Введение к работе
Актуальность темы. Сейсмоизоляция считается эффективным средством обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений. В России и за рубежом построены сотни гражданских, промышленных и транспортных сооружений с элементами сейсмоизоляции. Вопросы расширения области применения сейсмоизоляции при сейсмостойком строительстве привлекли внимание многих исследователей.
В последние годы достигнут определенный прогресс в разработке систем сейсмоизоляции, методике определения их основных параметров -коэффициентов трения, жесткостей сейсмоизолирующих и демпфирующих элементов, выборе конструктивных решений. Вместе с тем задачи обоснования эффективности систем сейсмоизоляции и оптимизации их параметров еще не решены в полной мере, имеют место значительные расхождения в рекомендациях по настройке систем сейсмоизоляции по жесткости и демпфированию, нуждается в научном обосновании ряд необходимых данных для расчета сейсмоизолированных сооружений, в частности, для формирования пакета расчетных воздействий на сооружения. В некоторых работах высказывается мнение о низкой эффективности и даже опасности применения сейсмоизоляции для сооружений на нескальных основаниях. Все это сдерживает применение сейсмоизоляции в сейсмостойком строительстве, а в ряде случаев грубые ошибки в определении значений параметров сейсмоизоляции приводят к трагическим последствиям (массовые разрушения зданий с гибким нижним этажом при землетрясениях в Скопле (1974г), Мехико (1975г), Бухаресте (1978г)). Исследованию указанных нерешенных вопросов и посвящена диссертация.
На протяжении многих лет рассматриваемые задачи включались в программу важнейших научно-технических проблем, утвержденную ГКНТ СМ СССР, Президиумом АН СССР и Госстроем СССР (задание Н5 проблемы 0.74.03). В настоящее время направленность диссертации связана с координационными планами Центра по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий, 26-го НИЦ Минобороны РФ, СПбЗНИПИ и ряда других организаций. ' ; ''
Целью диссертации является развитие методов анализа и оценки параметров систем сейсмоизоляции"зданий и'сооружении для обоснования условий эффективности ее применения в сейсмостойком строительстве. Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи: разработать предложения по формированию расчетных воздействий для оценки сейсмостойкости сейсмоизолированных сооружений;
разработать методику и программное обеспечение по расчету сейсмои-золированных систем с учетом динамического взаимодействия сооружения с основанием;
провести оптимизацию параметров демпфирования сейсмоизолирующих фундаментов;
разработать предложения ло техническим решениям опорных и демпфирующих элементов систем сейсмоизоляции.
Методика исследований включала построение математических моделей рассматриваемых,систем, их численный и аналитический анализ; сопоставление получаемых результатов с имеющимися экспериментальными данными и последствиями прошлых землетрясений; разработку технических решений систем сейсмоизоляции.
Научная новизна работы заключается в следующем: I. Сформулированы требования к пакету расчетных воздействий для оценки сейсмостойкости сейсмоизолированных зданий и сооружений. .2. Предложен способ формирования короткого временного процесса для моделирования сейсмических воздействий при массовых расчетах сейсмоизолированных сооружений. 3. Разработаны методика и комплекс программ для учета упругих и инерционных свойств грунта при расчете сейсмоизолированных сооружений. 1. Сформулирована система ограничений для решения задачи оптимизации параметров сейсмоизоляции промышленных и гражданских сооружений и установлена область рациональных значений параметров демпфирования сейсмоизолирующего фундамента с демпфером сухого трения (ДСТ).
-
Обоснована эффективность; сейсмоизоляции зданий и сооружений на слабых грунтах. ,.,,. ,
-
Предложены технические решения: элементов систем сейсмоизоляции и поданы заявки на изобретения.
