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 |

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

-- [ Страница 2 ] --

 Зависимость уровня расчетных-2

Рис.2. Зависимость уровня расчетных ускорений от вероятности отказа [q]

для базовых данных

Если принять вероятность МРЗ равной 10-3, а вероятность ПЗ – 10-1, то для рассматриваемых данных расчетные ускорения будут соответствовать нормативным: AМРЗ=0.4g; AПЗ=0.1g= AМРЗ0.25. Полагая далее [q]МРЗ=10-3, а [q]ПЗ=10-1, можно оценить уровни расчетных воздействий ПЗ и МРЗ для других условий эксплуатации сооружения.

Полученные оценки величины [q] на базе уравнения (1) позволяет определять расчетный уровень сейсмического воздействия в зависимости от сейсмической опасности территории и срока службы сооружения. Для решения этой задачи в работе использовано традиционное положение о том, что число сотрясений заданной силы за определенный интервал времени распределено по закону Пуассона.

Под ситуационной сейсмичностью понимают уровни сейсмической опасности на рассматриваемой территории по трем картам ОСР. В настоящее время, проектируя сооружения массовой застройки, например, на основе карты В, не учитывают сейсмичность по картам А и С. Необходимость такого учета неоднократно отмечалась в литературе. Выполненные исследования позволяют решить эту задачу.

По результатам исследований были даны следующие рекомендации:

а) При проектировании необходимо учитывать, что уровень расчетных ускорений существенно зависит от повторяемости землетрясений, т.е. от комбинаций сейсмической интенсивности по картам А, В и С.

б) Расчет по одной из карт районирования нельзя считать приемлемым.

в) В качестве исходной информации при следует использовать повторяемость максимальной сейсмичности по картам ОСР, а не заданную расчетную сейсмичность по выбранной карте, а.

Выполненные исследования позволяют задавать расчетный уровень сейсмического воздействия в зависимости от срока службы сооружения. Если рассмотреть, например, башню для передачи сигналов сотовой связи (срок службы Тlife= 20 лет), здание вокзала (Тlife= 50 лет), и большой мост (Тlife= 300 лет), то уровни расчетного ПЗ составят для средних сейсмологических условий соответственно 0.4 м/с2, 1 м/с2 и 2 м/с2 против 1 м/с2 по действующим СНиП.

На рисунке 3 нанесены зависимости ускорений А от логарифма допустимой вероятности их превышения при разных сроках службы. Как видно из рисунка, срок службы сооружения заметно влияет на величину расчетного воздействия и должен учитываться при проектировании.

Обратимся теперь к оценке уровня расчетного воздействия на особо ответственные сооружения. К таким сооружениям относятся большие плотины, вокзалы крупных пассажирских станций, промышленные здания с взрывоопасным или экологически опасным производством и т.п. Основной особенностью этих сооружений являются их высокая ответственность (по принятым международным требованиям допустимая вероятность отказа q=10-6) и срок службы сооружения (он увеличен от 80 до 300 лет).

 оказана зависимость-3

На рисунке 3 показана зависимость расчетного ускорения А от логарифма допустимой вероятности [q] для сооружений с различным сроком службы. По сравнению с базовой зависимостью (рис.2) полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

а) При расчете на МРЗ следует учитывать силу максимально возможного землетрясения на площадке строительства, учет ситуационной сейсмичности не является необходимым.

Во всех рассмотренных случаях расчетное ускорение при [q]=10-6 составило около 0.55g. Этот результат получен в работе математически и полностью соответствует соображениям, высказанным ранее профессором О.А.Савиновым

б) При расчете на ПЗ следует учитывать ситуационную сейсмичность по картам ОСР. В выполненных примерах при [q]=0.05 расчетное ускорение ПЗ изменяется от 0.15g до 0.2g.

  1. Разработаны рекомендации и дана оценка уровня расчетного воздействия для проектирования высотных зданий.

Высотное строительство все шире начинает применяться в высокосейсмичных районах. Одним из основных вопросов обеспечения сейсмостойкости высотных зданий является корректное задание расчетного уровня сейсмического воздействия, определяющее степень антисейсмического усиления сооружения. Поскольку социальный риск высотного строительства при прочих равных условиях существенно выше обычного, расчетный уровень сейсмического воздействия на высотные здания должен быть повышен. Если в качестве характеристики социального риска принять вероятность R гибели заданного числа людей за срок службы сооружения, то можно записать

R=Нq, (2)

где Н –число людей, ожидаемое в здании во время землетрясения;

q – вероятность разрушительного землетрясения (отказа).

