Методы количественной оценки надежности системы "основание-фундамент-сооружение" с устройствами сейсмоизоляции и сейсмозащиты

• Автор: Альберт, Июля Ушерович
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 223 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Введение

1.2. Классификация средств обеспечения сейсмостойкости сооружений

1.3. Специальные средства сейсмоизоляции и сейсмозащиты.

1.3.1. Ссйсмоизолирующис фундаменты с упругой подвеской сооружения

1.3.2. Системы ссйсмозащиты с выключающимися связями

1.3.3. Системы сейсмозащиты с опорами скольжения

1.3.4. Кинематические фундаменты с телами вращения

1.3.5. Фундаменты гндроциркуляционного типа.

1.3.6. Устройства сейсмозащиты с динамическими гасителями колебаний.

1.3.7. Активные системы сейсмозащиты
1.4. Задачи исследований
2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ И НАДФУНДАМЕНТНЫХ СТРОЕНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.
2.1. Особенности работы оснований, фундаментов и надфундаментных строений
в условиях интенсивных сейсмических воздействий.
2.2. Сейсмические воздействия и способы нх моделирования
2.3. Выбор расчетных моделей. Иерархический и веерный ряды моделей
2.4. Выбор модели подсистемы сооружение.
2.5. Выбор расчетной модели основание.
2.6. Варианты теорий сейсмостойкости и их использование при оценке
надежности.
2.6.1 Статическая теория сейсмостойкости
2.6.2 Линейноспектральная теория сейсмостойкости.
2.6.3 Динамическая теория сейсмостойкости.
3. ОСНОВЫ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ
3.1. Методы статистической динамики и их использование для оценки
надежности оснований и сооружений.
3.1.1. Вырожденные системы
3.1.2. Системы, представляемые дифференциальными или интегральными уравнениями
3.1.3. Метод решения задач статистической динамики с использованием спектральных функций.
3.1.4. Методика оценки надежност и с использованием теории выбросов случайных процессов.
3.1.5. Метод статистической линеаризации.
3.1.6. Оценка надежности нелинейных систем.
3.2. Параметрическая оценка надежности и методы се реализации.
3.2.1. Нормативный метод оценки надежности.
3.2.2. Метод прямой линеаризации
3.2.3. Методом статистических испытаний МонтеКарло.
3.3. Структурно логическая теория надежности
3.4. Деревья отказов как структурнологические схемы надежности сложных систем.
3.5. Синтез научноприкладных дисциплин, используемых для количественной
оценке надежности сложных природнотехнических систем.
3.6. Байесовский подход к оценке надежности при проектировании эксплуатации и испытаниях сооружений.
3.7. Принятие решений в условиях неопределенности и риска
4. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ОСНОВАНИЕ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЙ ФУНДАМЕНТСООРУЖЕНИЕ .
4.1. Постановка задачи.
4.2. Методика количественной оценки надежности подсистем сооружение и сейсмоизолирующий фундамент
4.3. Методика количественной оценки надежности подсистемы основание
4.3.1. Оценка вероятности отказа основания по первой группе предельных состояний.
4.3.2. Оценка вероятности отказа основания по второй 1руние предельных
состояний.
4.3.3. Оценка вероятности отказа основания по методу предельного
равновесияИЗ
4.4. Оценка надежности системы основание сейсмоизолирующий фундамент
соружсние
5. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ УСТРОЙСТВ
СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ И СЕЙСМОЗАЩИТЫ.
5.1. Методика оценки надежности системы сейсмоизолированного фундамента с нелинейным элементом демпфирования методом статистических испытаний.
5.2. Методика оценки надежности сейсмоизолированного фундамента с изменяемой системой опорных элементов
5.3. Пример расчета надежности системы сейсмозащиты с динамическим
гасителем сейсмических колебаний.
5.3.1. Результаты расчетов
6. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩЕГО ФУНДАМЕНТА
ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ С
УЧЕТОМ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
6.1. Постановка задачи.
6.2. Краткие сведения по теории дискретных цепей Маркова.
6.3. Методика оценки надежности сейсмоизолированного фундамента с учетом накопления повреждений опорных элементов
6.4. Результаты расчета
7. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СЕЙСМОИЗОЛИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, УСТАНОВЛЕННОГО В ПОДЗЕМНОМ СООРУЖЕНИИ.
7.1. Некоторые особенности количественной оценки надежности ссйсмоизолирован
ных объектов, размещаемых в подземных сооружениях
7.2.1 Остановка задачи. Расчетная модель подземного сооружения и
установленного в нем сейсмоизолированного оборудования
7.3. Методика количественной оценки надежности сейсмоизолированного оборудования с учетом случайных факторов.
7.4. Результаты расчета.
8. ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗМОЖНОСТИ
РАЗЖИЖЕНИЯ НЕСВЯЗНЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
