Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ 8
1.1. Исторические предпосылки 8
1.2. Особенности нормативного метода расчета конструкций на сейсмостойкость 9
1.3. Основные положения теории сейсмического риска 15
1.4. Представление случайных полей сейсмических воздействий 24
1.5. Методы вероятностного расчета зданий и сооружений на сейсмические нагрузки 42
1.6. Методы оценки надежности строительных конструкций 50 Выводы по главе 1 56
ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ СООРУЖЕНИЯ И СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 58
2.1. Моделирование акселерограмм сейсмического воздействия 58
2.2. Расчетные динамические модели зданий и сооружений 66
2.3. Методика расчета сооружений на динамические воздействия с применением программного комплекса, основанного на МКЭ 71
2.4. Формирование динамической модели и решение вероятностной задачи расчета сооружения на сейсмическое воздействие методом статистического моделирования 75 Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ВЕРОЯТНОСТНОМ РАСЧЕТЕ СООРУЖЕНИЙ, ЗАДАННЫХ МОДЕЛЬЮ МКЭ 84
3.1. Математическая теория планирования эксперимента 84
3.2. Расчет стохастических систем методом статистической линеаризации 86
3.3. Примеры вероятностного расчета зданий 88 Выводы по главе 3 107
ГЛАВА 4. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛИЗ СПЕКТРА ОТКЛИКА ПРИ СЛУЧАЙНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 108
4.1. Учет влияния статистической изменчивости параметров спектральной плотности а и в при аналитическом решении 108
4.2. Применение метода планирования эксперимента при решении вероятностной задачи построения спектра отклика 115
4.3. Оценка надежности и уровня риска сооружения 128 Выводы по главе 4 131
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Расчеты зданий и сооружений на сейсмические нагрузки связаны с высокой степенью неопределенности: амплитуда, спектральный состав, направление и продолжительность воздействия являются случайными параметрами. Поэтому обеспечить безопасность сооружения можно лишь с определенной степенью вероятности. Действующие нормы учитывают случайную природу сейсмических нагрузок, но заложенный в их основу детерминированный расчет не позволяет количественно оценить величину риска рассматриваемого проектного решения, а следовательно, обосновать мероприятия по снижению риска до социально приемлемого уровня. Для зданий и сооружений, проектируемых в сейсмически опасных районах, актуальной является задача перехода от расчетов по методу предельных состояний к расчету по предельно допустимому риску.
Разработка методов оценки риска строительных конструкций при сейсмических воздействиях связана, прежде всего, с разработкой пространственных стохастических динамических моделей зданий и сооружений, представлением сейсмических нагрузок в виде пространственно-временных случайных полей, методов вероятностного расчета стохастических систем, методов построения функции риска.
Наиболее сложным этапом при оценке риска является проведение вероятностных расчетов. Классические методы вероятностного расчета сооружений предназначены в основном для аналитических моделей балок, стержней, плит и других конструкций.
В последнее время появилось множество программных комплексов, реализующих моделирование и расчет зданий и сооружений с применением метода конечных элементов (МКЭ) и позволяющих решать динамические задачи в пространственной постановке. Но вероятностные задачи для дискретных моделей МКЭ могут быть решены только на основе метода статистических испытаний, который мало пригоден для практического решения вероятностных задач. Особые сложности возникают при оценке уровня риска. Так, для построения области надежности при малых вероятностях требуются десятки тысяч испытаний. Поэтому задача создания эффективных практических методов вероятностного расчета для дискретных моделей зданий, сооружений и оценка их надежности является актуальной.
Цель исследования заключается в проведении вероятностного анализа работы зданий как пространственных дискретных стохастических систем на действие сейсмической нагрузки, разработке практической методики их вероятностного расчета и оценки надежности.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: -разработка вероятностной пространственной модели сейсмического воздействия;
-разработка методики моделирования расчетных акселерограмм сейсмического воздействия;
-разработка дискретной пространственной стохастической динамической модели здания;
-разработка инженерного метода решения вероятностной задачи сейсмического расчета зданий как пространственных систем и обоснование области применения данного метода;
-исследование влияния параметров спектральной плотности и интенсивности землетрясения на отклик системы.
Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем: -предложена методика моделирования реализаций случайных процессов при вероятностных расчетах зданий и сооружений с использованием стандартных программных комплексов;
- предложен инженерный метод решения вероятностных задач на основе пространственных моделей МКЭ;
- обосновано применение метода линеаризации для вычисления выходных вероятностных характеристик дискретных стохастических систем;
- получены результаты исследования влияния параметров спектральной плотности землетрясения на отклик системы.
Практическое значение проведенных исследований заключается в создании эффективной методики вероятностного расчета на сейсмические нагрузки, позволяющей на основе применения стандартных программных комплексов получить количественную оценку сейсмической надежности (риска) зданий и сооружений.
Степень обоснованности
Научные положения, выводы, рекомендации, изложенные в диссертационной работе, подтверждаются применением известных методов расчета напряженно-деформированного состояния конструкций, тестированием используемого программного обеспечения и сопоставлением полученных результатов с результатами экспериментов других авторов.
На защиту выносится:
- пространственная стохастическая динамическая модель здания;
- вероятностная модель сейсмического воздействия;
-методика вероятностного расчета зданий и сооружений как пространственных систем;
- инженерный метод оценки сейсмической надежности (риска) зданий и сооружений. Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции "Наука, техника и технология нового века" (Нальчик 2003 г.), на IV Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград 2005 г.), на второй Всероссийской научно-технической конференции "Наука, техника и технология XXI века" (Нальчик 2005 г.), на ежегодных научно-технических конференциях в ВолгГАСУ, на совместном заседании кафедр Строительной механики и Строительных конструкций, оснований и надежности сооружений ВолгГАСУ (Волгоград 2006 г.). По теме диссертации написано 4 статьи.
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложена на 155 страницах, содержит 27 рисунков и 46 таблиц. Список используемой литературы включает 225 наименований.
