автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследования и расчет сейсмоизолирующей адаптивной системы "свая в трубе" с выключающимися связями с учетом характеристик грунтов

На правах рукописи

и.

л

ГАИПОВ САРДАР КЕРИМБАЕВИЧ

ССЛЕДОВАНИЯ И РАСЧЕТ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩЕЙ АДАПТИВНОИ СИСТЕМЫ «СВАЯ В ТРУБЕ» С ВЫКЛЮЧАЮЩИМИСЯ СВЯЗЯМИ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

з о с:н 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005562753

Москва 2015

005562753

Диссертация выполнена в АО «НИЦ «Строительство»» Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций им. В. А. Кучеренко.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Айзенберг Яков Моисеевич

Беляев Вячеслав Семенович,

доктор технических наук, профессор заместитель директора по науке Северо-западного филиала ОАО «СоюзморНИИпроект»

Акбиев Рустам Тоганович,

кандидат технических наук начальник Научно-методического центра по оценке качества, экспертизе и градостроительной безопасности ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России»

АО «Центральный научно-

исследовательский и проектно-экспериментальный институт

промышленных зданий и сооружений»

Защита состоится «19» октября 2015 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.138.04, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе д. 26, ауд. 9 «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте www.mgsu.ru ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « 17 » сентября 2015 года. .

Ученый секретарь диссертационного совета

Каган Павел Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России одна пятая часть территории относится к сейсмическим районам. Обеспечение сейсмостойкости промышленных, гражданских, бщественных зданий и сооружений в этих регионах страны имеет очень важное ароднохозяйственное значение.

За несколько последних десятилетий сменили одна другую две, на первый згляд, противоположные концепции проектирования сейсмостойких зданий и ооружений. Одна из них, возникшая в начале прошлого столетия, опиралась на принцип, наиболее отчетливой форме провозглашенный и воплощенный в жизнь японскими [еными: более сейсмостойкими являются жесткие сооружения. В 1950-х годах рактически одновременно в СССР и США возникла другая концепция: чем меньше есткость сооружения, тем ниже действующие на него сейсмические нагрузки. Начали азрабатываться более гибкие каркасные здания, сооружения с гибкими нижними тажами, здания с разрезанными в углах стенами и другие подобные системы, нижением жесткости стремились уменьшить сейсмические нагрузки.

Анализ последствий многих разрушительных землетрясений показал, что екоторые землетрясения вызывают наибольшие разрушения в более жестких зданиях и ооружениях, другие действуют разрушительным образом на гибкие здания и ооружения. Например, землетрясение 21 мая 1960 г. в г. Консепсьоне (Чили) вызвало ассовые разрушения жестких одноэтажных зданий, в то время как находившиеся вблизи ысокие гибкие дымовые трубы из кирпичной кладки остались практически еповрежденными. При землетрясении 22 мая 1960 г. в Вальдивии и Пуэрто Монтте, аоборот, наблюдались разрушения гибких зданий и сооружений. Эти различия в роявлении сейсмических эффектов объясняются различными спектральными арактеристиками движения грунта.

Если известны определенная доминантная частота сейсмических колебаний |унта и другие спектральные характеристики, то можно использовать принцип ейсмоизоляции, аналогичный принципу обычной промышленной виброизоляции, азначая параметры конструкций таким образом, чтобы частоты собственных колебаний истемы значительно отличались от преобладающей частоты сейсмических колебаний |унта, можно было бы намного снизить сейсмическую нагрузку. Применение таких етодов сейсмоизоляции (например, здания с гибкими нижними этажами, дома, одвешенные на пружинах, подвесные перекрытия, оборудование и т. п.) предлагалось ногими авторами. В связи с этим исследования по решению этих вопросов являются ктуальными.

Степень разработанности темы диссертации. Исследования сейсмоизоляции и адаптации в теории сейсмостойкого строительства занимались мног отечественные (Айзенберг Я. М., Поляков В. С., Смирнов В. И., Назин В. В., Курзанов М., Килимник JI.C., Черепинский Ю. Д. и др.) и зарубежные (Kelly G., Constantinou С., Dicleli М., Buckle I. G., Mayes R. L. и др.) ученые. Однако вопросы исследования расчета сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в трубе» с выключающими связями до сих пор остаются открытыми.

