автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Конструкции кинематических фундаментов в сейсмостойком строительстве зданий и сооружений на территории арабских стран

КОНСТРУКЦИИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ФУНДАМЕНТОВ В СЕЙСМОСТОЙКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ АРАБСКИХ СТРАН

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

кандидат технических наук, доцент САНДОВИЧ Т. А.

Научный консультант — доктор физико-математических наук, профессор КВАСНИКОВ Б. Н.

доктор технических наук, профессор ТАНАНАЙКО О. Д.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ШНИТКОВСКИЙ А. Ф.

Ведущая организация — Санкт-Петербургский зональный научно-исследовательский и проектный институт жилищно-гражданских зданий.

К 114.03.02 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ПГУПС, ауд. 2-303.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Научный руководитель —

Официальные оппоненты:

в

Автореферат разослан

1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

М. П. ЗАБРОДИН

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Значительная часть арабских стран и прилегающих к ним регионов Ближнего Востока подвержены сейсмическим воздействиям различной интенсивности, продолжительности н характера. В этих районах проживает около 50 млн. человек, сосредоточены крупные центры промышленного и гражданского строительства.

Серия последних сильных землетрясений, происшедших на территории Алжира, Египта, Марокко, Турции и т.п. привела к гибели сотен тысяч человек, были разрушены здания и сооружения различного назначения, экономике нанесен большой материальный ущерб. В этой связи вопросы обеспечения сейсмостойкости зданий на территории арабски* стран приобретают весьма актуальное значение.

Существуют различные способы повышения сейсмостойкости зданий и сооружений, к ним относятся традиционные меры, предусмотренные нормами, и специальные, среди которых наиболее известными и распространенными являются сейсмои'золнрующие фундаменты. С помощью этих конструкций обеспечивается снижение механической энергии, получаемой от основания, путем отстройки частот колебаний объекта от преобладающих частот воздействия. Этот тип сейсмозащиты до недавнего времени не использовался в сейсмостойком строительстве арабских стран. Между тем, он получил широкое развитие в республиках бывшего СССР, Японии, США, Новой Зеландии, Югославии и других развитых странах.

Исследования сейсмоизолированных зданий и сооружений, выполненные различными специалистами, показали, что дам опор значительную опасность представляют низкочастотные составляющие сейсмического воздействия с большими смещениями основания, которые приводят к недопустимым смещениям изолируемого объекта, вызывая разрушение опорных конструкций фундамента. Средством борьбы с этими эффектами является введение демпфирующих элементов. При этом наиболее надежными среди опорных конструкций являются кинематические опоры с гравитационной восстанавливающей силон, обладающие высокими прочностными свойствами при значительных взаимных смещениях сейсмоизолированных частей фундамента. Однако, несмотря на большое количество предложений по их технической реализации, до сих пор отсутствует научное обоснование этого типа сенсмонзоляции, не определены их параметры

с учетом возможного характера сейсмического воздействия, не разработаны единые рекомендации по их применению.

Изучению особенностей поведения кинематических фундаментов во время землетрясений, оценке их свойств и параметров, а также разработке предложений по их проектированию и расчету в системе сеисмозащиты зданий и сооружений посвящается настоящая диссертационная работа.

Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является расчетно-теоретическое обоснование целесообразности применения сейсмоизолируюЩих конструкций кинематических фундаментов, разработка практических рекомендаций по их расчету и проектированию в системах сеисмозащиты зданий и сооружений на территории арабских стран.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выбрать основные конструктивные типы опор кинематических фундаментов.

2. Построить уравнения движения для принятых типов опор кинематических фундаментов.

3. Проанализировать амплитудно-частотные характеристики кинематических фундаментов.

4. Провести расчетно-теоретические исследования по упрощению уравнений движения рассматриваемых типов олор.

5. Исследовать эффективность кинематических фундаментов с учетом ре*, альиых сейсмических воздействий и особенностей строительства для арабского региона.

