Введение к работе
Актуальность темы. Последние землетрясения на Курилах, Камчатке, Сахалине, Японских островах, приведшие к гибели тысяч людей и громадному материальному ущербу, еще раз продемонстрировали актуальность проблемы сейсмозащиты сооружегагіі. Согласно новой карте сейсмического районирования (1994 г.) к двум наиболее опасным зонам Восточной Сибири и Дальнего Востока присоединилась третья, составляющая значительную часть Северного Кавказа с густо населенными территориями, развитой сетью промышленных и гражданских сооружений.
В этой связи вопросы обеспечешія сейсмостойкости сооруже-ний различного назначешш приобретают в России весьма актуальное значение.
Для повышения надежности сооружений, кроме традиционных мер, в последние годы применяются специальные, к числу которых относятся сейсмоизоляция и сейсмогашешіе. Наиболее распространенными из специальных, мер являются сейсмоизолнрующие фундаменты. Кажущаяся простота этих конструкций приводит к практическому их использованию без должного теоретического обоснования, что во многих случаях не позволяет достичь необходимой эффективности.
Для сейсмопзолпрованиых сооружений значительную опасность представляют низкочастотные составляющие сейсмического воздействия с большими смещениями основания, доходящие при некоторых землетрясениях до 100 см и выше. Это и приводит к опасным смещениям самого изолируемого объекта. Средством борьбы с чрезмерными смещениями является введение в систему сейсмозащиты спещіальньїх энергопоглотителей. Однако вопрос о назначешш для них оптимальных параметров демпфировашія, их связь с упругими и кинематическими характеристиками систем сейсмоизолящш не имеет однозначного решегаїя. В известных исследованиях при выборе параметров демпфировашія основное внимание уделялось моделированию сооружешія, между тем принципиальным вопросом является корректное задание самого сейсмического воздействия, что решается многими авторами по разному. Нуждается,в дальнейшем изучении вопрос о технической реализации энергопоглотителей. Многие предложения в этой области отличаются сложностью конструктивного исполнения и низкой эффективностью. Широкому внедрению спещіальньїх методов сейсмозащиты в практику строи-
тельства препятствует отсутствие единых норм и рекомендаций по проектированию как сейсмоизоляцицтак и сейсмогашения.
В связи с изложенным, комплексное исследование задачи оптимизации энергопоглощения с разработкой рекомендаций по расчету її проектировашпо эффективных энергопоглощающих устройств в конструкциях сейсмоизолирующих фундаментов, обеспечивающих надежность сооружений во время землетрясений, расшнре-іпіе области применения этих устройств в практике сейсмостойкого строительства, представляется как научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение. На решение этой проблемы направлена данная диссертационная работа.
Выполненный комплекс исследований был непосредственно связан с государственными планами по заданию "Сейсмология и сейсмостоіікое строительство" научно-технической проблемы 0.74.03.05, утвержденной Государственным комитетом по науке и технике при Совете Мшшстров СССР.
Целью диссертации является решеїшє научной проблемы по-вытення сейсмостойкости и надежности сооружений на основе оптимизации параметров энергопоглощающих устройств в конструкциях сейсмоизолирующих фундаментов с разработкой практических рекомендаций по их расчету и проектировашпо.
Для этого потребовалось решить следующие основные задачи:
провести сопоставительный анализ различных устройств поглощения энергии в конструкциях сейсмоизолирутощих фундаментов с определением наиболее эффективного типа энергопоглотителя;
изучить особенности поведения выбрашюго типа энергопоглотителя в конструкциях сейсмоизолирутощих фундаментов в зависимости от спектрального состава сейсмического воздействия;
провести оценку эффективности конструкций сейсмоизолирутощих фундаментов, реализованных в практике сейсмостойкого строительства с выявлением в них роли энергопоглощающих устройств;
обосновать выбор расчетного семейства сейсмических воз-действігіі и с учетом этого определить оптимальные параметры энергопоглощающих устройств в конструкциях сейсмоизолирутощих фундаментов;
разработать рациональные технические решения энергопоглощающих устройств и провести расчетно-экспериментальную оценку их эффективности;
- разработать рекомендации по практическому использова
нию энергопоглощающих устройств в конструкциях сейсмозащиты
зданий и сооружешш.