На защиту выносятся:
-методы задания расчетных сейсмических воздействий для сейсмоизолированных зданий с учетом степени ответственности сооружения;
-статистические характеристики .ускорений землетрясений в зависимости от их преобладающего преиода;
выбор обобщенных координат при расчете сейсмоизолированных систем на нескальных основаниях;
-постановка задачи оптимизации параметров сейсмоизолирующих систем и определение области рациональных значений сил сопротивления в демпфирующих устройствах;
-результаты аналитического исследования сейсмоизолированного сооружения с ДСТ; статистические характеристики параметров демпфирования,
рассматриваемые как случайные величины, зависящие от характера сейсмического воздействия;
-оценка влияния грунтовых условий на поведение сейсмоизолированных сооружений; - технические решения элементов сейсмозащитных устройств.
Достоверность результатов исследований обеспечивается использованием адекватного математического аппарата теоретической строительной механики, теории сейсмостойкости и сейсмозащиты, соответствием результатов исследований натурным данным, взятым из опыта прошлых землетрясений и данным, .полученным другими авторами по ряду затрагиваемых в работе вопросов.
Практическая ценность работы заключается в конкретных рекомендациях автора по формированию пакета сейсмичесісих воздействий для расчета сооружений различной степени ответственности, вероятностном обосновании .расчетных сейсмических воздействий на здания и сооружения, отраженных в нормативных документах Минстроя РФ, а также по заданию параметров демпфирования систем сейсмоизоляции. Кроме того, в диссертации разработано программное обеспечение для автоматизации инженерного расчета сейсмоизоляции реальных объектов.
Реализация результатов исследований. Рекомендации по назначению уровня сейсмических воздействий на сооружения различной степени ответственности использованы в КамЦентре (при оценке сейсмостойкости зданий в г. Петропвловск-Камчатский), в 26-м НИЦ Минобороны РФ (при обосновании технических решений сейсмозащиты Ленинградской и Кольской АЭС), в АО "Трансмост" при обосновании технических решений сейсмозащиты мостов. Методика и программное обеспечение, разработанные в диссертации, использованы в АО "Трансмост" и КамЦет-ре для подбора параметров сейсмоизоляции гражданских и транспортных сооружений, в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко при оценке эффективности применения сейсмоизоляции для 16-этажного здания в г. Сочи.
При участии автора подготовлен и выпущен нормативный документ «Рекомендации по заданию сейсмических воздействий для расчета зданий разной степени ответственности», утвержденный Минстроем России в 1995 г. Результаты исследований использованы также при разработке «Руководства по оценке сейсмостойкости и антисейсмическому усилению железнодорожных и автомобильных мостов», утвержденного Минстроем России в 1995 г.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались: на 10-ой Европейской конференции по сейсмостойкому строительству в г. Вене, Австрия (28.08-2.09 1994г);
на семинаре "Вероятностно-статистические методы в расчетах прочности инженерных сооружений" в Санкт-Петербургском Доме Ученых (1994 г.);
на первых Савиновских чтениях в Санкт-Петербурге (26.06-29.06 1995г.);
на 2-ой всемирной конференции молодых ученых по сейсмологии и сейсмостойкому строительству в г. Лионе, Франция (10.09-16.09 1995г.);
на научно-практической конференции в Санкт-Петербургском Доме Ученых (ноябрь 1995г.);
на 1-ой Международной Конференции по сейсмостойкости урбанизированных территорий в Петропавловск-Камчатском (12.02-16.02 1996г.);
на научном семинаре "Динамика и сейсмостойкость строительных конструкций" в Санкт-Петербургском Доме Ученых (16 марта, 1996г.);
на 3-ей Европейской Конференции по динамике сооружений во Флоренции, Италия (05.06-08.06 1996г.);
на 11-ой Всемирной Конференции по сейсмостойкому строительству в Акапулько, Мексика (23.06.-28.06 1996г.);
» на вторых Савиновских чтениях в Санкт-Петербурге (26.06-29.06 1997г.). Удостоена первой премии на конкурсе молодых специалистов;
на международной конференции по сейсмоизоляции в Сан-Диего, США (26.07-30.07 1998г.);
на семинарах и научно-технических конференциях в Санкт-Петербургском Университете путей сообщений (1994-1998гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы (146 наименований) и 3 приложений; содержит 150 страниц текста,8&рисункми 5 таблиц.