6. Разработать рекомендации и практические предложения по реализации принятой системы сеисмозащиты в практике сейсмостойкого строительства арабских стран.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Выполнена оценка сейсмологической опасности арабского региона и выявлены основные ее особенности.

2. На основании обзора существующих средств сейсмоизоляции систематизированы и выбраны основные типы кинематических опор в зависимости от их поверхности катания.

3. Разработана методика построения уравнений движения для каждого выбранного типа кинематических спор.

4. Дана сравнительная оценка амплитудно-частотных характеристик зданий на кинематических опорах в конструкциях сейсмоизолнрующих фундаментов.

5. Установлен диапазон допустимых частот, в котором обеспечивается устойчивость здания по условию ограничения углов поворота кинематических опор. Исходя из полученного диапазона частот оценены возможные геометрические размеры кинематических опор.

6. Показана возможность упрощения уравнений движения для каждого типа опор с учетом их геометрических параметров и установлена область возможной линеаризации уравнений движения.

7. Предложена классификация кинематических опор рассматриваемых типов.

8. Обоснована эффективность устройства кинематических фундаментов с демпферами сухого трения в системах сейсмозащиты зданий и сооружений для арабского региона.

9. Определены оптимальные параметры демпфирования в конструкциях сейсмоизолнрующих кинематических фундаментов и установлено, что на их выбор не влияет спектральный состав сейсмического воздействия.

10. Даны конструктивные предложения по реализации принятой системы сейсмозащиты.

Достоверность научных положений диссертации подтверждается тем, что они согласуются с имеющимися результатами расчетных исследовании, опытом прошлых землетрясений и данными, полученными другими авторами по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации.

Практическая ценность. Результаты выполненных расчетно-теоретических исследований подтверждают эффективность сейсмоизолнрующих фундаментов в качестве системы сейсмозащиты зданий и сооружений. На основе исследовании определены характеристики кинематических опор, установлены возможные их размеры с учетом ожидаемого характера сейсмического воздействия. Разработанные рекомендации по расчету и проектированию этих опор с демпферами сухого трения дают возможность проводить расчеты таких систем сейсмозащиты в зданиях и сооружениях различного назначения не только на территории арабских стран, но и в других сейсмоопасных регионах.

3

Внедрение результатов. Материалы исследований использованы при проектировании зданий, которые строятся в сейсмически опасных районах арабских стран, а также использованы при разработке рекомендаций по реконструкции жилых зданий на кинематических фундаментах в г.Петропавловске-Камчатеком.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены и обсуждались на международной Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (С.Петербург, 1995 Г.), конференции, посвященной памяти О.А.Савинова, Фундаментпроект (1995 г.), а также неделях "Науки", проводимых кафедрой "Здания" в 1993, 1994, 1995 гг.

На защиту выносятся:

- результаты расчетно-теоретического анализа важнейших элементов сей-смозащиты - кинематических опор с различной поверхностью катания, рекомендации по выбору их амплитудно-частотных характеристик, геометрических размеров и по возможной линеаризации уравнений движения этих опор;

- методика и результаты оценки эффективности рассматриваемой системы сейсмозащиты;

- основные конструктивные решения сейсмоизолирующего фундамента с кинематическими опорами и демпферами сухого трения.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах.

Объем диссертации.' Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, приложения. Содержит 120 стр. машинописного текста, 79 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 74 наименований.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, дается общая характеристика работы и формулируется цель исследования.

В первой главе приводятся характеристики сейсмичности арабских стран, даются общие сведения о существующих методах повышения сейсмостойкости зданий на территории указанного региона, анализируются существующие конструктивные решения систем сейсмозащиты зданий и сооружений, обосновывается выбор кинематических фундаментов в качестве основного средства сейсмозащиты и формулируются задачи исследования.

