Введение к работе
Актуальность темы. В теории и практике сейсмостойкого строительства ключевой является проблема определения сейсмических воздействий на здания и сооружения. В настоящее время достаточно полно разработаны расчетные схемы и математические модели сейсмостойких строительных коиструкиий. Что касается воздействий на сооружения при землетрясениях, взрывах и т.д., то для их описания нет единой методики, учитывающей реальные геологические условия, особенности протекания временных процессов, случайный характер пространственных пеоднородностей фунта и другие параметры, влияющие иа характер динамического процесса.
Сейсмическая волна, воздействующая на сооружение, формируется в зависимости от большого числа неконтролируемых факторов. К ним относятся расстояние до ячага и эпицентра, структуры горных пород на пути распространения и их физпко-механячесіаіе свойства, спектральный состав движения и т.д. Учесть все эти факторы в единой модели практически невозможно. В то же время, создание соответствующей методик!», учитывающей предысторию процесса, по-видимому нецелесообразно с точки зрения задач проектирования. Грунтовый массив, представляющий собой, как правило, пространственно-неоднородную среду, обладает "сглаживающими" свойствами. При этом параметры волны в основном формируются в зависимости от статистических характеристик пород в зоне застройки, с учетом интерференции взаимодействующих волновых фронтов, дифракции на различных препятствиях, отражения и прохождения на границах грунтовых массивов н фундаментов сооружешій.
Определение сейсмических воздействии должно базироваться прежде всего на имеющихся экспериментальных данных сейсмологической службы, а также на результатах геолопгчесюи обследований в районе застройки.
Интенсивность движения эсг.шой коры при землетрясении определяется по существующим нормативным документам, на основании которых проведено районирование территории страны по балльности.
Характер развития процесса во времени устанавливается путем статистической обработки типовых сейсмограмм и акселерограмм для данного района застройки. В настоящее время хорошо разработаны
способы аппроксимации этих данных и модели стационарных и нестационарных процессов, описывающих землетрясения. Значительно меньше внимания уделяется анализу влияния на волновые процессы физико-механических свойств неоднородного подстилающего массива, статистических характеристик пространственных неоднородностей, то есть дисперсии модулей, их корреляционных функций, спектральных плотностей.
В этом случае задача сводится к выявлению влияния случайных неоднородностей грунтового массива в зоне сооружения на характер и параметры сейсмической волны, причем вероятностные характеристики как бы "привязаны" к конкретному району застройки.
Вопросам распространения волн в случайно-неоднородных упругих средах посвящены разработки специалистов в области строительной механики, теории упругости, акустики, геофизики. В области сейсмостойкого строительства, где учет реальных стохастических свойств подстилающего массива существенно меняет представление о характере и масштабе сейсмического воздействия, эти исследования приобретают . особое значение. Большой вклад в развитие теории и практики внесли работы, выполненные Я.М. Айзенбергом, И.Х. Алиевым, А.С. Ахматовым, В.В. Болотным, М.Ф. Диментбергом, А.М. Жаровым, В.И. Кля-цкиным, И.Х. Костиным, О.В. Лужиным, В.М. Лятхером, Б.П. Макаровым, А.С. Моннным, Г.П. Никипорцем, Н.А. Николаенко, Ю.Н. Новнч-ковым, В.Д. Райзером, А.Р. Ржашщыным, СМ. Рытовым, А.Е. Сарг-сяном, В.А. Светлицким, Н.Н. Складневым, Д.Н. Соболевым, Р.Л. Стра-тоновнчем, В.И. Татарским, С.А. Тимашевым, СВ. Ульяновым, И.Г.Филипповым, А.И. Цейтлиным, Л.А. Черновым, А.С. Чиркнным, Г.Э.Шаб-линским, В.И. Шейниным, А.М. Ягломом а также КАки, Дж. Бен-датом, А-Исимару^ С. Крэвдаллом, А.Пирсолом, П.Ричардсом и другими авторами.
Кроме задач сейсмостойкого строительства, систематическое описание и изучешіе сейсмических воздействий имеет большое значение для обеспечения безопасности населсшш, научного исследования н эволюции Земли, в разведке полезных ископаемых, поиске месторожденш! нефти и газа. Особое зн&чение приобретают сегодня эти вопросы в связи с проблемами, касающимися обнаружения ядерных взрывов,.распознавания их среди естсствеїшьіх землетрясений.
Указашиае обстоятельства определяют актуальность выполненной работы, как для инженерной практики, так и для развития совремеїшьіх статистических методов строительной механики.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Московского Государственного Строительного Университета (МГСУ) ч.Ш "Развитие теории и методов расчета строительных конструкций", п.3.2.2 "Исследование всех видов воздействий на сооружешш".
Научная новизна работы заключается:
в разработке метода исследования распространения сейемнчесгак волновых фронтов в случайно-неоднородных упругих средах и оценке их воздействия на сооружения с учетом расположения площадки застронкн относительно эпицентральной зоны;
в разработке метода определения статистических характеристик случайных как по времени, так и по координатам сейсмических волновых полей;
в разработке методики определеїшя коэффициентов отражения и прохождения волновых фронтов, распространяющихся в случайно-неоднородных упругих средах, на границе между грунтовым массивом в районе застройки и фзндаментом здания или сооружения (на примере продольной сейсмической волны (волны Р-типа), вертикально-поляризованной поперечной сейсмической волны (волны SV-типа), горизонтально-поляризованной поперечной сейсмической волны (волны SH-типа));
в разработке методики учета возможной дифракции сейсмические волновых фронтов , воздействующих на здания и сооружения, на препятствиях в районе застройки для упругих случайно-неоднородных сред распространения;
в разработке методики учета возможной шггерферепцин сейсми-чесіаїх волновых фронтов , воздействующігх па здания и сооружения, в районе застройки для случайно-неоднородных упрупос сред распространения;
в разработке расчета здашій и сооружений на сейсмостойкость с учетом явлений интерференции, дифракции а также отражения и прохождения волновых нолей т границе между фундаментом сооружения и грунтовым массивом и районе застройки для случайно-неоднородных сред распространения.
Достоверность основных результатов и гыводов диссертации вытекает из обосповашюсти тсореппсских положили, используемых в работе, а также из сравнения с экспериментальными данными и данными других исследований.
Практическое значение работы заключается в предложеіпп-гх ана-
- б -
лнтическоіі методике и пакете программ для ЭВМ, которые применены при расчете статистических характеристик сейсмических волн и сейсмостойкости сооруженніі. Результаты диссертации внедрены в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и Научно-инженерном центре "Надежность и ресурс больших систем машин" УРО АН России.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:
Всесоюзной конференции по проблемам оптимизации и надежности в строительной механике (Вильнюс, 1988г.);
научном семинаре ЦАГИ им Н.Е. Жуковского (Москва, 1991г.);
научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ МИСИ им. В.В. Куйбышева (Москва,, 1988-1992п\);
Российско-Польской конференции "Теоретические основы строительства" (Москва, 1993г.);
научном семинаре Научно-инженерного центра "Надежность и ресурс больших систем машин" УРО АН России под руководством профессора, д.т.н. С.А. Тимашева (Екатеринбург, 1994г.);
научном семинаре института Проблем Мехаїшки АН России (Москва, 1994);
заседании кафедры Строительной механики МГСУ (Москва, 1994г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, сводки основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 383 страницы, в том числе 286 страниц машинописного текста, 93 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 296 наименований, приложения на 22 страшщах.