автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Спектральный метод определения сейсмонапряженного состояния обделок транспортных тоннелей

СССР

ЫИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИМ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ЦНИИС)

На правах рукописи

КУЗЬМИН АНДРЕЯ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 624 133:699.341

СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕПСИОНАПРЯХЕПНОГО СОСТОЯНИЯ ОБДЕЛОК ТРАНСПОРТ 1ШХ ТОННЕЛЕЙ

Специальность: es.23.l5 - Мости п транспортные тойнели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Октябрьской Революции научно-исследовательской институте транспортного строительства МинтрансстРОЯ СССР.

Научные руководители: - доктор технических наук,

профессор И.Я. ДОРИАН

- доктор технических наук, профессор H.H. ШАПОШНИКОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Д.М. ГОЛИЦЫНСКИЯ

- кандидат технических наук В.Е. ДЕНИСОВ

Ведущая организация - Государственный проектно-

изьюкательский институт Ташметропроект

Защита состоится " 24 " пая 1991 г.

в 10 часов на заседании специализированного совета Д 133.01.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строительства Минтрансстроя СССР по адресу: 129329,г.Москва,Кольская ул..д.1.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке ВНИИ транспортного строительства.

Автореферат разослан " " __________________ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Ж.А. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Одной из важнейших народно-хозяйственных задач является улучшение транспортного обслуживания населения за счет рационального использования подземного пространства. Увеличиваются объемы строительства транспортных и пешеходньас тоннелей, метрополитенов, во многих городах предусматривается строительство внеуличных подземных автомагистралей, в том числе в в сейсмически активных районах с интенсивностью землетрясений 7 баллов и выше, занимающих примерно пятув часть территории СССР. Так, из тринадцати действующих и находящихся в строительстве метрополитенов, пять (в городах Тбилиси, Баку, Ташкенте, Ереване, Алма-Ате) расположены в сейсмоактивных районах. В связи с этим актуальность дальнейшего изучения вопросов сейсмостойкости подземных транспортных сооружений не снижается.

Делью диссертационной работы является разработка, на основе спектрального метода определения сейсмических нагрузок, методики расчета сейемовапряженного состояния подземных транспортных сооружений произвольных, геометрических и конструктивных форм с учетом профиля дневной поверхности и факторов неоднородности совместно работающего с обделкой грунтового массива.

Цетоды исследований. Решение поставленных в диссертации задач основывалось на использовании спектрального метода определения сейсмических нагрузок (СИОСН) п применении в теоретических исследованиях метода конечных элементов (НКЭ), реализованного в программном комплексе прочностных расчетов "СПРИНТ" на ЭВМ ЕС-1045. Определение динамических параметров натурных колебаний обделок и грунта осуществлялось обработкой сейсмограмм землетрясений, зарегистрированных инженерно-сейсмометрической станцией (ЯСС) Ташкентского метрополитена, и выполнялось на базе мини-ЭВМ и ПЭВМ (хви

РС) с использованном алгоритмов спектрально-временного анализа реакции (СВАР) и быстрого преобразованеия Фурье (БПФ). Теоретический прогноз параметров сейсмического воздействия производился в соответствии с энергетически-спектральным методом оценки сейсмической опасности (ЭСНОСО).

Научная новизна работы состоит В:

- обосновании применения СМОСН к задачам определения сейсмонап-ряженного состояния подземных сооружений;

- разработке единой конечно-элементной модели системы "обделка-грунт" и принципов построения расчетных динамических схем;

- выявлении закономерностей спектрального распределения силовых факторов в элементах обделки и формирования сейсмического воздействия иа них;

- выполнения спектрально-временного анализа реакции обделок метрополитена по натурным записям их сейсмических колебаний;

- разработке программного комплекса расчета СВАР-дкаграмм, адаптированного к аппаратным средствам 1ВМ РС.

Достоверность разработанной расчетной методики и правомерность исходных предпосылок для определения сейсмонапряженного состояния обдейок подтверждаются сопоставлением полученных результатов численного анализа с результатами обработки натурных данных инженерно-сейсмометрических станций.