Целью диссертации является исследования и разработка методов расче сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в трубе» с выключающимися связям сейсмических районах.

Задачами проведенных исследований являются:

1. Рассмотрение обзора опубликованных работ и выводы об актуальное исследовании.

2. Определение и построение зависимости «горизонтальная сила - горизонтальн перемещение» конструкции «свая в трубе».

3. Рассмотрение сейсмических воздействий вблизи дневной поверхности закономерность его изменения по глубине основания.

4. Применение адаптивных (самонастраивающихся) систем сейсмозащиты.

5. Рассмотрение работы наружной трубы в системе «свая в трубе».

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Определены и построены зависимости «горизонтальная сила - горизонтальн перемещение» конструкции «свая в трубе» с учетом продольного изгиба (эффе вертикальной силы на горизонтальных перемещениях Р-Д) и неупругих деформац железобетонной сваи. По результатам исследования разработаны две програм расчета.

2. Рассмотрены сейсмические воздействия вблизи дневной поверхности закономерность его изменения по глубине основания. Впервые предложены д подхода определения сейсмических воздействий на глубине основания.

3. Исследованы и рассчитаны случаи системы «свая в трубе» на реальные сейсмическ воздействия прямыми динамическими численными интегрированиями, результатам исследования разработана программа расчета способом «линейно ускорения» Клафа, Пензиена, Вилсона.

4. Применена адаптивная (самонастраивающаяся) система сейсмозащиты и неопределенности прогноза спектрального состава сейсмических воздействий помощью выключающихся связей на уровне оголовка наружной трубы.

Теоретическая и практическая ценность работы определяется следующим: Исследована конструкция «свая в трубе» с выключающимися связями, которая позволя снизить сейсмические воздействия в несколько раз. При этом не только

повышается надежность здании и сооружении при сейсмических воздействиях, но и экономические показатели здании и сооружении. 2. Полученные результаты показывают эффективность применения системы «свая в трубе» в зданиях и сооружения до 14 этажей с периодами собственных колебаний до 1 с.

Методология и методы диссертационного исследования.

Исходя из поставленных задач, диссертационное исследование выполнено по методологии системного анализа сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в :убе» в сейсмических районах. Основными методами исследования приняты еоретический анализ и синтез, математические моделирования, численные омпьютерные эксперименты и тестирования сейсмоизолирующей адаптивной системы <свая в трубе» в сейсмических районах.

Степень достоверности результатов. Так как исследования и расчет ейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в трубе» выполнены на основании ормативных положении и гипотез полученные результаты являются достоверными, акже достоверность подтверждают проведенные численные эксперименты и естирования сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в трубе» в сейсмических айонах.

Апробация результатов работы.

В полном объеме работа доложена и одобрена на заседании кафедры <Железобетонные конструкции» ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский осковский государственный строительный университет». Результаты работы бсуждены и доложены на следующих конференциях:

IX Всероссийская национальная конференция по сейсмостойкому строительству и ейсмическому районированию с международным участием «Сочи-2011» (г. Сочи, ентябрь 2011 г);

Научно-практическая конференция по сейсмостойкому строительству с еждународным участием (г. Ашхабад, август 2011 г);

X Всероссийская национальная конференция по сейсмостойкому строительству и ейсмическому районированию с международным участием «Сочи-2013» (г. Сочи, ентябрь 2013 г).

Внедрение результатов исследований.

Результаты исследований внедрены в проект двухэтажной школы на 500 мест в роектном институте «Ашхабадпроект». В приложение к диссертации включены материалы, подтверждающие внедрение результатов работы.

Личное участие соискателя в полученных результатах, изложенных в иссертации, заключается в следующем:

1. Разработка методики построения зависимости «горизонтальная сила -горизонтальное перемещение» конструкции «свая в трубе» с учетом продольного

изгиба (эффект вертикальной силы на горизонтальных перемещениях Р-А) неупругих деформации железобетонной сваи.

2. Исследования сейсмических воздействий вблизи дневной поверхности закономерность его изменения по глубине основания. Анализ способ моделирования сейсмических воздействий по глубине основания и их приращени" различных вариантах сейсмичности площадки строительства.

