авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Материалы и конструкции для повышения сейсмостойкости зданий и сооружений (системный подход)

-- [ Страница 5 ] --

Исследована сейсмическая реакция сооружений с выключающимися связями, расположенными во втором ярусе (в уровне средней массы). При выключении связей во втором ярусе круговая частота первой формы собственных колебаний уменьшалась с до Для исследуемой системы, как и в системах с выключающимися связями в первом ярусе, варьировался уровень усилий, отвечающий выключению связей при воздействиях с различными доминантными периодами. Определены вероятности выключения связей при этих воздействиях. Получены зависимости максимальных ускорений, упругой восстанавливающей силы, максимальных и среднеквадратичных значений перемещений от уровня выключения связей при воздействиях с различными спектральными характеристиками. Параметрический анализ сейсмической реакции систем с выключающимися связями (расчетные модели «А» и «Б») показал, что выключение связей в нижней части здания оказывает наибольшее влияние на величины периодов собственных колебаний. В исследованных системах период основного тона собственных колебаний при выключении связей в первом ярусе увеличивается с 0,56 с до 1,56 с т.е. почти в 3 раза, что в 1,3 раза превышает значение периода основного тона собственных колебаний системы при выключенных связях во втором ярусе. В системах с СТФ и ВС при воздействии стационарного случайного процесса со спектральными характеристиками, полученными на основе обработки реальных акселерограмм землетрясений, максимальные ускорения ниже, чем в обычных системах в 1,5-2,0 раза, максимальные величины упругой восстанавливающей силы ниже чем в обычных системах в 1,4-2,3 раза, когда ВС расположены в первом ярусе, и в 1,2-2 раза ниже, когда связи расположены во втором ярусе.

При оценке динамической реакции зданий с выключающимися связями на ветровые воздействия, анализировались системы, динамические характеристики которых определялись из условия необходимости учета спектральных характеристик как сейсмических, так и ветровых нагрузок, возможных в данном районе строительства. Результаты анализа динамической реакции сооружений с СТФ и ВС подтвердили, что в случае относительно низкочастотного ветрового воздействия расчетной величины связи не выключаются, соответственно гибкость сооружения и расчетные ветровые нагрузки не увеличиваются, как и было предусмотрено при назначении параметров рассматриваемой модели.

Для исследования сейсмической реакции сооружений с выключающимися связями, моделируемых как система с тремя степенями свободы составлена программа расчета на ЭВМ. Решение системы уравнений выполняется на ПК. Программа расчета позволяет автоматически учитывать изменение параметров, характеризующих затухание, жесткость и реакцию, в зависимости от достижения системой заданных уровней выключения связей. Варьированием эти параметров достигается снижение реакции системы с выключающимися связями, по сравнению с эквивалентными системами постоянной жесткости.

В работе разработана модель расчета зданий с СТФ И ВС, которая учитывает влияние свойств демпфирующей среды на гашение продольных колебаний, конечности слоя демпфирующей среды, массы здания на гашение колебаний в демпфирующем слое и гашение продольных колебаний фундамента с полусферическими опорами.

Решение задачи о колебаниях вязкой среды при y=h

, , (1)

Используя дифференциальное уравнение

(2)

и приравнивая члены при синусах и косинусах, для искомых функций A(y) и B(y) получаем систему дифференциальных уравнений (3) с новыми граничными условиями

(3)

Систему (3) удобнее решать в комплексном виде, вводя, как и в предыдущих двух пунктах комплексную функцию, для которой дифференциальное уравнение сохраняет второй порядок

(4)

Общее решение этого дифференциального уравнения может быть представлено в виде суммы двух экспонент с произвольными комплексными коэффициентами

(5)

В этой формуле параметр l представляет собой характерную длину затухания колебаний. Этот параметр вошел и в предыдущие решения. Регулируя плотность слоя, можно увеличить или уменьшить этот параметр. Что касается двух произвольных постоянных С1 и С2, то они находятся из граничных условий

, , (6)

Используя их, получаем систему уравнений

(7)

Из этих уравнений определяем постоянные С1 и С2

(8)

Параметр является безразмерным и положительным. Он характеризует влияние массы здания на гашение сейсмических колебаний. При =0 параметр . При >0 параметр принимает мнимые значения, оставаясь по модулю меньшей 1. Если , то параметр -1. На рисунке 7 изображена её траектория на комплексной плоскости.

  Траектория изменения-78

Рисунок 7

Траектория изменения параметра
в комплексной плоскости

Решение задачи о колебаниях вязкого слоя при наличии нагрузки имеет вид

(9)

Постоянные С1 и С2 являются мнимыми и определяются формулами (8). Амплитуда скоростей частиц составляет и зависит от координаты y. Её можно вычислять и как модуль функции Z(y). Передача колебаний через вязкий слой определится отношением значений модулей этой функции при y=h и y=0. Выкладки дают

(10)

Полученная формула представляется важной для оценки гашения колебаний при их передаче через вязкий слой. Её значения зависят от двух безразмерных величин: =h/l и . На рисунке 8 представлены графики (,) в зависимости от значений для некоторых значений параметра = 100, 50, 20, 10, 5.

