Чылбак А.А. Расчетные модели для сейсмоизолированных

Тувинский государственный университет ________________________________________
2. Kulikov A.N. Eksperimentalno-teoreticheskie issledovaniya svoistv fibrobetona pri
bezgradientnom napryazhennom sostoyanii v kratkovremennyh ispytaniyah / A.N. Kulikov // Avtoref. ...
kand. tehn. nauk: 05.23.01. Leningrad, 1974. 26 s.
3. Opbul E.K. Effektivnoe ispolzovanie vysokoprochnoi armatury v izgibaemyh elementah bez
predvaritelnogo napryazheniya / E.K. Opbul // Avtoref. ... kand. tehn. nauk: 05.23.01. Sankt-Peterburg,
2006. 25 s.
4. Shilov A.V. Keramzitofibrozhelezobetonnye izgibaemye element s vysokoprochnoi armaturoi
bez predvaritelnogo napryazheniya /A.V. Shilov // Avtoref. ... kand. tehn. nauk: 05.23.01. Rostov-naDonu, 1996. 28 s.
5. Shilov A.V. Soprotivlenie szhatiyu keramzitofibrozhelezobetonnyh elementov razlichnoi
gibkosti / A.V. Shilov // Avtoref. ... kand. tehn. nauk: 05.23.01. Rostov-na-Donu. 27 s.
6. Mailyan R.L. // Rekommendatsii po proektirovaniyu zhelezobetonnyh konstruktsii iz
keramzitobetona s fibrovym armirovaniem bazaltovym voloknom / R.L. Mailyan, L.R. Mailyan, K.M.
Osipov I dr. Rostov-na-Donu: SevkavNIPIagroprom, RGAS, 1996. 69 s.
Опбул Эрес Кечил-оолович – кандидат технических наук, заведующий
лабораторией Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного
университета, г. Санкт-Петербург, E-mail: fduecnufce@mail.ru
Седип Светлана Сергеевна – кандидат технических наук, доцент кафедры
городского хозяйства Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail:
sedip@list.ru
Opbul Eres – candidate of technical Sciences, head of laboratory Saint-Petersburg State
University of Architecture and Civil Engineering, Saint-Petersburg, E-mail: fduecnufce@mail.ru.
Sedip Svetlana – candidate of technical Sciences, associate professor of urban Tuvan State
University, Kyzyl, E-mail: sedip@list.ru
УДК 624.042.7
РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ СЕЙСМОИЗОЛИРОВАННЫХ
СООРУЖЕНИЙ
Чылбак А.А.
Тувинский государственный университет, Кызыл
THE ESTIMATED MODEL FOR THE DESTRUCTION OF BASEISOLATED STRUCTURES
Chylbak A.A.
Tuvan State University, Kyzyl
В статье рассматриваются основные расчетные схемы сейсмоизолированных
зданий. Дан сравнительный анализ простой одностепенной и подробной
конечноэлементной модели. Для поиска рациональных параметров сейсмоизолирующих
опор можно применить одностепенную расчетную модель. А для более конкретного
расчета с анализом напряжений и усилий в элементах здания следует применять более
сложные расчетные модели.
54
ВЕСТНИК Технические и физико-математические науки
2014/3
Ключевые слова: расчетные модели, системы сейсмоизоляции.
The article considers the basic calculation schemes destruction of base-isolated
buildings. Comparative analysis of a simple single and detailed finite element model. To search
for rational parameters of seismic isolation bearings can apply the single payment model. And
for more specific calculation with the stress analysis and effort in building elements should be
applied more complex design models.
Key words: computational model, seismic isolation system.
Расчетной моделью сооружения (конструкции) называется упрошенная,
идеализированная схема, которая отражает наиболее существенные особенности
реального сооружения (конструкции), определяющие его поведение под
нагрузкой.
Выбор расчетной модели (схемы) для сейсмоизолированного сооружения
является сложной и ответственной частью расчета. От него в первую очередь
зависит качество расчета. Расчет по неправильно выбранной расчетной схеме не
может быть достоверным даже при использовании самых точных методов. При
расчетах на сейсмическое воздействие массы (вес) нагрузок и элементов
конструкций в расчетных моделях допускается принимать сосредоточенными в
узлах расчетных схем. При вычислении массы необходимо учитывать только
нагрузки, создающие инерционные силы.
Методы расчета зданий и сооружений с системами сейсмозащиты
базируются на анализе динамических уравнений колебаний моделей при
сейсмических воздействиях. Развитие методов расчета неразрывно связано с
развитием расчетных динамических моделей и моделей сейсмических
воздействий.
На первом этапе большинство подходов были связано с анализом систем с
одной степенью свободы. Наиболее полное исследование по этому вопросу
имеется в материалах французских фирм SpieBatignolle. Расчеты выполнены
применительно к задаче оценки сейсмостойкости сейсмоизолированного здания
АЭС в г. Кольберге (ЮАР). Основной результат этих исследований сводится к
обоснованию возможности применения для расчета сейсмоизолированных
сооружений самых простых расчетных схем. Для подбора параметров
сейсмоизоляции оказалось достаточным моделировать сооружение с одной
степенью свободы. Аналогичные результаты получены в исследованиях О.А.