3. Исследования и методика расчетов практических случаев системы «свая в трубе» реальные сейсмические воздействия прямыми динамическими численны интегрированиями.

4. Способы применения адаптивных (самонастраивающихся) систем сейсмозащиты п неопределенности прогноза спектрального состава сейсмических воздействий помощью выключающихся связей на уровне оголовка наружной трубы.

На защиту выносятся

1. Методика моделирования и построения зависимости «горизонтальное перемещени

- «горизонтальная сила» железобетонных свай системы с учетом продольной силы перемещениях.

2. Методика моделирования и построения зависимости «горизонтальное перемещени

- «горизонтальная сила» выключающихся связей из металлических балок системы.

3. Методы определения сейсмических воздействий на глубине от поверхности земл учетом характеристик грунтов.

4. Количественная оценка эффективности применения системы «свая в трубе» зависимости от характеристик грунтов по сейсмическим свойствам.

5. Методика моделирования и расчета системы «свая в трубе» с выключающими связями с учетом характеристик грунтов на сейсмические воздействия, заданн инструментальной или синтезированной акселерограммой.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литерат; (108 наименований) и двух приложении. Общий объем работы составля 185 печатных листов, включая 52 рисунка, 9 таблиц, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении приведена актуальность темы, степень ее разработанности, цели задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, методолоп и методы диссертационного исследования, положения, выносимые на защиту, степе достоверности и апробация результатов.

В первой главе дано определение современного состояния проблем обеспечения сейсмостойкости здании и сооружении с сейсмоизолирующими

адаптивными конструкциями и краткий обзор работ по системам с сейсмоизолирующими адаптивными свойствами.

Во второй главе обосновываются физическая и расчетная модели здания с применением системы «свая в трубе». Приводится применимость принятых моделей к зданиям в зависимости от их жесткости, периодам собственных колебании и от напластования грунтов основания. На основе этого для здания с системой «свая в трубе» принята одномассовая расчетная модель. Произведено разделение общей работы системы «свая в трубе» на отдельные стадии работы составляющих элементов системы при сейсмических воздействиях. Приведен обзор наиболее характерных и значительных землетрясений по спектральному составу и их воздействий на здания с разными жесткостями и периодами собственных колебаний.

Сейсмологами (проф. Медведев С. В., Кац А. 3., Аптикаев Ф. Ф.) установлено, что чем глубже от поверхности земли, тем меньше величина ускорения грунтов основания при землетрясениях. В связи с этим имеет смысл заглублять фундаменты зданий на больших глубинах от поверхности земли. Одними из таких видов фундаментов являются свайные фундаменты, которые позволяют принять большее заглубление фундаментов от поверхности земли.

При слабых верхних слоях грунтов основания зданий в практике строительства часто применяют свайные фундаменты, которые позволяют передавать нагрузки от вышележащих конструкций здания на нижние, более прочные, слои грунтов основания. В исследованиях по свайным фундаментам выявлено, что обычные конструктивные решения свайных фундаментов в грунтах увеличивают жесткость только в вертикальном направлении, а горизонтальная жесткость основания при этом не меняется. Значит, свайные фундаменты не меняют процесс передачи сейсмических ускорений основания на здание. Поэтому установлено, что при обычных свайных фундаментах колебания (ускорения) передаются на здание аналогично зданию без свайных фундаментов.

Отделяя сваю от окружающих грунтов через зазор с помощью наружной трубы о определенной глубины, исключаем прямую передачу поверхностных ускорений на сваю. В этом случае на здание будут передаваться глубинные колебания (ускорения) грунтов, расположенных в основании сваи, величины которых, меньше, чем на поверхности земли [1, 2]. Колебания (ускорения) грунтов, расположенных выше основания сваи не будут воздействовать на здание. Данная конструкция названа нами «сваей в трубе». Длина наружной трубы и зазор между наружной трубой и сваей назначаются по результатам расчетов на сейсмические воздействия. Эти задачи нами решались на основе оптимизационного подхода. В качестве параметра оптимизаций принят минимум (минимальная величина) сейсмических нагрузок на здание с ограничениями на перемещения. В целях

адаптации конструкции при неполной определенности характеристик сейсмически воздействии на уровне оголовка наружной трубы предусмотрены выключающиеся свя; из металлических балок (рисунок 1).

