38
2-SHO’BA: JAHONNING, TURLI MAMLAKATLARIDA SEYSMIK
IZOLYATSIYA VA BOSHQA INNOVATSION SEYSMIK HIMOYA
TEXNOLOGIYALARI TIZIMLARIDAN FOYDALANISH TO’G’RISIDA SEYSMIK
IZOLYATSIYA QILINGAN BINO VA INSHOOTLARNI ZILZILAGA CHIDAMLI
QURILISH UCHUN KONSEPTUAL YONDASHUVLAR
ОЦЕНКА РЕАКЦИИ ИЗОЛИРОВАННОЙ СУПЕРСТРУКТУРЫ НА
СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Низомов
1
Д.Н., Каландарбеков
2
И.К., Каландарбеков
2
И.И.
1
Институт геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии НАН
Таджикистана
2
Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими
Введение:
В настоящее время одним из наиболее перспективных методов
активной сейсмозащиты зданий и сооружений является сейсмоизоляция.
Сейсмоизоляция является одним из основных способов обеспечения сейсмостойкости
зданий и сооружений [1,3,5,6]. Основная идея сейсмоизоляции состоит в том, чтобы
увеличить основной период свободных колебаний здания и выйти из области
преобладающих периодов сейсмических воздействий. Все виды системы
сейсмоизоляции соответствуют общему принципу, по которому структура разбивается
на две части и между ними устанавливается сейсмоизоляция. Часть фундамента, которая
опирается на грунт, называется субструктурой, а другую часть – суперструктурой [1].
Следовательно, защищаемый объект состоит из трёх составных частей: субструктура;
сейсмоизоляция и суперструктура.
Методы исследования: В данной работе используется численное моделирование
на основе метода последовательных аппроксимации. Уравнение движения
суперструктуры представляется в виде
(
)
S
S
S
S
S
S
S
g
b
z
w
+
+
= −
+
M W
C W
K W
M I
, (1)
здесь
,
,
S
S
S
−
M C K
диагональная матрица масс, матрицы затухания и
жёсткости,
1
2
,
,...,
,
,
S
n
S
S
w w
w
=
−
W
W
W
векторы относительных смещений,
скоростей и ускорений,
,
b
g
w z
−
относительное ускорение массы фундаментной плиты
b
m
и ускорения грунта соответственно,
−
I
единичный вектор влияния.
Уравнение движения массы фундаментной плиты
b
m
имеет вид
1
1
1
1
b
b
b
b g
m w
f
k w
c w
m z
+
−
−
= −
, (2)
где
b
f
−
восстанавливающая сила сейсмоизоляции,
1
1
,
k c
−
коэффициенты
жёсткости и демпфирования первого этажа.
Динамическое поведение сейсмоизолирующих опор в виде графика зависимости
восстанавливающей силы от смещения обычно аппроксимируется либо билинейной,
либо эквивалентной линеаризованной моделями.
Согласно [6] нелинейный закон изменения восстанавливающей силы может быть
заменён эквивалентной линейной модели на основе эффективной упругой жёсткости и
эффективного вязкого затухания
b
eff
b
eff
b
f
k w
c w
=
+
, (3)
2
0
2
/
,
eff
k
k
f
= +
2
,
eff
eff
eff
c
=
2 /
eff
eff
T
=
,
2
/
eff
eff
T
k g
=
,
здесь
−
масса суперструктуры,
g
=
,
,
eff
eff
T
−
эффективные коэффициент
затухания и основной период свободных колебаний изоляции.
39
Для численного решения задачи по определению сейсмической реакции
суперструктуры, векторы скоростей и ускорений в (1) и (2) аппроксимируются
выражениями [4]
(
)
1
2
1
1
3
1
2
i
i
i
i
i
i
i
W
W
W
W
W
−
−
−
=
−
−
−
,
(4)
(
)
1
1
2
1
3
1
i
i
i
i
i
i
i
W
W
W
W
W
−
−
−
=
−
−
−
,
(5)
здесь
i
−
шаг интегрирования на отрезке времени
1
,
i
i
t
t
−
, который зависит от шага
оцифровки заданной акселерограммы,
,
j
j
−
коэффициенты аппроксимации [4].
