясения в Мексике в 1985 г. и в Армении в 1988 г. Во многих случаях катастрофические последствия объясняются неучетом при проектировании и строительстве зданий таких факторов, как спектральный состав воздействия, нелинейное поведение конструкции, характеристики грунтов, а также нарушение технологических требований. В работе предложена методика учета повреждений, позволяющая более полно описать динамическую реакцию зданий при сейсмических воздействиях. Предложенный подход может использоваться совместно с существующими нормативными методами расчета для определения слабых мест конструктивной схемы и оценки параметров наиболее опасного воздействия. Основные результаты опубликованы в [11, 21].
Рассмотрим многоэтажное здание рамного типа. При условии, что ригели рам и плиты междуэтажных перекрытий имеют значительно большую жесткость, чем колонны, можно принять, что расстояния между узлами каркаса одного уровня в процессе деформирования не изменяются, и узлы не поворачиваются в плоскости рам. При этом колонны можно рассматривать как абсолютно защемленные, а этажи с примыкающими ограждающими конструкциями считать жесткими дисками. В таком случае деформации здания при горизонтальных воздействиях определяются междуэтажным сдвигом, и модель принято называть “сдвиговой”. Пусть ускорение а0(I) направлено вдоль одной из главных осей жесткости здания. Обозначим гори-