Практическая ценность исследований заключается в создании кетодики, позволяющей определять сейсмонапряженное состояние несущих элементов тоннельных конструкций в соответствии с расчетными положениями раздела г "Расчетные, нагрузки" сНиП 11-7-81 "Строительство в сейсмических районах", Кроме того, результаты работы развивают положения раздела 8 "Расчет обделок некругового очертания тоннелей мелкого заложения" БСН 193-81 Минтрансстроя "Инструк-

ция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей".

Реализация. Результаты исследований составили основу "Рекомендаций по расчету транспортных тоннелей мелкого эалооекия на сейсмические воздействия", разработанных ВНИИ транспортного строительства (ЩШИС) и переданных в Главное управление проектирования и капитального строительства (ГУПикс) Ыантрасстроя для практического использования, а такаэ вошли составной частью з "Рекомендации по обеспечении сейсмостойкости транспортных тоннелей и метрополитенов" (ЦНИИС). Разработанная методика используется Ташметропроек-тои при проектировании II 1-й линяй метрополитена в г. Ташкенте.

Апробация работы. Основню положения работы докладызались на Всесоюзной школе-семинаре "Инзекерно-сойсмомэтрИческая слувба страны" (Махачкала, 1987). на Всесоюзной совещании по сейсмостойкости сетевых и транспортных сооружений (Ленинград, 1987), на Всэ-совзкои совещании "Вопросы инаенерной сейсмологии" (Леиийакан, 1988). на XIV а XV научно-технических конференциях молодых специалистов и аспирантов ЦНИИС (Москва, 1987 п 1989), на заседаниях секции "Моделирование н испытание конструкций" Ученого Совета ЩШИС (Иосква.1986,1907,1988,1989 И 1990).

Публикации. Материалы диссертация отрагекы в 6 печатных работах а 2 научно-исследовательских отчетах.

Объем п структура работы. Диссертация состоит из введения, четьдаех глав и заключения, содериит 134 стр., включая 40 рис., 2 табл.. список литературы из 154 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована основная цель исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, приводится краткое содержание диссертации.

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору существующих методик расчета сейсмонапряженного состояния тоннельных обделок, в том числе, нормативных. Все подходы, существующие на сегодняшний день, можно отнести к одному из пяти: статический (статическая теория сейсмостойкости), квазистатический, спектральный (линейно-спектральная теория - ЛСТ), динамический, волновой (волновая динамика). Статическая теория сейсмостойкости применительно к подземным сооружениям использована в работах Напетваридзе Ш.г., Мукурдумова р.и., Назарова А.Г. Развитие квазистатического подхода связано с работами Фотиевой H.H., Булычева Н.С.. Дормана И.Я., Анциферова С.В. Этот же подход использован в работах Ержано-ва Я.С., Айталиева Ш.М., Насонова Я.К., Баймаханова И.Б., Каюпова M.А. и др.Основы динамического подхода были заложены в начале зв-х

годов Завриевым К.С., Назаровым А.Г., Медведевым C.B., Корчинс-ким И.Л., Тищенко В.Г. Его развитие применительно к подземным сооружениям связано с именами Уразбаева М.Г., Ильюшина A.A. Наиболее полно динамический подход изложен в трудах Рашидова Т.Ш. Дальнейшие исследования в рамках этого подхода отражены в работах Ишан-ходжаева А:А., Мубаракова Я.Н., Хожмвуова Г.Х.. Слдашева Ш.С., Омельяненко В.А., Каримова А.И., Каюмова А., Проскуриной С.®., Сагдиева X. и др. Среди работ,относящихся к волновому подходу, можно отметить работы Алексеевой Л.А., Жанбырбаева Н.Б.. Шершнева В. В., Гузя А.Н., Головчана В.Т., Кубенко В.Д., Дашевского М.А. Во всех подходах объектом исследований, представляющим физическую модель явления, служит процесс сейсмического сотрясения грунтового массива и расположенного в нем подземного сооружения. Структурные составляющие объекта, à именно, - воздействир, грунтовый массив и обделка,- наделены определенными свойствами,, совокупное математическое моделирование которых позволяет получить некую идеализиро-

ванную расчетную схему. Конечным результатом исследований является сейсмонапряженное состояние обделка, учитываемое на стадии проектирования при разработке надежных и экономичных конструкций. Многообразие свойств объекта делает практически невозможным, ввиду значительных теоретических сложностей, строгое его рассмотрение, так что любой аналитический, численный или экспериментальный подход к решению такой задачи является лишь оценкой, достоверной в рамках принятой постановки.