Сейсмологическая обстановка территории арабских стран отличается большим разнообразием. Основной причиной происходящих землетрясений яв-

ляется наличие существования крупнейших зон разломов, среди которых наиболее глубокими считаются Северо-Анатолийская, Загросская и Левантские зоны. Вдоль них происходили и происходят сильнейшие землетрясения, охватывающие значительные территории не только арабских стран, но и республик Закавказья. Согласно существующего арабского Кода по строительству сейсмическая активность арабских стран оценивается от 4, 5 баллов, категория слабых землетрясений, до 8, 9 баллов, категория сильных землетрясений, причем для многих регионов характерно наличие как слабых, так и сильных землетрясений. В частности, территория Иордании по сейсмической активности имеет все четыре категории:

1 категория - очень слабые землетрясения (менее 4 баллов);

2 категория - слабые землетрясения (от 4 до б баллов);

3 категория - средние землетрясения (от 6 до 8 баллов);

4 категория - сильные - от 8 баллов и выше.

По спектрально-частотному составу землетрясения на территории арабских стран преимущественно высокочастотные с периодом 0.1 < Т <0.5 с; низкочастотные воздействия с периодом 0.5 < Т < 1.5 с могут иметь место лишь в зоне тектонических разломов. Обзор сейсмологической информации показал, что продолжительность воздействий колеблется в пределах от 5 до 10 сек.

Наличие перечисленных обстоятельств привело к необходимости разработки специальных мероприятий по повышению сейсмостойкости зданий и сооружений на территориях арабских стран.

Первые основные требования к проектированию сейсмостойких конструкций были сформулированы в арабском строительном Коде, действующим по настоящее время во всех сейсмически опасных районах. Меры повышения сейсмостойкости зданий и сооружений, сформулированные в этом документе, во многом идентичны с мерами, изложенными в СНиП 11-7-8!. Они направлены на повышение несущей способности строительных конструкций и снижение величины сейсмических воздействий.

Между тем, во многих республиках бывшего СССР, а также в Японии, США, Новой Зеландии и других странах большое распространение получило другое направление, основанное на изменении динамической схемы работы здания или сооружения во время землетрясения. Реализация этого направления, получившего название специальных методов сейсмозащиты, осуществлялась путем

устройства сейсмоизолирующих конструкций фундаментов, введением поглотителей энергии различного вида, ограничителей колебаний и т.п. На территории арабских стран специальные методы сейсмозащиты не использовались и. исследования практически не проводились. Однако, учитывая, что сейсмическая активность территории арабских стран достаточно высокая, а стоимость строительных работ и материалов значительна, представляется весьма важным вопрос о практическом использовании специальных устройств в сейсмостойком строительстве зданий и сооружений на территории этих стран.

Вопросам разработки специальных средств сейсмозащиты посвящены работы многих ученых как на территории бывшего СССР, так и за рубежом. Существенный вклад в их развитие внесли: Я.М.Айзенберг, А.Т.Аубакиров, Т.Ж.Жунусов, И.Л.Корчинский, Л.Ш.Килнмник, Б.Г.Коренев, В.В.Назин, С.В.Поляков, В.С.Поляков, О.А.Савинов, А.М.Уздин, В.Г.Яременко; за рубежом - И.Био, Р.Клаф, Кейли, Д.Смит, Б.Паво, А.Равара, Э.Розенблют, Т.Ренальт, М.Уишли и др.

Общая классификация систем сейсмозащиты приведена в первой главе диссертации. Рассмотрены традиционные методы сейсмозащиты, применяемые на территории арабских стран, и специальные методы, среди которых особое внимание уделено системам сейсмоизоляции зданий и сооружений. При этом показана их историческая последовательность развития, дан сопоставительный анализ достоинств и недостатков имеющихся конструктивных решений. Отмечается, что широкое распространение этих устройств связано с тем, что в нормативных документах принято оценивать действующие на сооружение инерционные сейсмические нагрузки спектром ускорений, в который входит значение коэффициента динамичности. Этот коэффициент существенно зависит от периода собственных колебаний объекта. С увеличением периода значение коэффициента динамичности падает. Это обстоятельство явилось стимулом к низкочастотной настройке зданий, которая конструктивно может быть выполнена в виде конструкций сейсмоизолирующих фундаментов, роль которых выполняют каркасные стойки, высокий свайный ростверк, пружинные, резино-металлические опоры и т.п. Несмотря на большое количество предложений по реализации опорных элементов сейсмоизоляции, недостаточно изученным остается вопрос о их поведении при низкочастотных воздействиях. Так, например, известны многочисленные случаи разрушения зданий, опирающихся на гибкий нижний этаж в

