Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение надежности сооружений(зда-ний), проектируемых для строительства в'сейсмоопасных районах, при возможно минимальных затратах на антисейсмическое усиление является актуальной проблемой сейсмостойкого строительства. С этой целью предложено множество вариантов активных методоь сейсмозащиты сооружений. Наиболее практически приемлемыми из них признаны системы сейсмозащиты с выключающимися и включающимися связями, системы сейсмоизоляции со скользящим фундаментом, а также кинематическими фундаментами. Одним из основных факторов, сдерживающих их широкое применение, является недостаточность исследований надежности при воздействии землетрясений с различными вероятностными и спектрально-временными характеристиками. Количественные показатели надежности сооружений позволяют оценить уровчи риска принимаемых решений, провести оптимизационные раачеты, выбрать лучший вариант конструктивного решения и определить области рационального применения систем сейсмозащиты.
Включение элементов сейсмозащиты в работу сооружения в процессе сейсмических колебаний приводит к созданию благоприятных резервных состояний, предшествующих предельному состоянию основных несущих конструкций. Поэтому к разработке методов расчета надежности нестационарных линейных и нелинейных систем, каковыми являются сооружения с сейсмозашитой, удобно подходить с позиции резервирования. Резервирование сооружений - понятие более широкое, чем сейсмозашита. Оно охватывает все аспекты обеспечения надежности сооружений с помощью специально вводимых в их структуру элементов, называемых резервными элементам!!.
Разработанные в диссертации методы расчета надежности и оптимального проектирования сооружений с резервированием бносят определенный вклад в совершенствование норм* расчета сооружений на сейсмические воздействия. Полученные результаты способствуют более широкому внедрению высокоэффективных способої обеспечения сейсмостойкости, что имеет вахное народнохозяйственное значение.
целью работы является:
1. Разработка методов расчета надежности сооружений с резервированием (с выключаюиимися и Бключащимиея элементами, со скользящим фундаментным пенсом и кинематическими фундаментами) при сейсмических воздействиях на основе- нестационарных линейных и нелинейных расчетных моделей.
2. Выбор рациональных параметров и вариантов конструктивного
рси;е?;;:л систем резервирования сооружений путем исследования сейс-;,'лчэс^:х реакций и оптимизационных расчетов с учетом надежности в ус::о:.;:лх неопределенности и неполноты исходной сейсмологической информации.
Для достижения поставленной цели предусматривалось:
рассмотреть методы еейсмозащиты и сейсмоизоляции сооружений с позиции резервирования, учитывая, что включение и выключение резервных элемектов в процессе сейсмических колебаний сооружений приводят к созданию в них безотказовых резервных состояний;
выявить особенности и типы резервирования строительных систем, а такхе разработать характерные им динамические схемы состояний к грс!)Ы переходов, позволяющие наглядно представить эволюцию состояний систем и обобдить модели расчета надежности;
разработать 'аналитические модели расчета надежности нестационарных линейных и нелинейных систем сейсыоващиты и сейсмоизоляции, к:..к имэи:;;:е существенные преимущества в снижении расхода машинного времени по сразненио с расчетами надежности на ЭВМ методом статис-тнчссіїих испытаний (Монте-Карло);
разработать ачгорит.ці и программы расчета на ЭВМ сейсмических р.?.:;ціїй и наде.глостп сооружений с сейсмозащитой и сеисмоизоляциеи с учетсм сильных нэлинейнсстей, образуемых упругопластической работой резервных элементов и упорами* системы о жесткие ограничители;
определить рациональные параметры резервных элементов и з$~ фо;;тиБі;иа варианты резервирования сооружений в условиях неопределенности и неполноты информации о спектральных характеристиках о.с-'дас'ллх сейсмических воздействий;
Поработать методику оптимизационного расчета сооружении с ргоерднровашіем с приііенениєм вероятностно- экономического критерия оптимизационного расчета.
УзХ'Ш^-Ііоі'ІЇЗі1?!_0Эботы заключается:
а) в обосновании подхода к обеспечению надежности сооружений "Г-н оо;"".'?;й"ееиг.: "содействиях с позиций резервирования' а также в ,":.:.; о.:!;;;і! особенноjtgh и типов резервирования строительных соору-г.еп>"й;
0) j> разработке- аналитических у.с-тодсв расчета надежности соо-у\:.:-\:;.ї с y.^pBV'pOi-'iHiK'M на сенові коетациона^пич л^-ейнч/. и не-
-з-.