Наиболее распространенным расчетным подходом, заложенным в основу нормативных положений в СССР и ряде зарубежных стран, является подход, использующий ЛСТ. Однако, из-за трудностей, связанных с определенней частот и форм собственных колобанпй подземных соо-ругеннй, эта теория, построенная на использовании С1ЮСН, практического применения к расчетам тоннельных обделок не получила. Так, в СНиП п-7-81 вообще отсутствуют положения по расчету транспортных тоннелей, а в БСН 193-81 расчетная методика содержит ряд'ограничений, а именно: инерционные нагрузки, действующие в единой системе "обделка-грунт", разделены на две группы, каждая из которых формируется независимо от другой, при этом спектральный подход используется при определении инерционной нагрузки лиаь от сйствен-ного веса тоннельной конструкции; отсутствуют рекомендации по решению т.н. проблемы собственны:: значений, т.е., по существу, реализован статический подход. Автором приводится обоснование правомерности приложения СМОСН к классу тоннельных сооружений, в первую очередь мелкого заложения, формулируются принципы построения их расчетных схем, рассматриваются возможности применения численных методов решения задачи.

Исходя из анализа применяемых моделей изучаемого явления, области практического приложения существующих расчетных методик и

- в -

методов их численной реализации, а также, учитывая несовершенство существующих принципов использования спектрального подхода, в соответствии с цельс диссертационной работы, сформулированы следующие задачи исследований:

1. Установить порядок построения конечно-элементной модели системы "обдепка-груНт".

2. Определить динамические характеристики системы и изучить закономерности их спектрального распределения.

3. Определить сейсмические нагрузки ¡1 напряженное состояние несущих тоннельных конструкций.

4. определить закономерности спектрально-временного распределения сейсмической реакции обделок на базе натурных данных исс.

5. Разработать методику определения сейсмонапряженного состояния подземных трансйортйых'сооружений на базе СМОСН.

Во второй главе рассмотрены вопросы построения дискретно-континуальной модели системы "обделка-грунт", состоящей из конечных элементов, аппроксимирующих обделку, определенную область окружающего грунтового массива в дневную поверхность. Задача решается в плоско-деформируемой постановке в рамках режима взаимовли-явщих деформаций. Допускается произвольное направление сейсмического воздействия. Область грунте, как и сама обделка, наделяется инерционными и жесткостными свойствами.

Алгоритм расчета искусственного сооружения на сейсмические воздействия включает в себя три стадии:

1 - определение динамических характеристик сооружения (периодов

собственных колебаний и коэффициентов формы деформации);

2 - определение сейсмических нагрузок, действующих на сооружение;

3 - определение напряженного состояния сооружения.

Динамические характеристики определяются в рамках проблемы

- Э -

собственных значений, которая решается методом итераций в подпространстве на базе МКЭ.

Общая проблема собственных значений имеет вид

/<Ф = М<РЛ ,

где /( - матрица яесткости системы, • М - матрица масс,

Ср - матрица собственных векторов, Л - диагональная матрица квадратов собственных частот колебаний систему.

Классическое нетривиальное решение такой задачи предполагает раскрытие детерминанта ¿е^(К'ЯМ)*Р-0, в результате которого получается характеристический полином (т.н. вековое уравнение), корни которого является собственны!.« числаиа задачи последующая подстановка в {К-ЛМ^ф'О дает собственные вектсра, В случае большой ширины ленты матриц К и М затраты на вычисление определителя резко возрастают и требуют значительно больше обращений к внешней памяти ЭВМ по сравнению с итерациями векторов. Наибольший аффект достигается при одновременном вычислении всех требуемых собственных векторов, что и используется в алгоритме итераций . в подпространстве, основной целью которого является вычисление Р на-иненьших собственных значений и соответствующих собственных векто: ров, удовлетворяем« условиям ортогональности:

где 2 - едшшчная матрица порядка р .