Савинова, В.В. Сахаровой, Т.А. Сандович и А.М. Уздина. Авторами для
оптимизации параметров демпфирования сейсмоизолирующего фундамента
использована одномассовая модель сооружения. На основании исследования
одномассовых моделей проанализированы эффекты снижения инерционных
нагрузок и повышения диссипативных характеристик, даны оценки техникоэкономической эффективности проектных решений зданий и сооружений с
новыми системами сейсмозащиты [1]. Преимущества использования
одномассовых моделей заключаются в возможности последующей разработки
расчетных алгоритмов и процедур, основанных на спектральном подходе к
определению расчетных сейсмических нагрузок на конструкции сооружений. В
этом случае представляется возможным свести расчет к привычным для
проектировщиков процедурам, принятым в нормативных документах.
55
Тувинский государственный университет ________________________________________
а)
б)
Рис. 1. Расчетные модели сейсмоизолированного здания: а) одномассная модель,
б) конечноэлементная модель
Для сравнительного анализа одностепенной и конечноэлементной
расчетных схем был выполнен расчет девятиэтажного сейсмоизолированного
здания при сейсмических воздействиях [2]. Сопоставление результатов расчетов
представлено в виде таблиц.
Таблица 1
Относительные перемещения девятиэтажного здания
Воздей max uocн Одностепенная схема
ствие
м с
Конечноэлементная схема
2
№
u п max
u max
м
м
низ
центр
верх
u МКЭ
max u МКЭ
max u МКЭ max
м
м
0,023
0,019
1
1,27
0,015
0,017
м
0,020
2
2,65
0,017
0,0182
0,0136
0,014
0,0131
3
3,46
0,053
0,065
0,046
0,048
0,04
4
2.9
0.094
0.098
0.10
0.10
0.09
Таблица 2
Абсолютные ускорения девятиэтажного здания
Воздействие
max uocн Одностепенная схема
м с
Конечноэлементная схема
2
№
uп max
2
м/с
u max
центр
uМКЭ
max
м/с2
в ерх
uМКЭ
max
низ
uМКЭ
max
м с2
м с2
1,34
1,3
1
1,27
1,298
1,3
м/с2
1,32
2
2,65
1,323
1,34
1,28
1,3
1,2
3
3,46
1,561
1,57
2,21
2,23
2,2
4
2,9
1,93
1,9
2,06
2,1
1,9
56
ВЕСТНИК Технические и физико-математические науки
2014/3
Хорошая точность системы с одной степенью свободы объясняется тем,
что сейсмоизолированное здание при расчете на сейсмическое воздействие ведет
себя как твердое тело, а нелинейность опор полностью сосредоточена в
сейсмоизолирующем слое. Для зданий ниже 12-15 этажей с жесткой
конструктивной схемой можно применять упрощенную одностепенную модель
сейсмоизолированного здания, т.к. влияние высших форм незначительно, и
здание колеблется как единое целое. При этом конструктивная система
надземной части сооружения, воспринимающая горизонтальные нагрузки,
должна быть регулярной и симметрично располагаться по двум основным осям
сооружения в плане. Поэтому для выбора проектных решений и поиска
рациональных параметров сейсмоизолирующих опор можно применить
одностепенную расчетную модель. По мере увеличения высоты здания роль
деформаций сдвига постепенно снижается, уступая место более заметному
влиянию деформаций, вызванных изгибом, начинает проявляться влияние
высших собственных форм колебаний, и следует применять более подробные
расчетные схемы. Для сооружений с регулярным конструктивно-планировочным
решением применяется консольно-балочная расчетная динамическая модель.
Расчет сооружения, имеющего нерегулярное конструктивно-планировочное
решение, следует выполнять с применением пространственных расчетных
динамических моделей зданий и с учетом пространственного характера
сейсмических воздействий.
Библиографический список
1. Савинов, О.А. Избранные статьи профессора Савинова О. А. и ключевые доклады,
представленные на 4 Савиновские чтения: [сборник] / IV Савиновские чтения, 2004, СанктПетербург. Санкт-Петербург, 128 с: ил.
2. Чылбак, А.А. Расчет и рациональное проектирование сейсмоизоляции существующих и
строящихся зданий (в условиях Республики Тыва): дис. …к.т.н. / А. Чылбак. СПб, 2009. 143 с.
3. Поляков, С.В. Опыт возведения зданий с сейсмоизолирующим скользящим поясом в
фундаменте / С.В. Поляков, Л.Ш. Килимник, Л.А. Солдатова. М.: Стройиздат, 1984.
Bibliograficheskiy spisok
1. Savinov, O.A. Izbrannye stati professor Savinova O. A. i klyuchevye doklady, predstavlennye
na 4 Savinovskie chteniya: [sbornik] / IV Savinovskie chteniya, 2004, Sankt-Peterburg. Sankt-Peterburg,
128 s: il.
2. Chylbak, A.A. Raschet i ratsionalnoe proektirovanie seysmoizolyatsii sushchestvuyushchikh i
stroyashchikhsya zdaniy (v usloviyakh Respubliki Tyva): dis. …k.t.n. / A. Chylbak. SPb, 2009. 143 s.
3. Polyakov, S.V. Opyt vozvedeniya zdaniy s seysmoizoliruyushchim skolzyashchim poyasom v
fundamente / S.V. Polyakov, L.Sh. Kilimnik, L.A. Soldatova. M.: Stroyizdat, 1984 .
Чылбак Алдынай Александровна – кандидат техническихнаук, старший
преподаватель кафедры ПГС Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail:
ertnach@list.ru
Chylbak Aldynai – Candidate of technique, Senior lecturer, Tuvan State University,
Kyzyl, E-mail: ertnach@list.ru
57