Если принять, что величина Н пропорциональна этажности здания, то условие сбалансированности риска приведет к необходимости снижать вероятность отказа пропорционально этажности.

Сказанное позволяет задавать расчетные уровни сейсмического воздействия в зависимости от этажности высотного строительства.

На расчетные нагрузки для высотных зданий влияют два фактора – более высокий срок службы и более высокий период резонансных колебаний по сравнению с объектами массового строительства.

Выполненный анализ позволил установить следующее:

а) Расчетная сейсмическое воздействие возрастает на высотные здания примерно на 10% на каждые 5 этажей свыше пяти. Этот рост обусловлен увеличением риска гибели людей для многоэтажных зданий.

б) Увеличение воздействия имеет место только для уровня ПЗ. Он обусловлен повышением срока службы высотных зданий по сравнению с малоэтажными.

в) Учитывая, что высотные здания относятся к числу сооружений повышенной ответственности с одной стороны и то, что лимитирующими воздействиями для них являются длиннопериодные землетрясения, не учтенные в должной мере в спектральных кривых СНиП, следует рекомендовать выполнять последовательный расчет высотных зданий на действие ПЗ и МРЗ.

д) Ситуационная сейсмичность играет определяющую роль при оценке уровня сейсмического воздействия и должна учитываться при проектировании высотных зданий.

  1. Разработана методика оценки коэффициентов сочетаний сейсмической и других нагрузок.

Для оценки коэффициента сочетаний необходимо решить уравнение (3).

PQ Peq = [P], (3)

где PQ – вероятность того, что на сооружение действует нагрузка интенсивностью Q; Peq – вероятность того, что на сооружение действует сейсмическая нагрузка с ускорением Aeq (в долях ускорения силы тяжести g); [P] – допустимая вероятность события, заключающегося в одновременном воздействии рассматриваемой и сейсмической нагрузок. Значение [P] принимается равным вероятности превышения ускорениями расчетного значения при отсутствии других нагрузок.

Уравнение (3) определяет множество равновероятных пар (А,Q), из которых необходимо выбрать наиболее неблагоприятную для расчета конструкции.

Методика оценки коэффициентов сочетаний сводится к следующему:

  1. Задаемся величиной нагрузки Q и используя ее ф.п.р. P(Q) получаем вероятность РQ превышения нагрузкой заданной величины Q.
  2. По полученной вероятности РQ определяем соответствующую ей вероятность возможного превышения Рeq для сейсмической нагрузки.

  1. По найденной вероятности Рeq. Из уравнения (1) находим расчетное ускорение А, соответствующее заданному в начале значению Q. В результате получаем одну из равновероятных пар (Q,A).
  2. Из равновероятных пар (А,Q) находим наиболее опасную

При оценке интенсивности нагрузки Q, сочетаемой с сейсмической, необходимо учитывать характер этой нагрузки и соответствующую ей функцию плотности распределения (ф.п.р.). В работе рассмотрены коэффициенты сочетаний сейсмической и ветровой, а также сейсмической и температурной, сейсмической и железнодорожной нагрузок.

5. Установлено, что для железнодорожных протяженных сооружений необходимо сочетать сейсмическую и железнодорожную подвижную нагрузку; оценены коэффициенты сочетаний сейсмической и подвижной железнодорожной нагрузки.

Сочетание сейсмической и подвижной железнодорожной нагрузки актуально для мостов, которые являются протяженными сооружениями.

В работе сделана теоретическая оценка вероятности нахождения поезда на линейном сооружении с учетом их фактической длины. Если учесть, что интервал между поездами L является случайной величиной с ф.п.р. q(L), то вероятность нахождения поезда на сооружении оценивается следующей величиной:

(4)

где

B – длина моста; Ltr – длина поезда.

Входящие в формулу (4) интегралы выражены в диссертации через показатели вагонопотока и представлены с использованием интегралов вероятности и Г-функций (гамма функций) с учетом нормального распределения вагонопотока.

На рис. 4 приведены графики зависимости вероятности нахождения поезда на протяженном сооружении в зависимости от его длины ‘В’ для двух значений вагонопотока на линии 10000±700 и 5000±420 вагонов в сутки, где первое число означает математической ожидание, а второе число - его среднеквадратическое отклонение. Значение (10000±700) соответствует перспективному вагонопотоку на железнодорожных линиях первой категории, а второе значение (5000±420) - на линиях второй категории.