  Снижение отношения амплитуд-82

Рисунок 8

Снижение отношения амплитуд колебаний в зависимости от толщины вязкого слоя для различных нагрузок. По оси абсцисс отложена толщина слоя, отнесённая к характерной длине l. Разные кривые соответствуют различным значениям параметра

В седьмой главе «Определение рациональных динамических характеристик высоких зданий с сейсмоизолирующими тарельчатыми фундаментами и выключающимися связями» определены рациональные динамические характеристики высоких зданий с СТФ и ВC.

В случае учета при проектировании как сейсмической, так и ветровой нагрузок выбор рациональных динамических характеристик сооружений наталкивается на противоречивые требования. Противоречивость эта связана с тем, что сейсмические колебания характеризуются, как правило, короткими преобладающими периодами, чаще всего от 0,1 до 0,5 сек, флуктуации же ветра относятся к области длинных периодов, часто более 2-4 секунд. Таким образом, задача снижения сейсмической нагрузки диктует требование повышения периодов собственных колебаний, т.е. понижения жесткости конструкции с тем, чтобы избежать совпадения собственных и вынужденных колебаний и возникновения квазирезонансного режима. Наоборот задача снижения ветровой нагрузки по тем же соображениям требует понижения периодов собственных колебаний и, следовательно повышения жесткости конструкции. Выполненные исследования показывают, что эффективным методом защиты сооружений, которые могут подвергаться динамическим воздействиям с различными преобладающими периодами, является применение систем с СТФ и ВС. Реализация этого принципа сеймозащиты, применительно к случаю, когда существенную роль приобретают наряду с сейсмическими и ветровые нагрузки, схематически представляется следующим образом: здание первоначально проектируется как жесткое. Оно превращается в гибкое во время землетрясения (при определенных типах землетрясений), вследствие выключения связей. После землетрясения связи восстанавливаются за расчетный срок и здание обретает первоначальную жесткость. На этом свойстве систем переменной жесткости и основан подход к рациональному проектированию при учете сейсмических и ветровых нагрузок.

На конкретных примерах показана роль ветровых и сейсмических нагрузок в формировании динамической реакции сооружений различной конструктивной системы. Предложенные условия рационального выбора динамических характеристик сооружений, предназначенных для строительства в районах, подверженных как сейсмическим, так и ветровым нагрузкам, учитывают уровень интенсивности сейсмической и ветровой нагрузок и доминантную частоту воздействия.

В восьмой главе «Восстановление поврежденных, в результате землетрясений, зданий и сооружений» в рамках исследования проблем восстановления поврежденных в результате землетрясений, зданий и сооружений:

- изучены сейсмичность и сейсмический режим, определен макросейсмический эффект землетрясений на территории ЧР;

- выполнена оценка степени повреждения зданий и сооружений

- определено действительное состояние зданий, сооружений и строительных конструкций;

- выполнена оценка состояния бетонных и железобетонных конструкций

- изучены особенности инженерно-геологических условий (грунтовые условия) территорий;

- определены краткие инженерно-геологические условия территорий;

- установлены инженерно-геологические условия с помощью георадара «ОКО»;

- разработаны методологические принципы выполнения работ по восстановлению первоочередных объектов жизнеобеспечения населения.

Согласно своду правил СП 14.13330.2011 «СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах» и последним данным Института физики Земли РАН по микросейсморайонированию, г. Грозный находится в зоне сейсмичностью 9 баллов. Несмотря на повышение фоновой сейсмичности, наибольшую опасность для региона представляют местные землетрясения магнитудой 4-5 и глубиной 3-5 км. Они происходят при определенном сочетании неблагоприятных природных техногенных факторов и приводят к значительным разрушениям зданий и сооружений, а также разрушению и разупрочнению их конструктивных элементов. Поэтому в настоящей диссертационной работе предлагаются способы проведения обследования и экспертизы конструктивных элементов зданий и сооружений, подвергнутых сейсмическим воздействиям.

В девятой главе «Технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследования» выполнено технико-экономическое обоснование внедрения результатов диссертационного исследования. Выполнен расчет эффективности использования мелкозернистых бетонов на основе техногенного сырья в качестве материалов, повышающих сейсмостойкость зданий и сооружений.

Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения диссертационных разработок за 10 лет составит 240-250 млн. руб.

Получен социальный эффект – экологическое оздоровление окружающей среды и повышение сейсмической надежности зданий и сооружений.

3. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. Для решения проблемы выбора рациональных динамических характеристик и конструктивных решений исследованы материалы для сейсмостойких конструкций зданий и сооружений (обычные бетоны и растворы, мелкозернистые, безусадочные и расширяющиеся бетоны, мелкозернистые бетоны с дисперсным армированием, пропитанные и золошлаковые бетоны), конструкции, а также здания и сооружения, оснащенные сейсмоизолирующими тарельчатыми фундаментами и выключающимися связями (СТФ и ВС).
  2. Разработаны пути повышения сейсмостойкости конструкций – за счет использования новых методов усиления и ремонта конструкций с применением мелкозернистых пропитанных бетонов, фибробетонов, шлакозолобетонов, безусадочных и расширяющихся бетонов.
  3. Предложены способы получения специальных бетонов для повышения сейсмостойкости конструкций путем использования отвальных золошлаковых смесей, подвергнутых предварительной обработке с ПАВ.
  4. Разработаны технологии производства заполнителей из смешанных вяжущих на основе отсевов камнедробления, золошлаковых смесей, органоминеральной добавки, состоящей из золошлаковых смесей и суперпластификатора, тяжелых и мелкозернистых бетонов повышенной сейсмостойкости.
  5. Разработаны способы управления техническими, технологическими и эксплуатационными свойствами мелкозернистых бетонов для повышения сейсмостойкости конструкций с применением эффективных модификаторов.
  6. Определены подходы к улучшению динамических свойств и структурообразования мелкозернистых бетонов.
  7. Разработаны теоретические основы механизмов – омоноличивания контактной зоны, сцепления старого бетона с новым, разрушения слоистых систем.
  8. Разработаны составы и технологии пропитки бетонов для повышения сейсмостойкости бетонных и железобетонных конструкций, установлены зависимости кинетики их пропитки.
  9. Разработаны рациональные составы безусадочных и расширяющихся мелкозернистых бетонов для повышения сейсмостойкости бетонных и железобетонных конструкций.
  10. Для повышения сейсмостойкости бетонных и железобетонных конструкций предложено использование исследованных в работе мелкозернистых бетонов, фибробетонов с дисперсным армированием различными волокнами, а также мелкозернистый шлакозолобетон
  11. Проведенные экспериментальные исследования динамической жесткости элементов системы сейсмической защиты зданий серии «92» и «122», построенных в 9-ти балльной сейсмической зоне (Северобайкальск, Грозный) с применение строительных материалов повышенной сейсмостойкости показали:

- нагрузка, отвечающая пределу упругих деформаций, на 10-15% выше расчетной по методике норм;

- периоды основного тона собственных колебаний зданий, в состоянии включенных и выключенных связей соответствуют проектным величинам,

часть элементов, не учитываемых в расчетах, оказывает влияние на жесткость зданий, что явилось основанием разработать рекомендации по корректировке используемых строительных материалов и технологии строительства.

  1. Исследование сейсмической реакции высоких зданий с СТФ и ВС и результаты выполненного параметрического анализа систем, моделируемых тремя степенями свободы при использовании в качестве изменяемого параметра величины относительного упругого перемещения смежных по высоте масс, отвечающая выключению связей, позволили:

- получить функцию зависимости сейсмической реакции от этой величины;

- установить влияние разработанных сейсмостойких строительных материалов на величины периодов собственных колебаний;

- установить, что выключение связей в нижней части здания оказывает наибольшее влияние на величины периодов собственных колебаний;

- период основного тона собственных колебаний при выключении связей в первом ярусе увеличивается почти в 3 раза и в 1,3 раза превышает значение периода основного тона собственных колебаний при выключенных связях во втором ярусе;

- в системах с СТФ и ВС при сейсмическом воздействии максимальные ускорения в 1,5-2 раза ниже, чем в обычных системах;

- максимальные величины упругой восстанавливающей силы в системах с СТФ и ВС ниже в 1,4-2,3 раза, чем в обычных системах, когда ВС расположены в первом ярусе, и в 1,2-2 раза ниже, когда связи расположены во втором ярусе.

  1. Разработаны и реализованы алгоритм и программа расчета с учетом изменения параметров, характеризующих затухание, жесткость и реакцию, в зависимости от достижения системой заданных уровней выключения связей сооружений с СТФ и ВС, расположенными в нижней части и по высоте здания.
  2. Выполнен анализ статистического сочетания сейсмических и ветровых нагрузок на здания с СТФ и ВС и без них. На основе теории экстремальных значений произведен учет доверительных значений верхней оценки периода повторяемости землетрясений интенсивностью VII....IХ баллов для различных сейсмических зон страны.
  3. Разработаны практические рекомендации по определению рациональных динамических характеристик высоких зданий с СТФ и ВС с использованием современных сейсмостойких строительных материалов с учетом сейсмических и ветровых воздействий. Выполнен расчет, показывающий, что в высоком здании с СТФ и ВС величины изгибающего момента и перерезывающей силы в наиболее опасном сечении у заделки в фундамент существенно (до 1,6-2 раз) ниже, чем в здании без них. Наибольшая эффективность от применения СТФ и ВС достигается в зданиях 9-15 этажей при использовании бетонов повышенной сейсмостойкости.
  4. Исследованы грунтовые основания зданий и сооружений, разрушенных сейсмическими и взрывными воздействиями.

Системный подход при проведении комплексных теоретических и экспериментальных исследований позволил разработать материалы, конструкции и устройства для повышения сейсмостойкости зданий и сооружений.

Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

- статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых ВАК РФ изданиях:



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.