Разрез 1-1.

Рисунок 1 - Общее расположение элементов здания и системы «свая в трубе» выключающимися связями.

В третьей главе приведено обоснование построения графической зависимое! «горизонтальная сила - горизонтальное перемещение» железобетонных сва| квадратного поперечного сечения и выключающихся связей 8

перелаю геи колебани) грунта п конечном состоянии системы

| I Несушис грунты свай. (I или II категория по сейсмическим снойстинм).

Конструкции

из металлических балок системы «свая в трубе». На основе исследовании разработаны две программы расчета и построения шаговым методом зависимости «горизонтальная сила - горизонтальное перемещение».

В наших исследованиях рассмотрены варианты различных условий нагрузок и геометрических данных железобетонных свай, при которых выявлено большое влияние продольного изгиба Л^ е,- на жесткость и соответственно на зависимость «горизонтальная сила - горизонтальное перемещение». В количественном отношении в результатах расчетов продольный изгиб составил около 30% суммарного изгиба (от продольных и поперечных сил). Учитывая большие приращения суммарного изгибающего момента при учете продольного изгиба для получения реальных результатов необходимо проводить расчеты железобетонных свай не пренебрегая этим продольным изгибающим моментом от вертикальной силы.

Показаны различные варианты конструктивного решения крепления выключающихся связей из металлических балок на оголовок наружной трубы. На основе этих конструктивных решений приводятся правила учета работы выключающихся связей в расчетах на сейсмические воздействия.

Для аппроксимации полученных результатов зависимостей «горизонтальная сила - горизонтальное перемещение» и оперирования в расчетах по численному интегрированию дифференциального уравнения движения рассмотрена предложенная и полученная формула проф. Айзенбергом Я. М.[1, 2] и далее ее видоизменение проф. Ржевским В. А. Эти аппроксимации основаны на зависимости предложенной Ромбергом-Осгуда. В отличие от зависимости Ромберга-Осгуда предложенная формула Айзенберга Я. М. основана на экспериментальных результатах, что подтверждает достоверность данного подхода.

Запишем формулу норм определения кривизны железобетонных элементов с трещинами:

параметрами, которое решается нами шаговым методом. Нелинейность обусловливается физической нелинейностью характеристик железобетона. Это уравнение позволяет в нашем случае получить кривизну железобетонной сваи вплоть до разрушения:

1 _ М

¥ь

(1)

Преобразуем эту формулу (1) в нелинейное уравнение с переменными

1 ._ Mi Ysi , ¥ь Nlol Ys¡

г h0 zi Es¡A {<pf+$)bh0Ebv К Es, A

Переменными величинами являются: М, Ез1, [(/¡, д1 , 2,-. Из них М являет5

задаваемой величиной. Кривизна

принимается от 0 до Мсгс (изгибающий момент пр

котором образуются трещины) изменяющейся линейно, а далее вплоть до разрушеш вычисляется по формуле (2).

Условиями разрушения сечения железобетонной сваи приняты: превышен! предельных относительных деформаций бетона [еы] и предельных относительны деформаций арматуры [е„].

Сравнивая полученные прогибы при упругой стадии прогибами с учета упругопластической работы, видим существенное повышение гибкости свай в неупруго области диаграммы напряжения - деформации (рис. 2^4). Недоучет неупругой работ приведет к увеличению предельных деформации и раннему разрушени| железобетонных свай.

Диаграмма деформирования Р~ Лп ж/б сваи с учетом трещин в растянутой зоне.

12 10 8

É6

2 0

ж—

J i loen 'mnu i гдняя то ua rtamvu IKCl H lenu. aóui ар A крал ft ту ше -чы" это

— ...................... и: ■ : -

1.8 4.3 6.9 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.314.417.521.827.635.446.562.5 fm, [см].

Рисунок 2 10

12 10

8

ё6

о: 4 го

Б 2

Диаграмма деформирования Р ~ йп,упр без учета трещин (для сравнения).