Базовое уравнение для оценки коэффициентов сочетаний можно преобразовать к следующему виду:

(5)

В приведенной формуле Р0 – вероятность нахождения поезда на сооружении во время землетрясения. Р1 – вероятность того, что вес поезда, находящегося на сооружении, превысит заданный уровень.

Используя решение приведенного уравнения, были построены равновероятные пары для ПЗ ([p]=0.1) и МРЗ ([p]=0.001).

В диссертации выполнен анализ полученных коэффициентов сочетаний для ПЗ и МРЗ.

Рис. 4. Зависимости вероятности нахождения поезда на мосту от длины моста ‘В’ для двух значений вагонопотока на линии 10000±700 (сплошная линия) и 5000±420 вагонов в сутки (точечная линия)

6. Получена аппроксимирующая формула для оценки сейсмического риска, рассчитаны статистические параметры сейсмического риска (математическое ожидание и дисперсия), выполнена оценка приемлемого сейсмического риска.

Под риском понимается математическое ожидание ущерба, вызванного сейсмическими воздействиями за срок службы сооружения. В литературе вопросам экономики сейсмостойкого строительства и сейсмического риска посвящено значительное количество исследований. Широко известен подход к оценке экономической эффективности сейсмостойкого строительства, разработанный в АН СССР под руководством лауреата Нобелевской премии, академика Л.В.Канторовича и опубликованный в брошюре В.И.Кейлис-Борока, И.А.Нерсесова и А.М.Яглома. В работе этот подход был взят за основу и проведена детализация основных расчетных формул. В частности, для оценки эффективности сейсмостойкого строительства Е предложена модификация известной формулы.

(6)

Здесь К – капитальные затраты на антисейсмическое усиление сооружения до класса сейсмостойкости Ks; Р0 – годовой доход от эксплуатации сооружения, приведенный к первому году эксплуатации; D0 – ущерб от сейсмических воздействий силой I в течение одного года; t(Ks,I) – время восстановительных работ (в долях от года) после землетрясения силой I баллов для сооружения с расчетным классом сейсмостойкости Кs; NI - общее число землетрясений силой I баллов за срок службы сооружения Т; - коэффициент, учитывающий приведение затрат.

При использовании формулы (6) необходимо определить матрицу ущербов D(Ks,I) и величину приемлемого сейсмического риска. В работе получены статистические оценки сейсмического риска по данным о сейсмическом ущербе, собранным в литературе. Для этого принята билинейная аппроксимация функции ущерба от её параметров:

D(Ak,AI)=a00+a01AK+a10AI+a11AкАI+a02Aк2+a20AI2 (7)

Здесь AK - ускорение, соответствующее классу сейсмостойкости сооружения К, AI – ускорение, соответствующее силе землетрясения I.

При этом для математического ожидания и среднеквадратичного отклонения случайной величины D получены аналитические оценки.

На рис.5 приведен пример расчетной зависимости D(I) и D(I)+(I) для сооружений, запроектированных на 8 баллов (Ks=8). Величина приемлемого сейсмического риска представляет собой математическое ожидание ущерба в случае, если сооружение запроектировано на расчетное воздействие, т.е. при I=Ks. Выполненные исследования позволяют утверждать, что приемлемый сейсмический риск составляет величину порядка 15-20%.

6. Установлено условие эквивалентности применения методов теории надежности и методов теории сейсмического риска; это упрощает задание уровня сейсмического воздействия при многоуровневом проектировании.

Назначения уровня расчетного воздействия по условию ограничения риска записывается в виде:

, (8)

где D(Ap,A) - ущерб от землетрясения с ускорением А для сооружения, рассчитанного на ускорение Ар; [R] - величина допустимого риска.

Аналогичная задача теории надежности имеет вид

(9)

Где (D) – допустимая вероятность возникновения ущерба D.

Естественно ожидать, что оценки уровня воздействия по теории надежности и риска должны приводить к одинаковым результатам. Иными словами, величины Ар, полученные с использованием уравнений (8) и (9) должны соответствовать друг другу.

В работе доказано, что функция вероятности отказов (D) должна быть задана так, чтобы ее производная q[D] удовлетворяла условию.

(10)

Иными словами, функция q(D) должна быть функцией плотности распределения с математическим ожиданием [R]. Этому условию удовлетворяет бесконечно много функций (D), но все они при различных сценариях накопления повреждений в конечном итоге приводят к одному и тому же ущербу (риску).

Проведенное исследование позволило сделать следующие выводы и сформулировать рекомендации.