Вдея метода итераций в подпространстве состоит в задании векторов начального подпространства с последовательными итерациями над ними до тех пор. пока с достаточной точностью не будет получе но подпространство, векторы которого составят Д/-ортогональный базис Р-мерного пространства, принадлежащего наименьшим собственным значениям операторов X и М ■

При заданном направления сейсмического воздействия для каждой I -ой формы собственных колебаний системы ••обделка-грунт" в каждом К-ом узле сетки конечных элементов определяется сейсмическая нагрузка

Коэффициенты формы деформированного состояния определяются по

матрице собственных векторовф, каждый элемент которой представляет собой амплитудное смещение К-ого узла весом Qn при реализации ¿-ой формы собственных колебаний системы. Коэффициент динамичности Jit есть функция периодов собственных колебаний 7{=2if/y5?7 . Коэффициенты /[ и Ку зависят, соответственно, от расчетной сейсмичности площадки строительства и характеристик конструкции.

На определенные таким образом нагрузки, выполняется расчет для каждой ¿-ой формы собственных колебаний. Расчетные значения усилий и напряжений в обделке тоннеля вычисляются по формуле

Jri *

4*1

где /N¿1 - значение усилий или напряжений в рассматриваемом элементе от сейсмических нагрузок, соответствующих ¿-ой форме колебаний;

}I - число учитываемых в расчете форм колебаний.

Принципиальным является вопрос определения размеров области инерционного грунтового массива, прилегающего к обделке и учитываемого в модели в явном биде. Б результате выполнения многовариантных расчетов было установлено, что с удалением границы области от тоннеля периоды каждой формы увеличиваются практически по линейному закону, причем интенсивность изменения периодов обратно пропорциональна номеру формы,' а усилия в элементах Конструкции стабилизируются. Таким образом, критерием Ы-раН1МеНйя размеров Модели служит сходимость величин сейсмически* Усилий в элементах обделкй.

В третьей главе выполнен численный анализ влияния параметров воздействия на напряженное состояние обделок. Как показали расчеты, экстремальные значения усилий в отдельных элементах обделки возникают либо при горизонтальном, либо при вертикальном сейсмическом воздействии, а формы, начиная с пятой, не вносят существенного вклада в общую картину напряженного состояния коне -трукции. Установлено, что распределение усилий по формам колебений носит немонотонный убывающий характер, а сами формы имеют либо симметричный, либо кососимчетрнчный вид. Эти обстоятельства, качественно устойчивые по типам конструкций, свидетельствуют о формировании их напряженного состояния в соответствии с определенной закономерностью,' для выявления которой были решены задачи о сейсмическом воздействии землэтрясення на целъносекцаонную обделку (ЦСО) перегонного тоннеля метрополитена по трем вариантам расчетных схем: полной ("П"),' симметричной •("С") и кососимиетричной ("КС"). Две последний получены делением полной расчетной схемы по оси, проходящей через вертикальную ось симметрии поперечного сечения обделкн, и введением по этой оси краевых условий в перемещениях,- для "С" - Х = для "КС" - У=0, где X, У, в - соответственно . горизонтальное, вертикальное и угловое перемещение

Формы собственных колебаний, соответствующие этим расчетным схемам, имеют, соответственно, симметричный и кососимметричный вид. и, кроме того, каждая из них совпадает с одной из форм, полученных при решении задачи по полной расчетной схеме. Совокупность спектров собственных периодов колебаний системы по расчетным схемам "С" и "КС" в точности совпадает со спектром собственных периодов системы по расчетной схеме "П", причем основные его тона чередуются по виду формы. Горизонтальное воздействие' не проявляется на симметричных формах, а вертикальное - на кососимнетричных.

Таким образом, определение сейсмонопряженного состояния тоннельной конструкции, как системы "обделка-грунт" с использованием СМОСН и ЫКЭ, целесообразно выполнять по половинчатой расчетной схеме при определенном соотношении краевых условий и направленности воздействия, что повышает эффективность использования ЭВМ (ввиду сокращения размерности исходных матриц).