с. Сипл, Мехико, Бухаресте. Одной из основных причин такого положения язи-лось наличие низкочастотных составляющих с большими амплитудами смещения основания. В дальнейшем появились предложения по повышению сейсмостойкости таких сооружений за счет введения в системы сейсмонзоляцнп специальных поглотителей сухого трепня. Большой пклад в разработку таких устройств сделан специалистами ЦНИИСКа им.В.А.Кучеренко под руководством Я.М.Айзенберга, ВНИИГом им.В.Е.Ведсиеева, О.А.Савиновым, И.Ю.Альбертом, ПГУПС'ом под руководством А.М.Уздина, КазпромстройНИИпроек-том Т.Ж.Жунусовым, А.Т.Аубакировым, С.Ержансвым, КрымНИИпроектом и Крымским университетом Г.А.Зелинским, В.В.Тищспко, А.С.Катен-Ярцеаым, В.Г.Яременко и др.

Однако, кроме использования поглотителей колебаний различного рода, другим путем создания надежных систем сейсмоизоляции является введение в фундаментную часть здания, кинематических опорных элементов с гравитационной восстанавливающей силой. Здания на таких фундаментах были построены в Севастополе, Алма-Ате, Петропавловске-Камчатском, Японии и других странах.

Несмотря на многочисленность различных предложений по реализации этих опорных устройств, до сих лор отсутствует научное обоснование этих конструкций, не разработаны рекомендации по расчету и выбору параметров этой системы сейсмозащиты с учетом особенностей сейсмических воздействий. Для использования этих опор в сейсмостойком строительстве арабских стран н внедрения их в практику строительства необходимо проведение дальнейших расчет-ио-теоретических исследовании.

Все это послужило основанием для выбора темы диссертации.

Во птопой главе приводится методика построения общих уравнений движения здания на кинематических опорах различного вида. В качестве кинематических опор были выбраны опоры: В.В.Назина, Э.В.Найбурга, А.М.Курганова, "шар в луже", "шар в двух лунках", опоры Ю.И.Безрукова, Ю.Д.Черспипского. Исследования проводились на объектах с жесткой конструктивной схемой, на примере жилых двухэтажных зданий.

Построенас базировалось на спн'ззшт известного уравнения Ллгряижа п

виде:

лии* Са да 4 '

здесь Т и П - кинетическая и потенциальная энергия системы: Т = 05шу!; П = mgДh, где V - скорость надстройки, Д11= величина подъема надстройки, а- угол поворота кинематической опоры, принятый за обобщенное перемещение.

Каждый тип кинематических опор в процессе колебаний совершает сложные движения по криволинейной траектории, обусловленные поднятием сооружения при повороте опоры (см. рис. I). С учетом геометрических параметров опор и характера их поверхности катания были получены уравнения движения, представленные в табл. I.

Построеные уравнения отличаются двумя особенностями: наличием члена, содержащего а1 и наличием нелинейности двух типов - отличием закона изменения восстанавливающей силы от линейного при непрерывном изменении угла а и скачком восстанавливающей силы в окрестности точки а = 0. Наличие нелинейных членов существенно усложняет процесс решения и оценку эффективности рассматриваемой системы сейсмозащиты. Это обстоятельство свидетельствует о необходимости проведения дополнительных исследований по упрощению рассматриваемых уравнений.

Таблица 1.