Внося (4) и (5) в (1) и (2) получим систему алгебраических уравнений, которая решается
на каждом шаге по времени итерационным методом Зейделя [4].
Результаты исследования: Реализацию алгоритма рассмотрим на примере
многоэтажного здания при различных воздействиях.
Пример 1. Исследуется свободные колебания. Исследуется 10-этажное каркасное
здание размерами в плане 36×18 м, сеткой колонн 6×6 м, высота этажа
3
h
=
м. Сечение
колонн – 0,5×0,5 м, сечение ригелей – 0,3×0,45 м, толщина плит – 0,2 м. Общая масса
суперструктуры
составляет
564,35
тс
2
/м:
1
11
42,12
m
m
=
=
тс
2
/м;
2
3
10
51,79
m
m
m
=
=
=
=
тс
2
/м.
Для
изоляции
здания
используются
18
резинометаллические опоры (РМО) типа SI-H 500/102 фирмы«FIP Industriale». Параметр
затухания для суперструктуры
0,05
=
, а для изоляции
0,1
eff
=
.
На рис.1 представлены графики свободных колебаний многомассовой системы
без учёта затухания, полученных для модели без сейсмоизоляции (кривая 1) и с учётом
сейсмоизоляции (кривая 2) от внешних воздействий в виде начальной скорости. Кривые
на рис.1 получены в предположение, что все массы здания приобретают одинаковую
начальную скорость.
Рис.1.
Графики свободных колебаний модели здания без сейсмоизоляции и с учетом
сейсмоизоляции
На рис.2 представлены колебания с учетом затухания, соответствующие массам
1
b
m
m
=
и
11
m
для модели с сейсмоизоляцией (кривые 2,3) и массе
11
m
для модели без
сейсмоизоляции (кривая 1).
40
Рис.2.
Свободные колебания с учетом затухания
Пример 2. Вынужденные колебания. Рассматривается многоэтажное здание с
параметрами, приведенными в примере 1, под воздействием гармонического ускорения
основания
0
0, 4
sin
4 sin
A
A
A
g
t
t
=
,
где
2 /
A
A
T
=
−
частота колебаний акселерограммы. На рис.3 представлены графики
ускорения массы
11
m
(кривые 2 и 3) модели сейсмоизолированного здания, полученные
при различных значениях периода гармонического внешнего воздействия.
Рис. 3.
Вынужденные колебания от гармонического воздействия ускорения на опорной
части при различных периодах
A
T
.
Видно, что при приближении периода вынужденных колебаний к основному
периоду свободных колебаний здания наступает резонансный режим, и амплитуды
неуклонно увеличиваются. Это результат подтверждает достоверность данных
свободных колебаний. Можно также заметить, что в резонансном режиме
колебательного процесса (кривая 3) проявляются высокочастотные гармоники.
Пример 3. Действие заданной акселерограммы. Численное решение
динамической задачи по расчёту сейсмоизолированного здания от сейсмического
воздействия в виде акселерограммы землетрясения рассмотрим на примере с исходными
данными, приведенными в примере 1. Получены результаты от синтезированной
акселерограммы СА-482 [2] и аналоговой акселерограммы El Centro. На рис.4 приведены
графики колебания ускорения массы
11
m
от действия синтезированной акселерограммы
СА-482 (кривая 1) с учетом (кривая 2) и без учёта сейсмоизоляции (кривая 3).
41
Рис.4.
Сравнение результатов ускорения массы
11
m
от действия синтезированной
акселерограммы СА-482.
Результаты численного моделирования от действия акселерограммы El Centro
приведены на рис.5. Сравнение результатов показывает, что максимальное значение
ускорения от действия синтезированной акселерограммы примерно в два раза больше
чем от акселерограммы El Centro.
Рис.5.
Графики ускорения массы
11
m
модели здания без сейсмоизоляции (кривая 1) и с
сейсмоизоляцией (кривая 2) от действия акселерограммы El Centro
Графики изменения во времени сдвигающей силы в основании здания,
определяемая как сумма инерционных сил сосредоточенных масс здания, показаны на
рис.6. Максимальное абсолютное значение сдвигающей силы, равное 2,49∙10
3
тс
(2,49∙10
4
кН), соответствует моменту времени
5,86
t
=
c. Этому же моменту времени
соответствует максимальное абсолютное значение опрокидывающего момента (рис.7),
4
0
5,19 10
M
=
тс∙м (
5
5,19 10
кН∙м).