На практическом примере решения задачи о сейсмическом воздействии землетрясения (7 баллов) на конструкцию помещения совмещенной тягово-понизительной подстанции (СТП) метрополитена мелкого заложения (для трех значений глубины заложения), выполняется сопоставление результатов, полученных с использованием разработанной методики и в соответствии с нормативным подходом, максимальные сейсмические усилия оказываются существенно пониженными и составляют от максимальных статических усилий (в элементах с экстремальными сейсмическими) соответственно: - по нормальным усилиям ДЛЯ глубины 6М - 10% И 25% ; ДЛЯ ГЛУбИНЫ 12м - 5% И 20% ;

-по изгибающим моментам для глубины 6М - 4% И 16% ; для глубины 12М - 3% И 12% .

Эпюры усилий имеют сглаженный, равномерный характер распределения по обделке, что объясняется зе совместной работой с окружающим грунтовым массивом, присутствующим в расчетной схеме в явном виде. Изменение величин сейсмических усилий в обделке о увеличением глубины заложения от 6 м. до 12 м. незначительно и не носит монотонного характера по абсолютной величине при неуклонном понижении их доли от возрастающих статических усилий.

Анализ спектров собственных колебаний тоннельно-грунтовой системы позволяет сделать следующие выводы (формы собственных колебаний показаны на рис. 1):

®ормы собственных колебаний СТП

Т1=2.П9с

Т3=1.73о

Т5=1 . 1 1с

Рис .

Т4=I.69с

Т6=1.10с

1

1. первая форма собственных колебаний имеет симметричный вид;

2. период ¿-ого тона собственных колебания возрастает с увеличением глубины заложения;

3. увеличение глубины заложения вызывает изменение в чередовании симметричных и кососимметрнчных форм;

4. соответствующие амплитудные коэффициенты форы уменьшаются по мере увеличения глубины заложения конструкции, ,что объясняется ««^возрастающим.защемлением;

6. амплитудные коэффициенты форы (по горизонтальному направлению в случее кососимметричной расчетное схемы, в по вертикальному направлению - в случае симметричной) содержат в себе составляющую, свидетельствующую о присутствия в форме жесткого смешения конструкции.

В четвертой главе. являющийся по существу экспериментальной, представлена инженерно-сейсмометрическая информация, на Базе которой осуществлен СВАР-аналнз тоннельных сооружений и выполнен сравнительный анализ naptvieTpoB реальных землетрясений с теоретически прогнозируемыми и нормативно задаваемыми параметрами, а также экспериментально полученных динамических характеристик колебаний обделок с численно определенными. Исследованиями охвачены зв записей четырех землетрясений интенсивностью 4-6 баллов, произошедших в' 1984 -1985 гг. и зарегистрированных нее Ташкентского метрополитена. Наибольший инженерный интерес, с точки зрения сейсмостойкости искусственного сооружения, представляет процесс изменения спектра его динамической реакции во время действия сейсмического нагружения, для выявления которого сейсмограмма, полученная в натурных условиях, подвергается преобразованию

о о

- 15 -

где Н(Т0,из)- Фильтрующее ядро.

Фильтрующим ядром служит передаточная функция осциллятора, наделенного упруго-вязкими свойствамл, вида

Для получения комплексного спектра колебаний обделки используется алгоритм БПФ. Полученный, на основе этого преобразования, Фурье-образ фильтруется набором функций осцилляторов с периодами собственных колебаний из исследуемого диапазона их значений. Процесс построения трехмерной СВЛР-дяаграммы (рис. 2 1 завершается выполнением обратного преобразования Фурье отфильтрованных образов, т.е. вычислением временных функций реакции. Алгоритм СВАР -анализа реализован в программном комплексе, ориентированном на персональную ЭВМ типа IBM PC. По результатам анализа установленно, что с течением времени максимальный отклик переходит из одного ди-апозона периодов в другой, т.е. частотный состав землетрясения во времени Носит неустойчивый характер. изучение этого процесса может служить основой дальнейшего развития методик расчета в части уточнения порядка формирования сейсмических нагрузок по их составляющим на отдельных тонах колебаний. Кроме того, отмечена определенная закономерность в распределении по времени ширины полосы периодов с максимальными перемещениями. Так, по мере нарастания интенсивности колебаний, происходит расширение полосы периодов, а при спадании (конечная стадия землетрясения) - сужение. Между моментом наступления основного максимума-колебаний на сейсмограмме и моментом наступления максимального отклика наблюдается сдвиг во времени. Наконец, ■ установлено, что по мере увеличения периодов собственных колебаний, начиная с некоторого значения, происходят снижение величины ряакции, что, в свою очередь, служит подтвержде-