  1. Условия эксплуатации многих сооружений отличаются от средних условий эксплуатации сооружений массового строительства. Для расчета таких сооружений необходимо последовательное использование принципов многоуровневого проектирования.
  2. Получены уравнения, определяющие связь между расчетным ускорением A и допустимой вероятностью его превышения q, которые позволили исследовать зависимость расчетных ускорений от срока службы сооружения Tcл, степени ответственности сооружения и ситуационной сейсмичности на площадке строительства.
  3. Установлено, что:
  • Ситуационная сейсмичность определяющим образом влияет на расчетный уровень сейсмической нагрузки; при одной и той же расчетной сейсмичности уровень расчетных ускорений существенно зависит от повторяемости землетрясений, т.е. от комбинаций сейсмической интенсивности по картам А, В и С. Задание уровня расчетного воздействия по одной из карт районирования, как это принято в СНиП для объектов массового строительства, в общем случае нельзя считать приемлемым.
  • Срок службы сооружения существенно влияет на расчетный уровень сейсмического воздействия. При строительстве сооружений со сроком службы 20-30 лет, таких как промышленные здания и сооружения для разработки полезных ископаемых, опоры сотовой связи и т.п. уровень расчетной нагрузки может быть снижен в 1.5-2 раза в зависимости от степени ответственности сооружения и ситуационной сейсмичности.
  1. Разработаны рекомендации по многоуровневому проектированию особо ответственных сооружений; в частности, показано, что задание уровня ПЗ на крупные высоко-ответственные сооружения должно учитывать ситуационную сейсмичность на площадке строительства, а уровень МРЗ должен исходить из максимально возможных землетрясений на этой площадке.
  2. Разработана методика оценки сейсмической нагрузки на высотные здания, которая исходит из того, что вероятность отказа принята обратно пропорциональной числу этажей. При этом на расчетные ускорения для высотных зданий влияют два фактора – более высокий срок службы и более высокий период резонансных колебаний. Выполненный анализ позволил установить, что расчетная сейсмическая нагрузка возрастает на высотные здания примерно на 10% на каждые 5 этажей свыше пяти.
  3. В работе развит метод обоснования коэффициентов сочетаний, основанный на выборе равновероятных пар (сейсмическая нагрузка – сочетаемая нагрузка), получены расчетные формулы и выполнены оценки коэффициентов сочетаний для расчета группы объектов и для задачи сочетания сейсмической и железнодорожной нагрузок
  4. Предложены расчетные формулы для оценки экономической эффективности сейсмостойкого строительства с учетом прибыли от эксплуатации сооружения, срока его службы, времени на восстановительные работы и страховых выплат сейсмостойкого строительства.
  5. Установлены статистические характеристики экономического сейсмического риска как функции от силы землетрясения I, для которого оценивается риск, и класса сейсмостойкости сооружения Ks. При I=Ks полученную оценку можно рассматривать как приемлемый риск сейсмостойкого строительства на настоящее время.
  6. В работе установлена связь между методами теории надежности и риска. В частности, показано, что для обеспечения заданного риска [R] необходимо, чтобы допустимая вероятность отказа была поставлена в зависимость от ущерба D, причем функция должна представлять собой функцию плотности вероятности некоторого распределения с математическим ожиданием, равным заданному риску [R].
  7. Приведены примеры, иллюстрирующие особенности применения разработанных методов.

III. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Статьи, опубликованные в рекомендованных ВАК изданиях:

  1. Сахаров, О.А. Задание уровня расчетной сейсмической нагрузки при проектировании высотных зданий. / О.А. Сахаров // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2007. - №1. - С. 16-19.
  2. Сахаров, О.А. Связь методов теории надежности и сейсмического риска / О.А. Сахаров, А.М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2007. - №2. - С. 46-48.
  3. Сахаров, О.А. Модель сейсмического воздействия для статистического моделирования колебаний сейсмоизолированных систем / О.А. Сахаров, Т.А. Белаш, Г.В. Давыдова // Известия высших учебных заведений. Строительство. Издательство НГАСУ (Сибстрин) - 2009. - №2. - С. 101–107.
  4. Сахаров, О.А. Оптимизация инвестирования в сейсмостойкое строительство / О.А. Сахаров, М.А. Богданова, К.С. Сергин, В.В.Сигидов // Экономическое возрождение России.- 2011. - №1(27). - С. 132-138.

Статьи, опубликованные в прочих изданиях:



Pages:     | 1 || 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.