№ Тип опоры Схема опоры Уравнение движения опор

1 Опора Назина В.В. « » ä(4 - 4% cos а + хг ) + 2xá' sin a + х s¡n a = 0 X = 2-h/R

2 Опора Найбурга Э.В. 5 ä(4 + 4х cos a + x' ) + 2â!x cos a + — x cos a signa = 0 X = b/r

3 Опора Курзанова A.M. ft" i i • ä(l + ß! + 4v(v + cosa + ß sina)) + 2va'(ß cos a - sin a) ■* S 2т г + -S. (3 cos a - sin a)signa = 0; ß = b ——, v = —

4 Опора "шар в лунке" ä(2 + 2 cos a) - â1 sin a + — (x - 1) sin a = 0 X = R/r

5 Опора "шар в двух лунках" " + m(I*i)sina = 0

6 Опора Безрукова Ю.И. Ъ ä(2 + x1 - 2x(cos ф - cos a) + 2 cos(s> - a)) + à!(X sin a ~ - sin(<p - a)) + & (x sin a - sin(<p - a)) = 0; x = (2R - h) / R

7 Опора Черепинского Ю.Д. i ä(I + и' + X! + 2X cosa + 2ц, sin a) + (-2x sin a +• 2ц, cosa) + g , ■ ч п. Ь h - R + „ (-isina + Ц, cosa signa) = 0; ц, - , x - „ К К

signa =-ЬЗц'^а"", ц = 100 it

В третье;! irane на основе полученных выше уравнений дана оценка амплитудно-частотных характеристик д'л принятых опор кинематических фунда-МС1ПОГ-

Построение амплитудно-частотных характеристик опор (АЧХ) выполнялось на основании энергетических подходов. При этом предполагалось, что рассматриваемые системы находятся под действием линейного гармонического возмущения вида:

У = Уо siji(Pt) (2)

где: >„ - амплитуда возмущения;

Р - частота возмущения.

Если пренебречь сопротивлением движению, то справедливо приближенное соотношение:

ík- Hi

<?А ~ 4

или

^ = (3)

<?А 2 w

здесь:

L - средний за период кинетический потенциал системы;

А - амплитуда вынужденных колебаний системы;

Н - амплитуда обобщенной возмущающей силы, действующей на систему.

Для каждого вида опор определялся свой средний за период кинетический потенциал, который оценивался следующей величиной: L = T- П

Далее находилось значение амплитуды обобщенной возмущающей силы Q, действующей на систему. Это значение оценивалось исходя из следующего выражения:

Ф • V,. • cos а

Q = '-(4)

а

где: Фе- величина переносной силы инерции, рапная = тУ, (у - переносное ускоренно).

Подставляя для каждого вида опор значение v„, cos« и у в уравнение (4),

no,is чаем:

Q- Hsin(Pt), 1С

откуда

H=my»V|, cosa (5)

á

Знамения L нН подставлялись в уравнение (3), которое позволяло получить для ка:кдого вида принятых опор АЧХ. Полученные АЧХ для принятых кинематических опор представлены на рис.2.

Анализ полученных АЧХ позволяет определить зону безопасных частот для каждой опоры, так

- для опоры В.В.Назина эта область начинается с р = 0.8 рад/с;

- для опоры Э.В.Найбурга - ср = 4рад/с;

- для опоры А.М.Курзанова - с р = 3 рад/с;

- для опоры Ю.И.Безрукова - с р = I рад/с;

- для опоры "шар в лунке" - с р = 1.5 рад/с;

- для опоры "шар в двух лунках" - с р = 1.6 рад/с ;

- для опоры Ю.Д Чсрепинского - с р = 0.6 + 0.8 рад/с.

Установлено, что амплитуды колебаний для каждого типа опор различны, их величина колеблется в пределах от 0.2 до 1 рад и более.

В четвертой главе получены упрощенные уравнения движения зданий на кинематических опорах и проанализирована возможность их линеаризации.

Для упрощения уравнений движения был использован асимптотический метод. Он основан на введении некоторого (формального) безразмерного большого параметра ц, являющегося единым эквивалентом при оценке вклада каждого члена, входящего в уравнение движения. При анализе уравнений вводились следующие порядковые соотношения

St 5т1

где ~ - символ точного порядка, а - показатель интенсивности функции а, определяющий ее порядок (асимптотический) по ц, р - показатель изменяемости функции а, характеризующий изменение ее порядка при дифференцировании по безразмерному времени т.