На зашиту выносятся:
результаты анализа эффективности энергопоглощающих устройств в конструкциях сейсмоизолирующих фундаментов;
методика определения оптимальных параметров энергопоглотителей в конструкщіях сейсмоизолирующих фундаментов с учетом корректного задания сейсмического воздействия;
рекомендации по выбору параметров сейсмооизолирующих фундаментов при сейсмических воздействиях различной интенсивности и частотного состава;
- новые техшіческие решения энергопоглотителей сухого
трения в конструкциях сейсмогаолирующих фундаментов и показа
тели их мехашіческих свойств;
- рекомендации по практическому использованию энергопо
глотителей в системах сейсмозащиты зданий и сооружешш.
Научная новизна исследований и полученных результатов заключается в комплексном решении задач оптимизации энергопоглощения в конструкщіях сейсмоизолирующих фундаментов, при этом:
- разработана методика оценки эффективности энергопогло-
тнтелей различных типов в конструкщіях сейсмозащиты сейсмоизо-
лированных промышленных и гражданских сооружешш;
установлены особенности поведения энергопоглотителя выбранного тіша в конструкщіях сейсмоизолирующих фундаментов в зависимости от спектрального состава сейсмического воздействия;
показана возможность обеспечения сейсмостойкости существующих сейсмоизолнрованных сооружешш с помощью эффективных устройств энергопоглощения;
- разработан новый подход к заданию сейсмического воздей
ствия и выбору расчетного семейства акселерограмм опасных земле-
трясешш применительно к конструкциям сейсмоіполирующих фун
даментов;
- разработана методика определения оптимальных пара
метров энергопоглощающих устройств в конструкщіях сейсмоизо
лирующих фундаментов;
- предложены, исследованы и внедрены новые технические
решения энергопоглощающих устройств, обеспечивающие эффек
тивность и надежность работы сейсмоизолирующих фундаментов;
Степень обоснованности научных результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным подходом к решению проблемы, сочетающим надежные и апробированные методы математического моделировашія, корректностью постановки теоретических задач, сопоставлением полученных численных результатов с данными, имеющимися в отечественной и мировой литературе; сопоставлением результатов и их близостью с имеющимися результатами экспериментальных исследований, положительными результатами внедрения рекомендацій и выводов в практику проектирования и строительства.
Народно-хозяйственное значение диссерташш состоит в разработке новых прішщппіальньїх положений по расчету и конструи-ровашпо сейсмоизолирующих фундаментов сооружешгіі с учетом корректного задашія сейсмического воздействия, что позволяет обеспечить сейсмостойкость и надежность их работы в районах высокой сейсмической активности.
Внедрение результатов осуществлено путем включешія их в рекомендательные документы и учета при проектировании ответственных инженерных сооружешгіі в сейсмических районах.
Материалы диссерташш использованы: - при выпуске "Руководства по применению конструкщгіі каркаса ИИС-04 в сейсмических районах и на вечномерзлых грунтах; - при вьшолнешш работ,производимых ВНИИГом им. Б.Е.Веденеева по вопросам сей-смозащиты энергетических сооружений, в частности, при разработке вариантов решения сейсмоизолящш реакторного отделения АЭС;
- при разработке рекомендаций по задашпо сейсмических
воздействігії для расчета сейсмоизолированных АЭС по заданию
Научно-исследовательского центра 26 НИИ Минобороны России;
- при составлении двух ішструктивньїх документов:
"Рекомендаций по задашпо сейсмических воздействігії для расчета
зданий разной степени ответственности" и "Руководства по оценке
сейсмостойкое и антисейсмическому усилению железнодорожных
и автомобильных дорог" для Камчатского Центра по сейсмостойко
му строительству и инженерной защите^тихийных бедствий;
ігри разработке проектных решешгіі сейсмоизолящпі зданий на территории Байкало-Амурской магистрали, Хабаровского и Приморского краев;
при проектировании моста с элементами сейсмоизолящш через каналы Ак-Тепе и Салар на лшпш Ташкентского метрополитена.
