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:   || 2 | 3 |

Обоснование уровня расчетного сейсмического воздействия при оценке сейсмостойкости зданий и сооружений, эксплуатируемых в особых условиях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Сахаров Олег Александрович

ОБОСНОВАНИЕ УРОВНЯ РАСЧЕТНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ,

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.23.17 – Строительная механика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2011

Работа выполнена на кафедре «Здания»

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Петербургский государственный

университет путей сообщения»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Белаш Татьяна Александровна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рутман Юрий Лазаревич Кандидат технических наук Гузеев Роман Николаевич
Ведущая организация: ФГУП «НТЦ по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий»

Защита состоится 28 декабря 2011 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, ауд. 219.

Телефон: (812) 316-58-73, факс: (812) 316-58-72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор Л.Н. Кондратьева

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Более 20% территории России расположено в сейсмически опасных районах. На этой территории, а также в регионах бывшего СССР в период с 1948 года произошло 26 разрушительных землетрясений, которые привели к тяжелым экономическим и социальным последствиям. В связи с этим вопросам сейсмостойкости сооружений уделяется значительное внимание. С 1930 года в СССР введены нормы сейсмостойкого строительства. С 1962 года по настоящее время в нормах для оценки сейсмостойкости сооружений используется линейно-спектральный метод (ЛСМ) оценки сейсмостойкости сооружений, основанный на спектральном разложении уравнений движения по собственным формам колебаний и оценке инерционных сейсмических нагрузок по каждой форме.

Нормативный вариант ЛСМ разработан применительно к расчету объектов массового строительства и дает приемлемые оценки сейсмостойкости именно для этих объектов в средних сейсмогеологических условиях. Однако в настоящее время приходится сталкиваться с сооружениями, строящимися и эксплуатируемыми в особых условиях, существенно отличающихся от среднестатистических. Эти отличия могут заключаться в повторяемости расчетных сейсмических воздействий, повторяемости других нагрузок (ветровых, снеговых, транспортных и т. п.), сроке службы сооружения, его значимости и степени ответственности, величине ущерба от разрушения. К числу зданий и сооружений с такими особенностями относятся здания повышенной этажности, сооружения со специальными системами сейсмозащиты, включающими сейсмоизоляцию и сейсмогашение, сооружения шельфовой зоны, сооружения систем транспорта и связи и.т.п. В условиях рыночной экономики необходимо учитывать и собственника сооружения. Например, ОАО «РЖД» может предъявлять особые требования к транспортным объектам.

Указанные особенности приводят к необходимости уточнения расчетного уровня сейсмического воздействия и определяют актуальность выбранной темы.

Степень разработанности проблемы.

Вопросу обоснования уровня сейсмического воздействия уделялось первостепенное внимание в теории сейсмостойкости, начиная от первых исследований японских специалистов Ф.Омори и Н.Мононобе до наших дней. Большой вклад в решение проблемы внесли И.Л.Корчинский, С.В.Медведев, К.С.Завриев, А.Г.Назаров, Ш.Г.Напетваридзе, О.А.Савинов, Я.М.Айзенберг, Г.Н.Карцивадзе, М.Био, Г.Хаузнер и др.

К числу основополагающих работ, учитывающих случайный характер сейсмического воздействия, относятся исследования А.Д.Абакарова, Я.М.Айзенберга, М.Ф.Барштейна, В.В.Болотина, И.И.Голденблата, Г.Н.Карцивадзе, Н.А.Николаенко, О.А.Савинова и других специалистов. За рубежом эти вопросы затрагивались в работах Г.Хаузнера, М.Био, Е.Ванмарке, Н.Ньюмарка, Э.Розенблюта и других основоположников современной науки о сейсмостойком строительстве

Серьезные исследования проблемы с позиций статистической динамики и теории надежности выполнены А.Н.Бирбраером, А.А.Петровым, С.Г.Шульманом, Г.С.Шульманом, Ю.У.Альбертом и другими учеными.

Значительное количество исследований посвящено проблемам сейсмического риска и сейсмической уязвимости. Эти вопросы освещены в трудах М.А.Клячко, А.П.Синицына, Г.Л.Коффа, С.Шаха, Р.Дуарте. В работах Г.Кюрнрейтера, а также в книгах О.Н.Елисеева, А.М.Уздина и Т.А.Белаш сделаны попытки рассмотреть задачи обеспечения сейсмостойкости сооружения с позиций математической теории принятия решений.

На основе исследований последних 30 лет сложилось современное понимание инженерных требований к сейсмостойкому строительству в целом. Эти требования сформированы в работах Я.М.Айзенберга, Дж.Барра, И.И.Голденблата, Д.Доврика, Л.С.Килимника, Н.А.Николаенко, С.В.Полякова, Р.Порка, М.Фардиса и других специалистов. В настоящее время они учтены в Еврокоде-8. Согласно этим требованиям конструкция должна сохранять эксплуатационные свойства при относительно частых и слабых землетрясениях, иметь ограниченный объем повреждений при землетрясениях средней силы и повторяемости и обеспечить сохранность жизни людей и ценного оборудования при редких разрушительных землетрясениях. В соответствии с этой концепцией необходимо проводить несколько расчетов конструкции на землетрясения различной силы и повторяемости при разных предельных состояниях.