Рис. 6.
Сдвигающая сила в основании здания без сейсмоизоляции (кривая 1) и
сейсмоизоляции (кривая 2) от действия акселерограммы El Centro.
42
Обсуждения результатов исследования: Необходимо отметить, что максимальные
значения
0
M
и
0
Q
соответствует моменту времени возникновения максимального
ускорения массы
11
m
(рис.6) в модели здания без сейсмоизоляции. Такая зависимость с
учётом сейсмоизоляции не наблюдается.
Вывод: Разработанные алгоритм и компьютерные программы численного
моделирования динамических задач позволяют исследовать свободные и вынужденные
колебания зданий с сейсмоизоляцией при различных воздействиях. Полученные
результаты численного решения, на основе разработанных алгоритмов и программ,
подтверждают эффективность сейсмоизолирующих резинометаллических опор.
ЛИТЕРАТУРА
1
.
Айзенберг,
Я.М.
Методические
рекомендации по
проектированию
сейсмоизоляции с применением резинометаллических опор / Я.М.Айзенберг, В.И.
Смирнов, Р.Т.Акбиев //– М.: РАСС, 2008, 46 с.
2. Ветошкин, В.А. Синтезированная модель сейсмического воздействия / В.А.
Ветошкин //- Л.: Труды ЦКТИ, 1984, вып. 212. - С. 41-52.
3. Низомов, Д.Н. Анализ сейсмического риска многоэтажного здания на основе
расчёта с учётом упругопластических деформаций / Д.Н. Низомов// В сб.: Снижение
сейсмического риска зданий и сооружений г. Алма - Aты при сильных землетрясениях,
2007. - С. 194-200.
4.Низомов, Д.Н. Метод сосредоточенных деформаций/ Д.Н. Низомов, И.
Каландарбеков // – Душанбе: Дониш, 2015, 435 с.
5. СП. Здания сейсмостойкие и сейсмоизолированные. Правила проектирования
/В.И.Смирнов, А.А.Бубис //Центр исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК
им. В.А. Кучеренко, Институт ОАО НИЦ Строительство. – М.: Мин. регион России,
2013, 45 с.
7. Uniform Building Code, International conference of building officials, Whittier;
California, USA, 1997. - Р. 1079.
ZILZILAGA CHIDAMLI, ENERGIYA TEJAYDIGAN KAM QAVATLI QURILISH
UCHUN KONSEPTUAL YONDOSHUVLAR.
assistent A.E. Berdimurodov
PhD doktorant Z.S.Tulyaganov
Toshkent arxitektura – qurilish universiteti, O’zbekiston
Annotatsiya: Yuqori energiya samaradorligi va uzoq umr ko'rish bilan zilzilaga
chidamli kam qavatli binolarni qurish uchun yangi texnologiya taklif qilindi. Taklif etilayotgan
texnik yechim tabiiy va texnogen kataklizmlarga chidamliligi oshgan kam qavatli binolarni
qurishga imkon beradi. Bino bir vaqtning o'zida karkasli (quvurli betondan yasalgan) va to'liq
monolitdir, bu erda poydevor, barcha devorlar, pollar va tomlar polistirol beton bilan
to'ldirilgan, har xil zichlikda va bitta monolitik tuzilmani hosil qiladi.
Kalit so'zlar: Zilzilaga chidamlilik, energiya samaradorlik, quvur beton, monolit
polistirol beton.
Аннотатция: Предложена
новая
технология
строительства
сейсмоустойчивых малоэтажных зданий с высокой энергоэффективностью и
увеличенным сроком эксплуатации. Предложенное техническое решение позволяет
строить малоэтажные здания с повышенной устойчивостью к природным и
техногенным катаклизмам. Здание одновременно является каркасным (выполненным из
трубо бетона) и полностью монолитным, где фундамент, все стены, перекрытия и