< Прав чив1 ш де е д1 агрс 'ММ >/ ви дим чт о

/ ере. 4ещ гнш 1 пр> 1 ст ади 1ра: ¡рун !ени я

с рми тур Ы Нй шш >го р {13.11 чин >тея

1.29 2.32 3.103.35 3.60 3.85 Л 4.10 Т),у 4.364.65 пр, [см 4.91 ]■ 5.16 5.42 5.68 5.94 6.20

о

0

Рисунок 3 - Зависимость сила Р (по ординате) — перемещение f (по абсциссе) в упругой

стадии.

График зависимости относительной деформации бетона вЬ от сшп 12

0.05 0.09 0.13 0.15 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.24 0.25 0.28 0.30 0.34 0.38 0.44

Относительная деформация бетона, еЬ, [%]. Предельная относ, деформ. бетона принята равной 0,3 % по работам [13] и [15]

Рисунок 4 - Зависимость сила Р (по ординате) - относительная деформация сжатой

зоны бетона еЬ (по абсциссе). Рассмотрен один вариант расчета зависимости «восстанавливающая сила -перемещение» выключающихся связей из металлических балок. Этот расчет металлической балки на односторонние статические нагрузки до разрушения

приведен в табличном виде. Условием разрушения выключающихся связей и: металлических балок принято превышение предельной относительной деформаций сталр при изгибе([£]=26%).

Полученная расчетная зависимость «восстанавливающая сила - перемещение:-для выключающихся связей из металлических балок показана на рис. 5.

Рисунок 5 - Полученная зависимость «восстанавливающая сила перемещение» для выключающихся связей из металлических балок.

Приводятся анализ и обзор наиболее известных способов определение, сейсмических воздействий вблизи дневной поверхности земли и их изменения пс глубине основания. |

Одним из основных способов определения сейсмических воздействий является способ ;

приращения балльности в зависимости от сейсмической жесткости грунтов основания

(способ проф. Медведева С. В.), который заложен в основу сейсмической шкалы МБК-

64. Нормы по сейсмостойкому строительству СНиП П-7-81 * «Строительство в

сейсмических районах» основаны на этой шкале, что подтверждает достоверность

данного подхода. Другим способом определения сейсмических воздействий является

способ расчета и анализа всего основания как среду определенной глубины по работам

проф. Аптикаева Ф. Ф. и Хачияна Э. Е..

На основании этих способов впервые предложены и рекомендованы два подхода определения сейсмических воздействии на глубине основания.

Рассмотрен способ численного интегрирования дифференциального уравнения движения системы «свая в трубе» на реальные сейсмические воздействия (акселерограммы). Для здания с системой «свая в трубе» принята одномассовая расчетная модель, обоснованная в предыдущей главе. Учитывая простоту и наглядность, для численного интегрирования принят шаговый метод «линейного ускорения», который предложен проф. Клафом и Пензиеном и далее был исследован и развит проф. Э.

Вилсоном. Дифференциальное уравнение движения запишем в виде: •• •

my(t) + by(t) + S(y) = P(t). (3) •• ••

где my(t) инерционная сила системы, P(t)=mb у0 сейсмическое воздействие, •• •

задаваемое акселерограммой у0 ,b y(t) - вязкая сила, S(y)- упругая или

упругопластическая сила системы. После нескольких преобразовании дифференциального уравнения получим линеаризованное алгебраическое уравнение шагового метода в следующем компактном виде, выражая его относительно

Ау:

г{1Ау=ДР' (4)

гдеrn +&П/72 +3&/Т, АР1 = АР + [(6т /Т) + 3b]'y k + [3m + (Ьт/ 2)]у к . (5)

На основе исследовании разработана программа численного интегрирования дифференциального уравнения движения системы.

Приведены практические примеры расчетов зданий на фундаментах системы «свая в трубе». Рассмотрен и исследован пример расчета системы «свая в трубе» с наружной трубой длиной 8 м. Расчеты произведены с помощью разработанных программ расчетов.