Обилие исследований по рассматриваемому вопросу привело к тому, что разные авторы вкладывают различный смысл в понятия сейсмической надежности и сейсмического риска. При этом методы обоснования расчетных нагрузок с позиции теории надежности и риска не согласованы между собой. Рекомендации по заданию расчетных нагрузок на сооружения различной степени ответственности не имеют необходимого обоснования.

Целью работы явилось обоснование расчетного уровня сейсмической нагрузки для расчета зданий и сооружений, возводимых и эксплуатируемых в особых условиях, отличных от условий массовой застройки.

Для достижения поставленной цели потребовалось:

  • определить связь надежности здания или сооружения с расчетным уровнем сейсмического воздействия при землетрясениях различной силы;
  • установить связь коэффициентов сочетаний сейсмической и других нагрузок с надежностью зданий и сооружений;
  • оценить зависимость экономических показателей сейсмостойкого строительства и сейсмического риска от степени антисейсмического усиления сооружения и сейсмической опасности территории;
  • установить взаимосвязь методов теории надежности и методов теории риска при оценке необходимой степени усиления зданий и сооружений.

Методика исследований включает построение математических моделей рассматриваемых систем, их численный и аналитический анализ; сопоставление получаемых результатов с имеющимися последствиями прошлых землетрясений; разработку предложений по использованию полученных результатов в инженерной практике.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • разработана методика задания расчетного уровня сейсмического воздействия для сооружений, эксплуатируемых в особых условиях (отличных от условий строительства и эксплуатации объектов массовой застройки);
  • разработаны рекомендации по заданию расчетного уровня сейсмического воздействия для многоуровневого проектирования с учетом повторяемости землетрясений, а также срока службы и ответственности сооружения;
  • разработаны рекомендации и дана оценка уровня расчетного воздействия для проектирования высотных зданий;
  • разработана методика оценки коэффициентов сочетаний сейсмической и других нагрузок;
  • установлено, что для железнодорожных протяженных сооружений необходимо сочетать сейсмическую и железнодорожную подвижную нагрузку; оценены коэффициенты сочетаний сейсмической и подвижной железнодорожной нагрузки;
  • получена аппроксимирующая формула для оценки сейсмического риска, рассчитаны статистические параметры сейсмического риска (математическое ожидание и дисперсия), выполнена оценка приемлемого сейсмического риска;
  • установлено условие эквивалентности применения методов теории надежности и методов теории сейсмического риска, что упрощает задание уровня сейсмического воздействия при многоуровневом проектировании.

На защиту выносятся:

  • методика задания расчетного уровня сейсмической нагрузки на здания и сооружения различной степени ответственности;
  • алгоритм и программное обеспечение для учета ситуационной сейсмичности по трем картам ОСР при задании расчетного уровня сейсмического воздействия;
  • методика оценки коэффициентов сочетаний сейсмической нагрузки с другими нагрузками на здания и сооружения, эксплуатируемых в особых условиях, в том числе для линейных (протяженных) сооружений и для группы сооружений;
  • рекомендации по необходимой степени антисейсмического усиления ряда инженерных сооружений, в частности, зданий с различным сроком службы, высотных сооружений, транспортных сооружений;
  • рекомендации по назначению коэффициента сочетаний сейсмической и других нагрузок;
  • условие эквивалентности расчетов сейсмической нагрузки, основанных на теории надежности и теории риска.

Достоверность результатов исследований обеспечивается использованием апробированных методов теории надежности и риска, строительной механики и математики и подтверждается соответствием результатов исследований данным, полученным другими авторами по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации. Основные выводы диссертации согласуются с имеющимися натурными данными, взятыми из опыта прошлых землетрясений.

Практическая ценность работы заключается в том, что теоретический анализ надежности и риска в сейсмостойком строительстве доведен до практических предложений в соответствующие нормативные документы, а также в разработке программных средств для определения расчетных сейсмических ускорений.

Результаты диссертационной работы реализованы в ряде нормативных документов, а также при проектировании и строительстве конкретных сооружений.

