Ушаков Олег Юрьевич. Методика учета пространственного характера сейсмического воздействия при расчете зданий и сооружений

Краткое описание

Ушаков Олег Юрьевич. Методика учета пространственного характера сейсмического воздействия при расчете зданий и сооружений: диссертация ... кандидата технических наук: 05.23.17 / Ушаков Олег Юрьевич;[Место защиты: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет].- Москва, 2015.- 181 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА»
На правах рукописи

УШАКОВ ОЛЕГ ЮРЬЕВИЧ
МЕТОДИКА УЧЕТА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ХАРАКТЕРА СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИИ 05.23.17-Строительная механика
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
научный руководитель: кандидат технических наук В.Н.Алехин
ЕКАТЕРИНБУРГ 2015

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ 10
1.1 Статическая теория сейсмостойкости Омори 10
1.2 Теория сейсмостойкости Мононобе 12
1.3 Теория сейсмостойкости Завриева 14
1.4 Спектральный метод определения сейсмических нагрузок.
Теория Био 16
1.5 Определение сейсмической нагрузки для системы с п степенями свободы. Теория Корчинского 20
1.6 Определение сейсмической нагрузки в соответствии с
СП 14.133330.2011 «СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах» 23
1.7 Суммирование модальных откликов системы при сейсмическом воздействии 24
1.8 Метод SRSS(Square Root of the Sum of the Squares) 24
1.9 Метод DSC (Rosenblueth's Double Sum Combination) 25
1.10 Метод CQC (Complete Quadratic Combination) 26
1.11 Метод Гупты 27
1.12 Определение суммарного отклика в соответствии с СП
14.133330.2011 «СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах» 28
1.13 Учет многокомпонентное!!! сейсмического воздействия 29
1.14 Метод Ньюмарка. Правило 100-40-40 29
1.15 Метод Розенблюта и Контрераса. Правило 100-30-30 30
1.16 Метод CQC3 (Complete Quadratic Combination with three components) 31

з
1.17 Метод GCQC3 (Generalized Complete Quadratic Combination with
three components) 33
1.18 Учет пространственного характера сейсмического воздействия для
мостов 34
Выводы по главе. Цели и задачи исследования 37
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ 41
2.1 Интеграл Дюамеля 41
2.2 Преобразование из временной области в частотную область 42
2.3 Численные методы 43
2.3.1 Метод Ньюмарка 43
2.3.2 Метод центральных разностей 46
2.4 Метод модальной суперпозиции 49
2.5 Отклик линейно-упругой системы с одной степенью свободы на сейсмическое воздействие 52
2.6 Отклик линейно-упругой системы с множеством степеней свободы
на сейсмическое воздействие 57
Выводы по главе 60
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ СИСТЕМ РДМ-1, РДМ-2, РДМ-3 НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ С УЧЕТОМ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ХАРАКТЕРА СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 63
3.1 Расчет отклика РДМ-1 на сейсмическое воздействие во временной
области 63
3.2 Расчет откликов РДМ-2 и РДМ-3 на сейсмическое воздействие во
временной области 79
Выводы по главе 85
ГЛАВА 4. Разработка методики вычисления максимального отклика конструкции с учетом пространственного характера сейсмического воздействия 87
4.1 Вычисление огибающих спектров 87
4.2 Расчет максимальных откликов РДМ-1 с использованием огибающих спектров отклика 91

4
4.3 Оценка погрешности при вычислении откликов РДМ-1 с использованием огибающих спектров 94
4.4 Расчет максимальных откликов РДМ-2 и РДМ-3 с использованием огибающих спектров отклика 95
4.5 Оценка погрешности при вычислении откликов РДМ-2 и РДМ-3 с использованием огибающих спектров 103
4.6 Сравнение разработанной методики с существующими методами суммирования 106
4.7 Расчет откликов пространственных расчетно-динамических моделей на сейсмическое воздействие с использованием
огибающих спектров 108
Выводы по главе 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 119
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Огибающие спектры для Erthq.2... Erthq.9 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Результаты расчета для РДМ-1 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Результаты расчета для РДМ-2 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты расчета для РДМ-3 162
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акты внедрения результатов кандидатской диссертационной работы 178

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги исследования:
1. Выполненный обзор литературных источников показал, что исследо¬вание в области учета пространственного характера сейсмического воздействия при расчете зданий и сооружений является актуальной задачей.
2. Расчеты, выполненные во временной области в программном ком¬плексе ANSYS путем прямого интегрирования уравнения движения, показали, что метод расчета зданий и сооружений с простыми конструктивно - планировоч¬ными решениями, заложенный в СП 14.13330.2011 [22] «Строительство в сейсми¬ческих районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*», когда при расче¬тах компоненты сейсмического воздействия учитываются раздельно друг от дру¬га, не обеспечивает требуемого уровня сейсмостойкости рассматриваемой кон¬струкции, поскольку дает сильно заниженные результаты расчета.
3. Для учета произвольного направления сейсмического воздействия це¬лесообразно использовать максимальный и минимальный огибающие спектры от¬клика S™xelope и S™yeLope соответственно. Для расчета огибающих спектров от¬клика разработан макрос с использованием встроенного языка программирования программного комплекса ANSYS - ANSYS Parametric Design Language (APDL). Использование огибающих спектров отклика позволяет за наименьшее количе¬ство расчетов, производимых в частотной области, получить максимальное и ми¬нимальное значение отклика рассматриваемой конструкции с учетом произволь¬ного направления сейсмического воздействия.
4. По результатам выполненных расчетов для зданий и сооружений с простым конструктивно-планировочным решением была разработана методика расчета на многокомпонентное сейсмическое воздействие с использованием оги¬бающих спектров отклика. Предложенный метод за наименьшее количество рас¬четов, производимых в частотной области, позволяет получить максимальное и минимальное значение отклика рассматриваемой конструкции с учетом произ¬вольного направления сейсмического воздействия.

118
5. Средняя разница в результатах, полученных при расчете максималь¬ного и минимального отклика системы во временной области, с результатами, по¬лученными с использованием огибающих спектров, составила менее 5%.
6. Средняя разница результатов, полученных при расчете суммарного отклика во временной области, и результатов, полученных при использовании разработанной методики, для симметричных и не симметричных зданий и со¬оружений с простыми конструктивно-планировочными решениями составила 1.37 % и 6.62 % соответственно, в то время как разница в результатах при использова¬нии методов суммирования SRSS [68] и «100-40-40» [68] составила 14,83% и 13,73%, соответственно.
7. В связи с ростом популярности pushover[39] анализа (нелинейный статический анализ) при расчете зданий и сооружений на сейсмическое воздей¬ствие, где исходное сейсмическое воздействие задается в виде спектра отклика, огибающие спектры отклика могут значительно сократить количество выполняе¬мых расчетов, поскольку отпадает необходимость в вычислении наиболее опасно¬го направления сейсмического воздействия.
Рекомендации в виде расчетных предпосылок и алгоритмов расчета могут быть использованы в современных расчетных программных комплексах для ав¬томатизации процесса учета пространственного характера сейсмического воздей¬ствия.
Перспективы дальнейшей разработки темы.
Дальнейшие исследования в области данной темы могут быть направлены
на:
1. Исследование применимости разработанной методики к различным типам сооружений, не рассмотренных в данной работе, таких как: линейные и большепролетные сооружения, здания и сооружения со сложным конструктивно- планировочным решением и т.д.
2. Исследование влияния нелинейных свойств материала на состав оги¬
бающих спектров отклика.