т.с

Рнс. з

СВАР-днзграмиа поперечных горизонтальных колебаний ЦСО пги Кайраккуискои землетрясении 13.10.85

Рис . 2

нием правомерности использования расчетной модели системы "обделка -грунт" с ограниченным размером инерционного грунтового массива.

В сопоставительных целях выполнен расчет двух рядом расположенных ПСО перегонных тоннелей метрополитена для инженерно-геоло гических и сейсмологических условий, аналогичных с условиями и местом регистрации землетрясения. Расчетные усилия в обделке составили С7Х от определенных по экспериментальным данным, что соответствует нормативно установленному допущение о возможности возникновения повреждений сооружений.

Согласно ЭСМОСО. все возможное множество параметризованных акселерограмм при конкретных значениях магнитуды , глубины очага }\ и гипоцентрального расстояния на пяти уровнях реализа-

I

ции описывается зависимостями:

где В С I) Р ~ табулированные по сейсмоактивным районам коэффициенты на уровне реализации J = 1 — 5 :. 8, р - то же, независящие от J .

Зависимость амплитуды ускорения & на доминантной частоте £ ■ от этой доминантной частоты близка к гиперболе, определенной в области положительных значений функции и аргумента. Для ее получения в аналитическом виде-решена система из пяти уравнений, каждое из которых. с предварительно р^считанными на уровнях реализации значениями и Т^ 1 i/■f^ . представлялось полиномом вида

ц = К,/Т, + Кг/Ггг+К,/Ту+К«/Ъ*+Кь/Т55. ■

Совмещенные графики распределения ускорений, определенные по СМОСН, СВАР и ЭСМОСО показаны на рис. з.

Приведенные сопоставления подтверждает достоверность сово-

купного применения основной формулы СЫОСН и НКЭ, однако недостаточно убедительно демонстрирует правомерность использования принятой модели. Для ответа на этот вопрос необходимо выполнить сравнение данных вксперименто и результатов расчета, зависящих не от нормативно задаваемых параметров, а определяемых моделью. Таковыми являются амплитуды перемещений в точке регистрации кинематического поведения обделки, вычисленные для I -ой формы собственных колебаний системы "обделка-грунт", и спектр ее собственных периодов. Расчетные значения амплитуд сейсмических перемещений на первых двух-трех тонах, соответствующих тонам собственных колебаний, совпадают с экспериментальными значениями с точностью в 7вх-9вх. Соотношение расчетного спектра периодов собственных колебаний Тр я сп&ктра, полученного обработкой данных экспериментального . наблюдения, Тз приведено р табл! 1 . .

табл. 1

тр, 1 ? ' 2.86 2.61 2.2-) 1.76 ; .5 1.46 ¡.3 1.15 1.14 1.В7!

Тв, 1 2.65 2.45 2.1 1.65 1.3 1.В5 !

с !

Основные результаты п выводы.

1. Выполнен комплексный анализ существующих подходов к определению сейсмонапряженного состояния подземных сооружений. показавший, что спектральный метод, являющийся базовым в СССР ы ряде зарубежных стран при проектировании сейсмостойких конструкций, применительно к транспортным тоннелям реалнзовывался в статической постановке при волевом назначении динамических коэффициентов, а также при неопределенности задания величины инерционного давления грунта и зоны его влияния на обделку.

2. Установлено, что спектральный подход в сочетании с мето-

дом конечных элементов наиболее эффективен при расчете многосяяз-ных тоннельных конструкций мелкого заложения, расположенных в неоднородных инженерно-геологических условиях с произвольным профилем дневной поверхности,

3. Разработана конечно-элементная модель системы "обделка-грунт", выявлен критерий назначения ее размеров. На примерах рассмотрения нескольких типовых конструкций метрополитена определена область влияния инерционного грунтового массива на сейсмонап-ряженное состояние обделки.