Построены графики зависимости «горизонтальная сила - горизонтальное перемещение»железобетонной сваи. Для расчета и построения графика расчетная модель железобетонной сваи принята в виде стержня шарнирно опертой на несущий слой грунта и жестко заделанным оголовком в железобетонный ростверк (рис. 6). В совокупности железобетонные сваи с железобетонным ростверком образуют раму с жесткими сопряжениями узлов элементов и шарнирными опираниями железобетонных свай на несущий слой грунта основания.

' л.

Рисунок 6 - Расчетная

модель системы «свая в

трубе» и схематичное

пояснение к зависимости 13

«сила - перемещение».

U* АН

Рассчитан и построен график зависимости «горизонтальная сила горизонтальное перемещение» выключающиеся связи из металлических балок поперечным сечением проката □ 100x7 по ГОСТ 30245-2003 «Профили стальные гнуты замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкци" Технические условия».

Произведен расчет и анализ системы «свая в трубе» только со сваей бе выключающихся связей, то есть только как сейсмоизолирующая конструкция. Расчет принятой конструкции система «свая в трубе» на реальные акселерограммы (Газли, 197 г) выполнены с помощью разработанных программ расчетов. На основании результате исследования получено, что при проектировании реальных зданий следует принимать в внимание перемещения и другие кинематические параметры движения системь Применение в целях сейсмоизоляций системы «свая в трубе» позволяет в определенны случаях снижать сейсмическую нагрузку до 4-нб раза, вследствие уменьшен сейсмических ускорений на глубине, достижения сейсмоизолирующего эффекта за сче регулирования гибкости свай только при высокочастотных сейсмических воздействиях

Приведены случаи применения адаптивных (самонастраивающихся) систе сейсмозащиты. Таковыми являются в основном в сейсмических районах неопределенными прогнозами спектрального состава сейсмических воздействий, качестве примера исследована система «свая в трубе» с теми же параметрами что и предыдущей главе но с предусмотренными выключающимися связями из металлически балок.

Произведен расчет и анализ системы «свая в трубе» с выключающимис связями. Расчеты принятой конструкции система «свая в трубе» на реальны акселерограммы (Мехико-Сити, 1985 г) выполнены с помощью разработанных програм расчетов. На основании результатов исследования получено, что при проектировани реальных зданий следует принимать во внимание перемещения и другие кинематически параметры движения системы. Применение, в целях сейсмоизоляций системы «свая трубе» позволяет в определенных случаях снижать сейсмическую нагрузку до 4-нб раза вследствие уменьшения сейсмических ускорений на глубине, достижен сейсмоизолирующего эффекта за счет регулирования гибкости свай пр высокочастотных сейсмических воздействиях и за счет регулирования жесткостью (ил гибкостью) выключающихся связей при низкочастотных сейсмических воздействиях Таким образом полностью учитвывыается особенности всего диапазона частотнь характеристик землетрясений (акселерограмм) при адаптивной сейсмоизолирующе системе «свая в трубе» с выключающимися связями. Далее результаты показаны на рис 7 -г 10. На рис. 11 приведена инструментальная акселерограмма Мехико-Сити.

0.01

0.02

Рисунок 7 - График результатов зависимости «перемещение (м) массы - шаги времени (сек)». Шаг по времени 0,1875 сек. Максимум 1,5 см.

Рисунок 8 - График результатов зависимости «скорость массы(м/сек) - шаги времени (сек)». Шаг по времени 0,1875 сек.

Рисунок 9 - График результатов зависимости «ускорение (м/сек2) массы - шаги времени (сек)». Шаг по времени 0,1875 сек.

1.00Е-11

5.00Е-12

О.ООЕ+ОО

Г~~ о

-5.00Е-12

ГО Ю О! 1Л из г^ СП

О ГО из СП 1Л Г^ 00 СП о

<Н гН Г^

Рисунок 10 - График результатов зависимости «ошибки (%) - шаги времени (сек)».

Шаг по времени 0,1875 сек.

Рисунок 11 - Акселерограмма «Мехико-Сити» (м/сек2). По ординате м/сек2, по абсциссе шаги по времени через 0,1875 сек.

