Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

«...людей убивают не землетрясения, а здания» М.А.Клячко Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Общие сведения о землетрясениях Землетрясения возникают обычно в зонах разлома земляной коры, их интенсивность в очаге измеряется шкалой магнитуд M (шкалой Рихтера), а на поверхности земли сила землетрясения I определя- ется шкалой балльности Примерно: I 1,5M -3,5lg(h 2 + d 2 ) 1/2 + 3 где глубина h и расстояние d заданы в километрах Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

От очага к поверхности распространяются глубинные волны: продольные волны сжатия и поперечные волны сдвига. При отражении глубинных волн от дневной поверхности возникают поверхностные волны Лява (сдвиги в плоскости дневной поверхности) и волны Рэлея (аналогичные волнам на воде). Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Сейсмические движения грунта определяются акселерограммами (зависимость «ускорение - время»), велосиграммами («скорость - время») или сейсмограммами («перемещение - время») Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Часто используется способ задания сейсмического воздействия с помощью спектра отклика Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Нормирование сейсмических воздействий Нормативные документы регламентируют выполнение сейсмических расчетов на базе линейно- спектральной теории. В ее основе лежат вычисленные (или замеренные) ускорения маятников с различными периодами собственных колебаний, вызванные землетрясением. Максимальные значения таких ускорений представляются в функции периода собственных колебаний маятника (пробного осциллятора) и образуют спектр реакций, который служит основой для определения сейсмической нагрузки. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

В СНиП эти данные приводятся в форме коэффициента динамичности. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Используется предположение о поведении основания сооружения как единого жесткого тела (к сожалению, без явного указания на эту гипотезу), предполагая, что все опорные точки конструкции движутся поступательно по одинаковому закону X 0 = X 0 (t). Учет вращений, сопровождающих поступательное перемещение основания, предусматривается в проекте новых норм, однако в этой части еще продолжается дискуссия. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Поступательное движение Вращение Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Сейсмическая нагрузка Расчетная сейсмическая нагрузка в точке k, соответствующая i-му тону собственных колебаний S ik = K 1 K 2 Q k A i K ik K 1 – допустимые повреждения; K 2 и K – конструкция; Q – вес массы; А – расчетная сейсмичность; Здесь форма собственных колебаний. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Динамическая модель Принятая динамическая модель определяет частоты и формы собственных колебаний. Важно правильно указать учитываемые массы и жесткости. Заметное влияние оказывают «ненесущие» элементы здания (перегородки, ограждения и т.п.). Первый тон: без перегородок – 9,6 Гц с перегородками – 13,2 Гц Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

В системе «сооружение-основание» возникает обратное воздействие сооружения на основание. Его интенсивность зависит от массы сооружения m, радиуса фундамента r = (F/ ) 1/2, плотности грунта и скорости распространения волн V. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Важно правильно выбрать число учитываемых форм собственных колебаний. Бывают случаи, когда первые 6-7 собственных форм не влияют на решение Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Для определения частот и форм собственных колебаний можно использовать блочный алгоритм Ланцоша со сдвигами. Реализованный в SCAD вариант метода оснащен механизмом подсчета процента учтенной модальной массы. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Опыт показывает, что приращение значения учтенной массы происходит негладко, и многие собственные формы практически ничего не привносят в этот показатель. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Сопоставление критерия учтенных масс и критерия реакции системы 2-я форма 1-я форма 3-я форма SRSS по 100 формам Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Сейсмическая реакция Суммирование вкладов отдельных форм колебаний нормами рекомендуется выполнять с использованием среднеквадратичной оценки Розенблюма. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Использование формулы Розенблюма «гасит» знаки модальных компонент сейсмической реакции, что может приводить к недоразумениям. Для варианта б) будут возбуждаться обе формы собственных колебаний, но тот факт, что компоненты по оси Y имеют разные знаки и гасят друг друга, окажется потерянным. В результате окажется, что возбуждаются перемещения не только по направлению действия сейсмического толчка, но и в перпендикулярном направлении. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Суммирование внутренних усилий, которые определяются для каждой из учитываемых форм собственных колебаний, также выполняют по формуле Розенблюма, и потеря знака при возведении в квадрат приводит, например, к тому, что сжато- изогнутые сечения оказываются растянуто- изогнутыми. Для борьбы с этим явлением значениям компонент вектора внутренних усилий присваиваются знаки такие, как в первой форме собственных колебаний. Но для этого нужно предположить, что именно первая форма собственных колебаний и реализует основной вклад в суммарное значение каждой из компонент вектора-ответа. А это не всегда так. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Простейшие консольные схемы, широко распространенные в практике проектирования, являются данью традиции «ручного» расчета. Более того, они маскируют некоторые реальные эффекты поведения конструкций, что приводит к необходимости искусственного введения эксцентриситетов (см. п норм), чтобы учесть крутильные колебания. Можно ввести массы с коэффициентами f и 2- f на разных половинах схемы. Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Предположение о синхронном движении всего основания недопустимо использовать, когда размеры сооружения сопоставимы с длиной сейсмической волны. N 17,max = 6,165 (14,606) N 17,min = -5,637 (-16,796) синхронно Не синхронно Пролет 266 м Длина волны 432 м Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Направление действия сейсмической нагрузки задается в программе с помощью направляющих косинусов. Требуется перебрать множество таких направлений, чтобы найти найневыгоднейшее, и они оказываются различными для разных факторов. Детальные рекомендации приведены в нормах проектирования атомных объектов: S = S x + 0,4S y + 0,4S z ; S = 0,4S x + S y + 0,4S z ; S = 0,4S x + 0,4S y + S z ; S = (S x 2 + S y 2 + S z 2 ) 1/2 Направление действия Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Было интересно проверить, что происходит в зданиях, где не выполняются конструктивные рекомендации для строительства в сейсмических районах, и для этого выполнены расчеты недавно построенного в Киеве здания. По сравнению с обычным расчетом, не учитывающим сейсмическое воздействие, расчетные усилия в некоторых несущих элементах возросли на 15% при сейсмичности 5 баллов и на 40% - при 6 баллах. Здания обычной застройки Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD

Имеются многочисленные примеры увеличения уровня сейсмичности уже застроенных территорий, например, вследствие техногенных влияний. Многие регионы изменили уровень сейсмичности при введении новых карт сейсморайонирования России Оценка возмож- ного уровня увеличения сотрясаемости (Укргеология) Расчет на сейсмические воздействия в системе SCAD