Численное моделирование взаимодействия заглубленных сооружений с грунтовым основанием при сейсмических воздействиях

• Автор: Дюкина, Надежда Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ РАБОТЫ И ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ
1.1. Обзор моделей и методов анализа поведения строительных конструкций при сейсмических воздействиях
1.2. Проблемы численного моделирования задач взаимодействия сооружений с грунтом при сейсмическом воздействии
1.3. Особенности моделирования сейсмического воздействия
1.4. Выводы из обзора. Цели и структура диссертационной работы
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1. Определяющая система уравнений
2.2. Вариационно-разностный метод численного решения и алгоритм расчета34
2.3. Процедура сглаживания разрывных волн напряжений
2.4. Алгоритм определения сил контактного взаимодействия
2.5. Выбор размеров ячеек конечно-элементной сетки
2.6. Методика моделирования источника сейсмического воздействия
2.7. Методика моделирования мало отражающих волны граничных условий
2.7.1. Решение задачи динамического деформирования подобласти сплошной среды. Основные понятия
2.7.2. Алгоритм решения задачи динамического деформирования подобласти сплошной среды с корректировкой скоростей на границах
2.8. Обоснование выбора размеров расчетной области
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ. ТЕСТОВЫЕ И ВЕРИФИКАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
3.1. Тестирование разработанной методики моделирования мало отражающих
волны граничных условий
3.2 Сопоставление результатов решения осесимметричной задачи в вычислительных комплексах «Динамика-2» и ANSYS
3.3. Сопоставление результатов решения двумерных и трехмерных задач в программных комплексах «Динамика-2» и «Динамика-3»
3.4. Задачи расчета сооружений на однослойном основании (на примере АЭС «Бушер» и Ростовской АЭС)

АЭС «Бушер»
Ростовская АЭС
Задачи расчета сооружений на двухслойном основании (на примере Калининской
АЭС)
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПОВЕДЕНИЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
4.1. Исследование влияния массы сооружения на величину взаимных смещений сооружения и грунта при сейсмических воздействиях
4.2. Исследование влияния коэффициента трения на контакте грунт-здание на величину взаимных смещений сооружения и грунта при сейсмических воздействиях
4.3. Исследование влияния величины заглубления сооружения на его поведение при сейсмических воздействиях
4.4. Исследование влияния интенсивности сейсмического воздействия на величину взаимных смещений сооружения и г рунта
4.5. Анализ влияния строения среза грунтовой среды на результаты решения задачи
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Проектирование и строительство зданий, сооружений и их инфраструктуры ведется с учетом степени угрозы техногенного и сейсмического воздействия, существующей в данном регионе. Проектирование осложнено тем, что в зависимости от спектра толчка, угла подхода сейсмических волн к поверхности, типа и жесткости сооружения, формы и глубины заложения фундамента, характеристик грунтового основания и других факторов возможно возбуждение различных пространственных форм колебаний как конструкции в целом, так и ее отдельных элементов. Дополнительными трудностями при решении этой задачи являются плохо прогнозируемые эффекгы резонансного усиления сейсмических колебаний поверхностных грунтов, связанных с возбуждением собственных колебаний пласта грунта вблизи поверхности. Кроме того, приведение в движение массивных конструкций приводит к включению поля тяготения Земли в качестве нового мощного источника разрушения, которое также требует своего учета. Недостаточная информация о вероятности и параметрах, воздействия, сложность и высокая стоимость проведения экспериментов на физических моделях, условность переноса результатов с модели на натуру — все это выдвигает на первый план методы математического моделирования: создание вычислительных моделей явления, разработку методов и программ динамических расчетов сооружений и проведение вычислительных экспериментов. В зависимости от степени полноты исходной информации (параметры воздействия, деформационные и прочностные характеристики материалов, сооружений, оборудования, грунта основания) и целей исследования могут быть использованы, самые различные схематизации явления (от простейших расчетных схем и квазистатических моделей отказа до использованютобщих уравнений динамики сплошных сред и аппарата случайных процессов и. нолей).
К некоторым сооружениям повышенной социальной опасности, таким как промышленные предприятия и энергетические объекты, предъявляются более высокие требования, по обеспечению сейсмостойкости. При проектировании таких производств необходимо обеспечить сейсмостойкость не только всех сооружений, но и примыкающих к сооружению коммуникаций и оборудования' (т.е

АП = --£*р(р+1 -у„)*

Ду+1 =А» Л> = /#*> /3 = х,у,

где /V- число вершин элементарной ячейки сетки (#=4), до-площадь ячейки.
Значение функции/в центре ячейки определим как среднее арифметическое ее значений в вершинах:
Отметим, что в узлах сетки определяются компоненты векторов перемещений, скоростей и ускорений перемещений, компоненты тензоров напряжений и скоростей деформаций - в центрах элементов.
Процесс деформирования сплошной среды во времени разобьем на временные слои с шагами дДт1 =гЛ+1 - (к
Запишем разностный аналог вариационного уравнения (2.1.5) на к-ът момент времени. Для этого в соотношении (2.1.5) интегрирование по области С), занимаемой сплошной средой, заменим суммированием величин виртуальных работ по всем ячейкам сетки, покрывающей область (Д. В результате получим:
+(Туар(&у)п +СДу&д()р +Х&у)р)
(1- [/=1 у р= 1 /7=1 Р=1 /7
Здесь дг - число ячеек сетки, покрывающий блок с номером с1, ДГ-число сторон граничных ячеек, принадлежащих контуру @л.
Собирая коэффициенты при вариациях (ёнх), ,(3йу )у, получим:
(2.2.2)
г4 (
(2.2.3)