Далее исследован устойчивость грунта окружающего наружную труб; диаметром 1200 мм системы «свая в трубе», прочность наружной трубы и перемещение ее оголовка. Расчеты произведены согласно требованиям норм СНиП 2.02.03-8: «Свайные фундаменты» по Приложению 1. Все исходные данные приняты из примеро! предыдущих глав. По результатам исследования разработана программа расчета Полученные результаты расчетов показывают применимость системы «свая в трубе» I реальных грунтовых условиях. В качестве наружной трубы применимо ка! металлические, так и железобетонные тонкостенные трубы.

В четвертой главе приведены рекомендации по проектированию \ экономический эффект применения системы «свая в трубе».

Определение экономического эффекта связано с оценкой сейсмического рискг и на их основе оптимизацией параметров выключающихся связей в зданиях. Поняти]

«сейсмический риск» обозначает вероятность потерь (убытков), связанных „ „

сеисмическои опасностью, за определенный интервал времени.

Рекомендации основаны на оптимизационных подходах и разработаны в развитие главы норм, учитывает рекомендуемый нормами уровень интенсивности 16

расчетной сейсмической нагрузки и конфигурацию графика р. Также необходимо учесть снижение сейсмических ускорений в зависимости от глубины опирания железобетонных свай.

1. Расчеты выполняются для двух расчетных схем здания и двух комбинаций сейсмических нагрузок, отвечающих состояниям здания до и после выключения связей. Этим двум состояниям соответствуют коэффициенты т|иш и т|,кп соответственно. Коэффициент р,' для первой формы колебаний один и тот же в обеих расчетных схемах. Для высших форм колебаний принимаются соответственные значения Ры и Р|п.

2. Несущие конструкции, непосредственно соединенные с выключающимися элементами (оголовок наружной трубы, фасонки, болтовые и сварные соединения узла крепления), должны быть рассчитаны на местную прочность с учетом дополнительных усилий, которые передаются от выключающихся элементов (до выключения последних).

3. Данные рекомендации могут применяться при длине здания не более 72 м или отношении длины к ширине (определяемой расстоянием между крайними рядами выключающихся связей) не более 6. В других случаях необходим специальный расчет на закручивание здания в плане.

4. Чтобы обеспечить условия для развития пластических деформаций в железобетонных сваях, рекомендуется ограничивать процент продольного армирования и размещать поперечную арматуру (хомуты, сварные сетки), шагом не более 100 мм.

5. Во всех случаях при выполнении динамических расчетов с применением инструментальных или искусственных акселерограмм, необходимо выполнить проверку максимально допустимых предельных перемещений хмакс здания в предельном состоянии. Для смягчения и предотвращения случайных соударений по периметру поперечного сечения наружной трубы рекомендуется устанавливать резиновые «воротники».

В Приложении А представлены разработанные блок-схемы к составленным четырем программам, а в Приложении Б представлены тестовые сравнения результатов расчетов на составленных программах с результатами расчетов на вычислительных комплексах «Лира 9.6» и «ЭсасИ 1.5».

Заключение.

1. В результате исследований разработаны конструкции системы «свая в трубе» с выключающимися связями. Учтены все конструктивные особенности системы — начальное и конечное состояния, расположение низа сваи на определенной глубине в конечном состоянии и т. д.

2. Преимуществами предлагаемой конструкции являются снижение сейсмической нагрузки за счет опирания и заглубления низа свайных фундаментов на нижние

прочные и устойчивые слои грунтов по сейсмическим свойствам. При этом выявлен снижение сейсмической нагрузки как из-за разности категории верхних слабы грунтов от категории нижних прочных грунтов основания свайных фундаментов п сейсмическим свойствам, так и из-за уменьшения ускорений колебания основани сваи по мере заглубления низа наружной трубы от поверхности земли. При анализ выявились наиболее эффективные случаи применение системы «свая в трубе» зависимости от геологических условий по сейсмическим свойствам.

3. Представленная методика расчета зависимости «сейсмическая горизонтальная сил Р, - горизонтальное перемещение /¡» с учетом неупругой работы железобето позволяет исследовать жесткость железобетонных свай, варьируя их геометрически характеристики, площади арматуры и вертикальные нагрузки. В расчетах полносты учитывается геометрическая нелинейность «Р, При этом выявлено значительно влияние на суммарный изгибающий момент продольного изгибающего момента о вертикальных нагрузок на перемещениях. При этом можно определять максимальны перемещения верха сваи в трубе. Это позволяет назначать определенный предельны зазор между сваей и трубой.