Разработагагые рекомендащш по оценке эффективности систем энергопоглощения в конструкциях сейсмоизолирующнх фундаментов использованы в строительных оргаїпізациях на территории арабских стран.
Экономичесюш эффект, полученный от внедрения разработанных в диссертации рекомендащш и предложений^ подтвержден актами и справками соответствующих организащш.
Апробация работы. По теме диссертащш опубликовано более 60 работ. Основные положеїшя выполненных исследовании доложены на:
Всесоюзном Совещашш "Методы исследовашш и расчетов сейсмостойкости гидротехнических и энергетических сооружений" (г.Нарва, 1980);
V Всесоюзной конференции по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений (г.Ташкент, 1981);
VI Всесоюзной конференции по дішамике оснований, фундаментов и подземных сооружешгіі (г.Нарва, 1985);
Всесоюзном научно-техническом совещашш по проектиро-вашпо и строительству энергетических объектов в сейсмических районах (г.Нарва, 1988);
- Международном симпозиуме "Спитак-88", проводимом
ЮНЕСКО (г.Ереван, 1989);
Республиканской конферегапш "Сейсмологическое инженерно-сейсмометрическое обеспечение контроля и поведения зданий. Сейсмостойкость зданий с активной сейсмозащитой." (г. Севастополь, 1989);
Всесоюзных конференциях "Сейсмология и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке", проводимых совместно с Межведомственным Советом по сейсмолопш и сейсмостойкому строительству при Президиуме АН СССР (г. Владивосток, 1989; г.Южно-Сахалинск, 1991);
Республиканской конференции "Динамика и сейсмостойкость зданий и сооружешш с нетрадиционной сейсмозапцгуой." (г.Севастополь, 1992);
XIV Международной конференции "Методы потенциала и конечных элементов в автоматизированных исследованиях ішже-нерных сооружений" (г. Санкт-Петербург, 1995);
- VII Международной научно-практической конференции
"Прогрессивные технолопш и конструкции в строительстве" (г.
Санкт-Петербург, 1995);
- Российской национальной конференции по механике грун
тов и фундаментостроешпо (г.Санкт-Петербург, 13-15 сентября 1995
г.).
Обсуждение докладов автора, содержащих основные результаты диссертации состоялось на научно-технических семинарах в ЦНИИСКе им. В.А.Кучеренко, ПГУПСе, ПВВИСУ, Ташкентском транспортном ішституте, СПбЗНИПИ, ДальНИИСе, Атомэнерго-проекте.
Личный вклад автора определяется тем, что ею разработаны и обоснованы основные положения по оценке оптимальных параметров энергопоглощения в конструкциях сеймоизолиругощих фундаментов. Под её руководством и при непосредственном участіш собрана и обработана информация более чем о 300-х сильных землетрясениях с учетом которой, установлена корреляционная зависимость между максимальными ускорениями и преобладающими периодами сейсмических воздействий. С использованием этой зависимости проведена нормировка расчетных акселерограмм и подготовлен набор акселерограмм для расчета сеймоизолированных сооружешш. Автором получены новые результаты по определению оптимальных параметров сейсмоизолирующих фундаментов и установлено, что при рассмотрешш землетрясешш одной балльности исключается зависимость этих параметров от спектрального состава сейсмического воздействия.
Методологические разработки, экспериментальные исследования, расчеты, конструирование различных систем энергопоглощения в сейсмоизолирующих фундаментах совместно с автором выполняли сотрудники ВНИИГа, ПГУПСа, СПбЗНИПИ.
Автор выражает глубокую признательность своему наставнику и учителю, ныне покойному, Д.Т.Н. профессору О.А.Савинову, под руководством которого в 1976 г. было начато исследование во-
просов сейсмоизотгрутощих фундаментов сооружешгіі, а так же специалистам К.Т.П. И.У.Альберту и А.А.Долгой, пріпшмавшіш участие в проведешш іісследоваїпвї.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введегаїя, 6 глав, заключегаїя, списка литературы и прнложешгіі; изложена на ?<2:траницах, содержит Ш нллюстащпі, .? таблиц, 255 использованных источников.