Зависимость (6) является введенной гипотезой о существовании, согласно которой предполагается, что решение исходных уравнений, приведенных в таблице 1, существует в классе функций а, в котором порядок функции полностью

Амплитудно-частотные характеристики для здания на кинематических опорах

а)

а - для опоры В.В.Назина; б - для опоры Э.В.Найбурга; в - для опоры А.М.Курзанова; г - для опоры "шар в лунке"; д - для опоры "шар в двух лунках"; е - для опоры Ю.И.Безрукова; ж - для опоры КХД.Черепинского.

Рис.2

определяется параметром а, а при дифференцировании по г ее порядок >пменяется в цр раз.

В результате выполненного анализа были получены линеаризованные уравнения, представленные в табл.2. Анализ этих результатов показал, что уравнение движения некоторых типов опор можно существенно упростшь и привести к линейному виду. К таким опорам относятся опоры Назина В.В., "шар в лунке", "шар в двух лунках". Для другой части кинематических фундаментов с опорами Найбурга Э.В., Черепинского Ю.Д., Курганова A.M., уравнения движения являются существенно нелинейными и линеаризация этих уравнений не может быть реализована даже в области малых колебаний. Этот факт требует разработки специальных методов их анализа, что затрудняет их применение. Кроме того, было установлено, что геометрические параметры опор Безрукова могут существенно влиять не только на характер их поведения при колебаниях, но и на возможность линеаризации уравнений движения.

Таблица 2.

№ опоры Упрощенный вид однородных уранений

1 а" + к,а = 0; ( )' = <Ц ) / <!т, к1 = к1^, т = ( / 1.

2 а" + к\Щ,ц'"а)"" = 0

3 а" + к! 1.3(м,"а)""Р = 0

4 а" + к2<х = 0

5 а" + к^а = 0

6 при больших колебаниях: 0.1 £ х * 0.7 , а = 0.1 4а" - к2 — (<? - а)ц""(<!> - а)"" = 0 л при малых колебаниях: 0.1 5 х ^ 0.7 , а = 0.01 4а" - \ к!(<Р - а) = 0 при больших колебаниях: х = 2 -4х<*" + = 0 при малых колебаниях: х = 2 -4Х«" - ) = 0

7 а" + к! — ц,1.3(ц"!а)"!| = 0 я

к,, к, ... к, - час юты колебания (безразмерные)

Определена область возможной яичегрмзцни уравнений данжешт опор. Для опоры Назина В.В. она составляет а < 0.1 и х = 0.1; для опоры "шар в лунке" - о 2 0.1 и 2 £ х ^ 10; для опоры "шар в двух лунках" - а < 0.1 и 2 < % 5 10.

Предложена классификация кинематических фундаментов, которая может быть представлена в виде трех групп опор:

- кинематические опоры - линеаризуемые при а < 0.1 и % = 0.1; при а 2 0.1 и 2 < у. < 10;

- кинематические опоры - нелинеаршуемые при а 2 0.1 и 0.05 < х <, 0.25; при а 2 0.1 и 0.2 < х ^ 0.4, 0.05 <, \ <, 0.1; при а £ 0.1 и 0.1 < % < 0.2,

0.04 £ ц, < 0.06;

- кинематические опоры - условно линслризуемые при а < 0.1 и 0.1 5 х ^ 0.7; при а :£ 0.1 и % = 2.

Полученные результаты исследования были использованы доя выполнения оценки эффективности рассматриваемой системы сейсмозащиты с учетом реальных свойств объекта и характера сейсмических воздействий.

В пятой главе приводятся результаты исследования эффективности сей-смоизолирующих кинематических фундаментов с демпферами сухого трения.