линейных расчетах моделей и представления сейсмц'-.эского воздействия в виде стационарного и нестационарного случайных процессов, включающем:
- модели оценки надежности одно и многомассоЕііл адаитисних
систем с выключающимися и включакшцмгся связями, расположен:;:...:л
как в нижнем уровне, так и по шюге сооружения;
модели оценки надежности конструкций с параллельным резервированием элементов с учетом перераспределения статических п динамических нагрузок в процессе исчерпания резервных состомкпй;
аппроксимирующее нелинейные зависимости "перемецэние-резк-ция" и приближенные методы расчета вероятностной сейсмг-ксксй реакции и надежности сосружэк::й с сейсмспзслируккзз.: скольелц;:!.; д.ук-даменткьм пенсом и кинематическими фундаментами;
' в) в выявлении особенностей сейсмических колебании, б опреде- лении рациональных параметров и вариантов резервирования рамных систем с хрупковыключающимися связями, пластическими элемента!.!:; и ограничителями перемещений;
г) в выявлении особенностей сейсмических колебаний зданий с
сейсмоизолирующим скользящим фундаментным поясом, кинематическим
фундаментом'и Катковыми опорами, а также з Еыборе рациональных па
раметров и вариантов конструктивнсго решения систем сейемоизоляции
в условиях неопределенности и неполноты информации о спектральных
характеристиках ожидаемых сейсмических воздействий;
д) в разработке методики оптимизационного расчета с учетом
надежности сооружений с элементами разной степени ответственности,
в том числе с резервными;
е) в разработке методики прогнозирования степеней повреждения'
.и обеспечения надежности сооружений яри последовательном воздейс
твии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени;
Достоверность результатов подтверждается сравнением графиков показателей'надежности сооружений, полученных по аналитическим вираженням и расчетами численными методами на ЭВМ и АВМ, а также с результатами,, опубликованными другими авторами.
Практическая ценность работы заключается в том,что: обоснование эффективности подхода к обеспечению надежности сооружений путем резервирования открывает, широкую перспективу для совершенствования конструктивных решений сооружений и снижения начальных затрат на антисейсмическое усиление;
разработанные методы расчета надежности сооружений, в которых путем резервирования обеспечивается управляемое регулирование ди-начических характеристик и развитие неупругих деформаций, дает возможность оптимально гроектировать их в сейсмоопасных районах;
выявленные рацион-;:»ьные параметры резервных элементов и варианты резервирования сооружений позволяют существенно повысить эффективность систем сейсмозащнты и сейсмоизоляции и расширить области их практического применения;
приведенная методика оптимизационного распета сооружений, проектируемых для строительства в . сейсмоопасных районах, вносит определенный вклад в развитие вероятностно-экономического подхода к расчету строительных конструкций;
предложенная методика прогнозирования степеней повреждения соорукен.:й при последовательном воздействии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени дает возможность определить требуемую степень начального усиления сооружений при возможности как основного, так и афтершокового и(или) форшокового воз-дейстьлй.
Реализация исследований. Работа, выполненная автором, осуществлялась по плану научно-исследовательских работ Госстроя СССР в рамках вадания программы 05.01.11 научно-технической программы 0.74.03 на 1986-1991 г.г. "Разработать и внедрить в практику народного хозяйства.методы оценки опасности и комплекс мероприятий для уменьтиэиия ущерба от землетрясений, цунами и вулканических из- ' Еор;:-:ений", а также по теме 3.16 плана 3-го направления НТП "Строительство" Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию на 1901-1993 г.г.' -"Разработка, исследование и внедрение способов и конструктивных мероприятий повышения надежности новых и реконструируемых зданий в сейсмоопасных районах".
Результаты исследований использованы при разработке:
"Рекомендации по проектирования зданий с выключающимися связями". М. 1988 г.; ' '
"Рекомендации по проектированию в горных районах Дагестана _ ,:іі'й со стенами из местного материала и сейсмоиэолпрующкми опо-л=імн". Махачкача, 1992 г.;
проекта десятиэтажного крупнопанельного здан'/л со скользящим Дупл^-ментным поясом и выключающимися элемента?:; для - ?роительства
г> :)-'г*' c^i^."u-iir.ix участках г. i-лахачкзлы.
РазраЗотанные сейсмоизолииукщіе трубсбетс; чиє катьэвие опоры
. 5 -приняты к внедрению Агропромстроем Дагестана и использованы в проекте, экспериментального здания со стенами из бутового камня.
Результаты исследования внедрены в' учебный процесс строительного факультета Дагестанского политехнического института - е курс леций "Сейсмостойкое строительство", в дипломное проектирование студентов и в учебно-исследовательские работы студентов, специализирующихся по кафедре строительных конструкций.
Апробация работы. Отдельные результаты диссертации догладывались:
на Всесоюзной конференцій "Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике" в 1978 году (г. Вилькос);
на 5-й 1981 ґода и 8-й 1985 года научно-практических' конференциях молодых ученых Дагестана (г. і/ьгачкала);
на координационном совещании но оптимальной .надежности сооружений (тема СД9Д1) в 1984 году Гг. Алма-Ата);
на 6-й Европейской конференции по сейсмостойкому строительству в 1978 г. (г. Дубровник);
на 9-й Европейсісой гонферекцкк по сейсмостойкому строительству в 1990 г. (г. Москва);
на ежегодных заучно-техничг:кух конференциях Дагестанского политехїіического института в 1980-1993 г.г.;
на научно-техническом совете Министр-, тва строительства и архитектуры Дагестана в 1990-1993 г.г.;
- на объединенном семинаре Центра сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. Кучеренко.
Публикации. Автором опубликовано боле,- 25 научных работ, б том числе 2 монографии в соавторстве. Спис с: 15 основных рк5от аг-тора по теме диссертации помещен в конце'автореферата.
Структура и объем работы.' Диссертация состой? из введения. первой главы, двух частей, каждая из которых, в сбою очер-д: . включает по три главк, заключения, списка литературы и прилоленпя.