Введение к работе
Актуальность провлемы. Территория Афганистана подвержена частым и разрушительным землетрясениям. В 80-х годах Академия наук Афганистана проводила исследования в сейсмических районах. Но они были прерваны разрушительной войной. В настоящее время для строительства и восстановления зданий и сооружений необходимы конкретные решения для обеспечения надежности сооружений при сейсмических воздействиях, в частности, необходимы разработки конструктивных решений.зданий с использованием местных строительных материалов.
Задачи, решаемые в диссертационной работе, имеют практическое значение для проектирования зданий в республике Афганистан. Работа носит в большой мере прикладной характер.
Одна из систем сейсмозащиты, разработанная в последние годы в ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко - это адаптивная система с динамическими характеристиками, изменяющимися за счет выключения во время землетрясения внутренних связей. Используются специальные резервные конструктивные элементы или разрушающиеся элементы конструкций. Эти системы в большой степени разработаны, изучены и уже нашли определенное применение в практике.
Одна из разновидностей систем с выключающимися связями использована в проекте каркасных зданий со специальными диафрагмами жесткости в нижних этажах с применением кирпичной кладки с железобетонным обрамлением в качестве диафрагм жесткости. Эти здания применяются в застройке г.Кабула (сейсмичность 8 баллов).
Настоящая работа примыкает к направлению исследований адаптивных систем сейсмической защиты зданий. В ней осущес-
твляются дальнейшие исследования отдельных малоизученных факторов поведения таких систем при сейсмических воздействиях применительно к одной из разновидностей систем подобного рода - выключающиеся (разрушающиеся) панели-связи, использующиеся в каркасных зданиях с гибким ниадим этажом.
В связи с этим, возникла необходимость проведения исследований по изучению динамической реакции каркасных зданий оо специальными диафрагмами жесткости при работе основных элементов и системы сейсмозащиты за пределами упругости. Решение поставленных вопросов необходимо проводить в условиях неполноты информации как о существенных параметрах сейсмического воздействия, так и работы самого сооружения.
В данной ситуации целесообразно разрабатывать, с одной стороны, приближенные, достаточно простые методы расчета, с другой, такие конструктивные мероприятия, которые позволили бы быть уверенными, что здание при воздействии сильных землетрясений будет иметь предусмотренный механизм перехода в предельное состояние. Очевидно, что научное обоснование этого возможно только на основе детального анализа работы конструкций здания от начала землетрясения вплоть до полного разру-иения.
Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по рациональному конструированию и расчету каркасных зданий с диафрагмами жесткости комплексной конструкции в нижнем этаже на основе исследования возиожностей управления неупругими деформациями при интенсивных сейсмических воздействиях.
Для достижения указанной цели были решены следующие за-
дачи:
-
Проведены экспериментальные исследования статической нагрузкой на крупномасштабных моделях каркасных зданий с системой сейсмозашиты в виде диафрагм жесткости специальной конструкции и отдельных элементов диафрагм жесткости с доведением их до разрушения и построены диаграммы деформирования по ре-зультатам испытаний.
-
Проведены' динамические экспериментальные исследования модели здания в различных состояниях (с системой сейсмозащи-ты и без нее).
-
Разработаны расчетные модели и исследована сейсмическая реакция сооружения, представляемая нестационарной нелинейной системой со специальными диафрагмами жесткости с учетом их работы в области упругопластического деформирования.
-
На основе проведенного параметрического анализа сейсмической реакции сооружения,разработаны рекомендации по совершенствованию конструктивных решений каркасных зданий с диафрагмами жесткости в нижнем этаже с различными жесткостными параметрами для районов повышенной сейсмической опасности.
Научная новизна работы заключается в следующем: - осуществлен комплекс экспериментальных исследований деформирования конструкций, при.горизонтальном нагружении статическими повторными нагрузками, исследованы динамические характеристики зданий (жесткости и периоды собственных колебаний, диссипация энергии) в различных состояниях, с выключенными и включенными связями, в результате статических испытаний получены экспериментальные данные о прочности и де-формативности основных элементов системы сейсмозашиты; на ос-
нове экспериментальных исследований сформулированы и реализованы рекомендации по усовершенствованию-конструктивного решения системы сейсмозащиты;
предложена упрощенная расчетная модель исследуемой конструктивной системы с диафрагмами жесткости комплексной конструкции в нижнем этаже, учитывающая гястерезнсное поглощение энергии и другие существенные факторы;
разработан программный блок для ПЭВМ, позволяющий производить расчеты каркасных зданий с адаптивной системой сейсмозащиты на акселерограммы реальных землетрясений или искусственные акселерограммы.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
экспериментальные испытания крупномасштабного фрагмента каркасного здания со специальными диафрагмами жесткости показали физическую реализуемость, нелинейность неупругого деформирования и энергопоглощающую способность конструкции, что обеспечивает их надежность при интенсивных землетрясениях:
уточнены диссипативные характеристики зданий со специальными диафрагмами жесткости, частоты и формы их собственных колебаний, являющиеся исходными данными при проектирована
разработаны методика, алгоритм и программа расчета каркасных зданий с предложенной системой сейсмозащиты на сейсмические воздействия с учетом нелинейного неупругого деформирования элементов сейсмозащиты;
применение предложенной методики регулирования сейсмической реакцией сооружения с диафрагмами комплексной конструкции в нижнем этаже, путем варьирования параметров сие-
темы сейсмозащиты, позволяет заметно снизить сейсмическую нагрузку и, следовательно, повысить технико-экономические характеристики зданий. При этом перемещения остаются в безопасных границах.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, предложены для внедре-ния в Центральный проектный институт г.Кабула для проектов 6-12 этажных каркасных домов в г.Кабуле и других сейсмических районах республики Афганістан.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на конференции "Проектирование и строительство в сложных геологических условиях" (г.Севастополь, 1992г.), и научно-тех-ническжх совещаниях в центре сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы ( 36 наименования), приложений и изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунков и 3 таблиц.
Экспериментальные исследования, описанные в работе, выполнены в работе автором на научно-экспериментальной базе института сейсмостойкого строительства и сейсмологии Таджикистана при научном консультировании к.т.н. В.И.Смирнова.