В качестве объекта исследования, как было ухазано в главе 2 выбрано двухэтажное жг.гкис жилого дома. Расчетная схема объекта принята в виде кок-сольного стержня с двумя сосредоточенными в уровне перекрытий массами. Конструкция сейсмоизолируюшего фундамента принята в виде кинематических опор Назина В.В. Учитывая сложный характер сейсмических воздействий, происходящих на территории арабских стран, различный спектрально частотный их состав, воздействия были выбрали акселерограммами сильных землетрясений, которые нормировались по методике А.М.Уздина, Т.А.Сандович, А.А.Долгой, учитывающей зависимость амплитуды расчетного ускорения от преобладающего периода землетрясения.

Предполагалось, что в основании залегает скала, что позволяет использовать гипотезу жесткой платформы. В результате расчета определялись основные характеристики движения: максимальные абсолютные ускорения рассматриваемой системы и максимальные относительные перемещения системы.

Для определения параметров были использованы известные методы численного интегрирования. Вычисления выполнены по программе разработанной

14

на кафедре "Теоретическая механика" ПГУПС под руководством проф. Уздина A.M.

■ Выполненный расчегно-теорстическнй анализ подтвердил результаты исследований различных авторов по эффективности сейсмоизоляцни при высокочастотных воздействиях и показал, что эта система сейсмозащнты при низкочастотных воздействиях испытывает значительные относительные смешения объекта, что свидетельствует о необходимости введения дополнительных средств демпфирования, в качестве хоторых может быть использован демпфер сухого трения выполненный, например по предложениям Савинова O.A. (а.с. 855160).

Для оценки параметров демпфирования в конструкциях сейсмоизолнрую-щих фундаментов была выполнена серия расчетов, в которых величина демпфн-

F

ровання, оценнааечаи параметром Г = ——, варьировалась в пределах от 0 до I.

Q.,

Диаграмма деформирования в демфере принималась в виде диаграммы Кулона.

Показано, чго при принятом нормировании, исключается зависимость оптимального зрения оз спектрального состав зсмлезрясення, что сущеовенно упрощает процесс подбора параметров конструкции сенсмонзолнрующих фундаментов.

В ходе исследования установлено, что параметры демпфирования зависят от ин! ещ нв нос г и землегрясения, продолжительное!!! н составляю» величину fiB1 --- u.os t «12. Полученные результаты были использованы дпя выполнения sckhjhom npopaöoiKii рассматриваемой системы сейсмозатизы в жнлмх домах на терртории арабских стран.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

I. Аналш сейсмической активности территории арабских стран пока)ал, что она отличается ботьшим разнообразием с точки зрения интенсивности и частотною характера, что указывает на необходимость внедрения специальных методов cciiiuo шиппы, получивших широкое распространение в мировой практике сейсмостойкого строительства, среди которых наиболее рациональным способом обеспечения сейсмостойкости является введение в фундаментные конструкции |данни и со<>р\жснии сенсмон зонирующих кинематические опор нс-

пользование таких конструкций фундаментов требует детального изучения их работы.

2. На основе выполненного анализа существующих решений кинематических фундаментов были отобраны характерные типы кинематических опор с различной поверхностью катания, к которым относятся опоры Назина В.В., Найбурга Э.В., опоры "шар в лунке", "шар в двух лунках", Курганова A.M., Безрукова Ю.И., Черепинского Ю.Д.

Для всех принятых типов опор построены уравнения движения Лагранжа, которые позволили учесть специфические особенности формы поверхностей катания каждой из опор.

3. Анализ полученных уравнений движения показал, что все они содержат нелинейные члены, наличие которых обусловлено нелинейным характером восстанавливающей силы при непрерывном изменении поворота а и скачком восстанавливающей силы в окрестности (.)а = 0.

4. Установлено, что на характер движения опор существенно влияют геометрические характеристики этих опор.