  • При разработке ТУ на проектирование моста через пролив Невельского с Дальневосточного побережья на остров Сахалин, а также при проектировании сооружений на железнодорожной линии Южно-Сахалинск – Погиби (НИИ мостов, Санкт-Петербург, 1999 г).
  • При проектировании моста через р. Аму-Дарья вблизи г. Керки (ЗАО «Стройкомплекс», Санкт-Петербург, 1999 г).
  • При разработке Свода Правил по проектированию и расчету транспортных сооружений из металлических гофрированных конструкций (НИИ мостов, Санкт-Петербург, 2000 г).
  • При разработке проекта Свода Правил по расчету сейсмостойкости сооружений в развитие СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» (НТЦ СС, Петропавловск-Камчатский, 2000 г, по заказу Госстроя России).
  • При разработке предложений по антисейсмическому усилению плит безбалластного мостового полотна (НИИ мостов, Санкт-Петербург, 2001 г).
  • При разработке проекта Свода правил по расчету многоопорных конструкций (ПГУПС, Санкт-Петербург, 2004, по заказу Госстроя России).
  • При проектировании железнодорожных мостов для олимпийских объектов Большого Сочи (ОАО «Трансмост», Санкт-Петербург, 2010).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались:

  1. на семинарах и научно-технических конференциях в Санкт-Петербургском университете путей сообщений и государственном архитектурно-строительном университете (1998-2011гг.).
  2. На 12-ой Всемирной конференции по сейсмостойкому строительству (Новая Зеландия, Окленд, 2000 г)
  3. На 12-ой Европейской конференции по сейсмостойкому строительству (Лондон, 2002 г.)
  4. На 13-ой Всемирной конференции по сейсмостойкому строительству (Канада, Ванкувер, 2004 г)
  5. На IV Савиновских чтениях (Санкт-Петербург, 2004 г)
  6. На 13-ой Европейской конференции по сейсмостойкому строительству (Женева, 2006 г.)
  7. На 11-ой всемирной конференции по сейсмоизоляции (Гуньджоу, 2009).
  8. На 14-ой Европейской конференции по сейсмостойкому строительству (Охрид, 2010 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы (131 наименование из них 25 на иностранном языке); содержит 208 страниц текста, в том числе 59 рисунков и 34 таблицы.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выполненное исследование позволило автору

  • получить результаты и сделать предложения, направленные на обоснование расчетного уровня сейсмического воздействия при проектировании различных сооружений;
  • установить связь методов теории надежности и риска при обосновании уровня сейсмической нагрузки;
  • разработать предложения по назначению коэффициентов сочетаний сейсмической и других нагрузок

Основные положения проведенного исследования подтверждены следующими научными результатами.

  1. Разработана методика задания расчетного уровня сейсмического воздействия для сооружений, эксплуатируемых в особых условиях (отличных от условий строительства и эксплуатации объектов массовой застройки).

Условия эксплуатации многих сооружений отличаются от средних условий эксплуатации сооружений массового строительства. Для расчета таких сооружений необходимо последовательное использование принципов многоуровневого проектирования. На первом этапе это сводится к двойному расчету конструкции на действие проектного (ПЗ) и максимального расчетного (МРЗ) землетрясений. При этом нормирование уровня сейсмического воздействия (расчетных ускорений дневной поверхности) с позиций теории надежности исходит из ограничения вероятности превышения ускорениями расчетного значения за срок службы сооружения, а уравнение для определения расчетного ускорения АК имеет вид:

(1)

где рI – вероятность возникновения за срок службы Tcл землетрясения силой I баллов, IK – вероятность того, что при землетрясении силой I баллов будет превышен расчетный уровень ускорений АК для землетрясения силой К баллов; qсл(K) - допустимая вероятность отказа, т.е. превышения ускорениями расчетного уровня АК за срок службы сооружения Tcл.

Алгоритм методики определения уровня сейсмического воздействия приведен на рисунке 1.

Формула, связывающая величину АК с вероятностью IK, приведенная на рисунке 1, получена в работах А.А.Долгой, А.В.Индейкина и А.М.Уздина в предположении распределения максимумов ускорений землетрясения по закону Вейбулла на основе обработки записей более 300 землетрясений.

Для решения уравнения (1) и определения ускорений АК было разработано программное обеспечение (ПО). ПО предназначено для функционирования в ОС Windows и соответствует стандартам разработки прикладных программ для Windows.

  1. Разработаны рекомендации по заданию расчетного уровня сейсмического воздействия для многоуровневого проектирования с учетом повторяемости землетрясений, срока службы и ответственности сооружения.

В настоящее время повсеместно осуществляется переход к многоуровневому проектированию, требующему расчета на ПЗ и МРЗ. При проектировании остро встает вопрос о задании сейсмического воздействия для ПЗ и МРЗ.

Для оценки уровня воздействия при ПЗ и МРЗ необходимо задаться допустимой вероятностью его превышения. Основополагающим при этом является тот факт, что нормативные расчеты объектов массового строительства для средних сейсмологических условий дают приемлемые с инженерной точки зрения результаты. Поэтому вероятности превышения уровней ПЗ и МРЗ для указанных сооружений можно считать допустимыми. В качестве базовой рассмотрена оценка уровня воздействия для исходных данных, приведенных в таблице 1. Зависимость расчетного ускорения от допустимой вероятности его превышения [q] приведена на рисунке 2.

Таблица 1

Исходные данные для оценки уровня сейсмического воздействия

Срок службы сооружения, годы Преобладающий период воздействия, с Повторяемость землетрясений силой I баллов в годах
I=7 I=8 I=9 I=10
50 0.4 200 1000 6000


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.