4. Применение сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в трубе» выключающимися балками позволяет в определенных случаях снижат сейсмическую нагрузку до 2 раза и более, в основном вследствие уменынени сейсмических ускорений на глубине, а также сейсмоизолирующего эффекта за сче регулирования гибкости свай и других эффектов.

5. На основании полученных результатов расчетов можно сделать вывод о том, чт разработанные впервые системы «свая в трубе» с выключающимися связями, которы обладают переменной жесткостью (начальное и конечное состояние системы адаптивная система), являются вполне обоснованными, надежными конкурентоспособными конструкциями среди существующего разнообраз специальных конструкций по снижению сейсмических нагрузок.

В диссертационной работе исследована конструкция системы «свая в трубе» выключающимися связями и разработаны следующие программы расчетов н сейсмические воздействия:

- две программы с названием «нелин-10-тета-п-м». Первая программа позволяв рассчитать и построить для ж/б сваи диаграмму «горизонтальная сила - горизонтально перемещение» с учетом продольного изгиба от вертикальной силы на перемещениях п способу указанному в самой диссертации. Вторая программа позволяет интегрироват дифференциальное уравнение движения одномассовой системы сваи в трубе численны способом (способом «линейное ускорение» Э. Вилсона) по заданной акселерограмме;

рограмма с названием «изгиб балок». Эта программа позволяет рассчитать и построить аграмму для выключающихся металлических балок «горизонтальная сила - горизонтальное ремещение» по способу указанному в самой диссертации;

программа с названием «8\¥-труба». Эта программа позволяет рассчитать и проверить зникающие давления на окружающем трубу грунте и соответственно прочность трубы от ого давления.

Сейсмоизолирующие адаптивные системы «свая в трубе» с выключающимися язями рекомендуется применять при строительстве зданий и сооружений в сейсмических йонах.

Перспективы дальнейшей разработки темы сейсмоизолирующих адаптивных стем «свая в трубе» с выключающимися связями следующие: Необходимо точно определять сейсмологические исходные данные по глубине от поверхности земли (ускорения, скорости и перемещения грунтов).

Для каждого типа грунта разработать свою зависимость нелинейной работы. Это приведет в перспективе более точным сейсмическим воздействиям на систему «свая в трубе».

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах (в журналах списка ВАК РФ) и сборниках докладов:

Айзенберг Я.М., Гаипов С. Упругопластическая работа железобетонной сваи в системе вая в трубе» при сейсмических воздействиях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность оружений - М. 2012, вып. 2.

Айзенберг Я.М., Гаипов С. Анализ сейсмического движения системы «железобетонная ая в трубе» при воздействии инструментальной акселерограммы // Сейсмостойкое роительство. Безопасность сооружений — М. 2012, вып. 4.

Гаипов С. Упругопластическая работа выключающихся металлических балок в системе елезобетонная свая в трубе» // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений -. 2012, вып. 5.

Гаипов С. Исследования сейсмоизолирующей системы «свая в трубе» с неупругими язями // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений - М. 2014, вып. 1.

Айзенберг Я. М., Гаипов С. К. Сейсмоизоляция сооружений с применением системы вая в трубе» // IX Российская национальная конференция по сейсмостойкому строительству сейсмическому районированию (с международным участием) - М.: РАСС, 2011. С 120-123.

Гаипов С. К. Конструктивные особенности и расчет сейсмоизолирующих систем // учно-практическая конференция по сейсмостойкому строительству (с международным астием) - А.: 2011. С 30-33.

Гаипов С. К. Результаты исследований сейсмоизолирующей адаптивной системы «свая в убе» с выключающимися связями // X Российская национальная конференция по йсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (с международным шстием)-М.: РАСС, 2013. С 125-127.

Заказ №191 Тираж 105 экз. Отпечатано в типографии «КопиПринт» 115088, г. Москва, Яковоапостольский пер., д. 8 (495) 662-63-30 www.copyprint.ru