4. Получены спектры периодов и форм собственных колебаний системы "сбделка-грунт". Отмечено, что симметричные и кососиммет-ричные формы как правило чередуются и содержат составляющие жесткого смещения. Установлено. что амплитуды форм собственных колебаний обделок, при прочих равных условиях, уменьшаются по мере нарастания глубины заложения. Получено распределение внутренних усилий в обделках по тонам собственных колебаний. Для двумерных расчетных схем достаточным является учет пяти первых тонов', снижение усилий по мере уменьшения периодов собственных колебаний носит немонотонный характер.

3. Установлен характер влияния направленности сейсмического воздействия на напряденное состояние элементов тоннельной конструкции. Экстремальные значения внутренних усилий обусловлены либо горизонтальным либо вертикальным воздействием.

6. Установлен механизм формирования сейсмонапряженнрго состояния обделок в зависимости от направленности воздействия и типа формы собственных колебаний, вертикальное сейсмическое воздействие не проявляется на кососимМетричных формах колебаний, горизонтальное - на симметричных формах. Допускается анизатропное представление грунтового массива и материала обделок.

7. Предложен порядок построения расчетных динамических схем подземных сооружение, позволяющих осуществлять конечно-элементное описание системы "обделка-грунт" по половинчатой форме прн соответствующих краевых условиях в перемещениях. Таким образом обеспечивается сокращвииэ требуемых для расчетов ресурсов ЭВМ и времена счета.

В. Выполнен споктрально-вреиенной анализ сейсмической реакции подземных сооружений метрополитена г. Ташкента по натурным записям колебаний элементов конструкций во время 1-х землетрясений интенсивностью 4-6 баллов. Получено распределение отклика осцилляторов по времени, свидетельствующее об изменчивости характера реакции обделок в период действия сейсмического нагружения. Разработан программный комплекс, реализующий алгоритм споктрельно-преданного анализа реакции на ПЭВМ 1Ви гс.

9. Показано, на конкретных примерах расчетов, что в отдельных влементах тоннельных конструкций максимальные сейсмические усилия оказываются пониженными в сравнении с нормативными оценками в 2-3 раза.

10, Разработка спектрального метода определения сейсмонап-ряженного состояния обделок служит развитием положений раздела 8 "Расчет обделок некругового очертания тоннелей мелкого заложения" ВСН 193-81 Минтрансстроя "Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей", приводит методический аппарат в соответствие с указаниями раздела 2 "Расчетные ' нагрузки" СНиП 11-7-81 "Строительство в сейсмических райбнах" и распространяет область применения его расчетных положений на класс транспортных тоннелей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Кузьмин A.B. Исследование коэффициента динамичности системы "тоннель-грунт" - в сб. научн. трудов "Пути повышения качества и надежности проектирования и строительства транспортных сооружения" -Н. , ЦНИИС,1908,С.31-34:ИЛ.

2. Дорман И.Я.,Кузьмин A.B. Определение напряженного состояния обделок тоннелей мелкого заложения от сейсмических воздействий,- Нетрострой,1990,N3,С.18-20:ИЛ.

3. Кузьмин A.B. Спектрально-временной анализ сейсмической реакция тоннельных сооружений. Тез. Всесоюзного семинара - Бюллетень строительной техники,1990,N11.с.46-47.

4. Кузьмин a.b., Павлов Е.И., адылов Ш,Т. Данные инженерно-сейсмологических станций в задачах сейсмостойкости тоннелей.-Транспортное строительство,1998,N11,с.25-26.

5. Дорман И.Я., Кузьмин A.B. Спектральный метод определения действующих на транспортные тоннели сейсмических нагрузок - В сб. научн. трудов "Проблемы сейсмостойкости и виброакустики при строительстве и эксплуатации тоннелей"-!!. ,ЦНИИС, 19Я0 ,с. 4-8 .

6. Кузьмин A.B. Построение расчетных схем системы "обделка-грунт" в задачах о сейсмическом воздействии землетрясений - В сб. научн. трудов "Проблемы сейсмостойкости и впброаку^ики при строительстве и эксплуатации тоннелей"-М.,ЦНИИС,1990 ,с.Д7-4Э .