8.1. Оценка потенциала разжижения несвязных грунтов в детерминированной постановке
8.2. Вероятностная оценка потенциала разжижения с учетом случайного характера исходных данных 0.
9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕМПФЕРОВ С СЫПУЧИМ СЛОЕМ В УСТРОЙСТВАХ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИХ ФУНДАМЕНТОВ
9.1. Цель экспериментальных исследований.
9.2. Оборудование, использованное для испытаний демпферов с сыпучим слоем
9.3. Методика проведения экспериментальных исследований .
9.4. Результаты динамических испытаний демпфера
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В РФ также созданы несколько направлений и школ по данной проблематике, работы отечественных ученых занимают в них видное место, однако масштабы практического применения значительно уступают зарубежным. Многообразие УСС иллюстрируется разработанной автором классификацией, приведенной на рис. Рис. Разработка и исследование эффективности систем такого типа осуществлялись практически одновременно сотрудниками ЦНИИСК, ВНИИГ, ЛИИЖТ, КазпромстройНИИпроекта и ряда других организаций. Результаты расчетнотеоретических и экспериментальных исследований опубликованы в работах Я. М. Айзенберга 7,8, О. А.Савииова 8,9, Т. Р.Рашидова 7, А. М.Уздина, Т. А.Саидович Белаш 8, А. Т.Аубакирова, С. А.Ержанова, и многих других исследователей. За рубежом интенсивные расчстнотсорстичсские и экспериментальные исследования этого направления выполнялись применительно к проблеме обеспечения сейсмостойкости атомных электростанций, в частности реакторных отделений АЭС 2, 6. В СССР впервые устройство сейсмоизолирующего фундамента, показанного на рис. Ф.Д. Зеленьковым и представляет собой упругий поднес здания на пакетах стальных пружин, обеспечивающих существенное снижение собственной частоты колебаний здания. Конструкция была реализована при возведении пятиэтажного жилого здания, однако уже в начале его эксплуатации выяснилось, что здание весьма чувствительно не только к сейсмическим, но и к ветровым нагрузкам, вызывающим его заметную раскачку, что создавало неприемлемые условия для жителей дома. Основной, но не единственный, недостаток данной конструкции заключался в отсутствии элементов эиергопоглощения, ограничивающих смещения здания при неизбежном совпадении преобладающих частот с собственной частотой здания на подвесе. Кроме того, величина смещений здания относительно фундамента делает данную конструкцию неработоспособной при достаточно больших смещениях основания. Болсс совершенная конструкция сейсмоизолирующего фундамента показана на рис. О.А. Савиновым и его сотрудниками 0. Здесь в качестве элементов эиергопоглощения предложены демпферы с песчаным слоем, воспринимающие часть веса здания и создающих тормозящее усилие, раничивающее смещение здания относительно фундамента. Немаловажным фактором является и то, что для УСС с песчаным слоем имеется возможность регулировки основных характеристик в ходе эксплуатации объекта необходимость таких регулировок может возникнуть, например, в результате уточнения характера прогнозируемого землетрясения или в результате контрольных замеров фактических параметров системы в уже построенном сооружении. За рубежом в качестве элементов сейсмоизолирующих фундаментов используются главным образом резинометаллические опоры в различных модификациях. Рис. Сейсмоизолирующий фундамент сейсмоамортизатор конструкции Ф. Н пружинные рессоры, С стальных подвески, Р железобетона ригели, б стойки железо бетонной рамы, В железобетонные стулья. Демпфирующие элементы отсутствуют. Некоторые модификации таких опор включают элементы демпфирования, представляющие собой стержни из мягкого металла например, из свинца, размещаемые в центральных полостях опоры. Основным достоинством таких опор при значительной жесткости в вертикальном направлении является их высокая деформативность при сдвиге рис. Другой тип опор, сконструированный в Японии, предназначенный для изоляции сооружения при вертикальном сейсме, представляет собой пакет, собираемый из стальных конических дисков и обладающий достаточно высокой деформативностью в вертикальном направлении рис. В ФРГ для сейсмоизоляции зданий, сооружений и оборудования АЭС разработаны пружинные виброизоляторы с вязким демпфером рис. Рис. Сейсмоизолирующий фундамент конструкции О. А.Савинова и др. СФ, рабочая железобетонная плита демпфера, 4 песчаногравийный грунт, 5 упор, 6 прижимные пружины депмпфера. Пружинный виброизолятор позволяет снизить частоту вертикальных колебаний до 1. Гц. Затухание при этом может достигать от критического. Рис. Рис. Рис. Трехкомпонентный пружинный комбинированный вироизолятор, разработанные в ФРГ, включающий демпфер вязкого трения 1 и пакет стальных пружин. Заслуживает внимания опыт применения системы сейсмоизоляции с пружинными виброизоляторами, полученный на о. Тайвань.