5. Выполненные теоретические исследования позволили оценить основные частотные характеристики опор и предельную частоту р, начиная с которой обеспечивается сейсмостойкость фундамента:

- для опоры В.В.Назина эта область сейсмической устойчивости начинается с частоты р = 0.8 рад/с;

- для опоры Э.В.Найбурга - с р = 4 рад/с;

- для опоры А.М.Курзанова - с р = 3 рад/с;

- для опоры Ю.И.Безрукова - с р = 1 рад/с;

- для опоры "шар в лунке" - с р = 1.5 рад/с;

-для опоры "шар в двух лунках" -ср= 1.6 рад/с ;

-для опоры Ю.Д.Черепинского - с р = 0.6-5-0.8 рад/с.

Установлено, что амплитуды колебаний для каждого типа различны и колеблются от 0.2 до I рад и более.

6. Выполнено упрощение уравнений движения зданий на опорах различного вида, с использованием ассимптотического метода. При этом впервые получены укороченные уравнения движения, упрощающие его анализ, и установлена область их применения.

7. Определена область возможной линеаризации уравнений движения опор. Так для опоры Назина В.В. она составляет а 5.0,1 и х = 0.1; для опоры "шар в лунке" - а 2 0.1 и 2 5 % <, 10; для опоры "шар в двух лунках" - а < 0.1 и 2 5 х 2 10.

8. Предложена классификация кинематических фундаментов, которые могут быть представлены в виде трех групп:

- кинематические опоры - линеаризуемые при а 2 0.1;

- кинематические опоры - нелинеаризуемые при любых величинах а;

- кинематические опоры - условно Линеаризуемые при а 5 0.1 и ограниченном диапазоне параметра % •

9. Выполнены расчеты эффективности сейсмойзолирующего фундамента с демпфером сухого трения, которые позволили оценить основные параметры системы сейсмозащиты. Полученные результаты послужили исходной информацией для окончательного выбора основных характеристик сейсмойзолирующего фундамента с демпфером сухого трения.

10. Установлено, что параметры демпфирования не зависят от частотного состава воздействия, а зависят от его интенсивности и продолжительности; оптимальные значения сил сухого трений составляют = (5* 12)%.

П. Выполнена проработка одной из возможных конструкций сейсмозащиты с демпфером сухого трения в типовых 2, 3-х этажных зданиях катеджного типа.

Список опублнковапиых работ по теме диссертации:

1. Доронин Ф.А., Коузах С.Н. Амплитудно-частотные характеристики зданий на кинематических фундаментах //Реф. журнал "Сейсмостойкое строительство", N1, 1994.

2. Коузах С.Н. Конструкции кинематических фундаментов в сейсмостойком строительстве зданий п сооружений //Тезисы выступления на "Неделе науки -94",-СПб.ПГУПС, 1994.

3. Квасников Б.Н., Коузах С.Н. Аппроксимация уравнений движения некоторых видов кинематических опор //Реф. журнал "Сейсмостойкое строительством^, 1994.

4. Участие в научно-исследовательской работе "Разработать рекомендаций по расчету сейсмоизолированных зданий по спектральной методике и обуит.

cncuiia innon КамНТЦ методам и программам расчета"// кафедра "Теоретическая механика" ПГУПС, науч.рук. д.т.н., проф. У .¡дин A.M.

5. Сандович Т.Л., Коузах С.Н. Анализ кинематических фундаментов в системах семсмоизоляшш зданий и сооружений //Тезисы и доклады П межвузовской конференции, 1994 (сборник научных трудов, -СПб, ПГУПС, 1994).

6. Коузах С.Н. Кинематические опоры в конструкциях сейсмоизолнрую-ших фуидмснтов //Тезисы выступления на "Неделе наукн-95", -СПб, ПГУПС, 1995.

7. Коузах С. I f. Основные сведения о сейсмичности территории Иордании и сейсмостойком строительстве на территории арабских стран //Реф. журнал "Сейсмостойкое строительство", N2, 1995.

8. Коузах С.Н. Использование кинематических опор в системах сейсыо-изоляиии зданий //Реф. журнал "Сейсмостойкое строительство", N4, 1995.

9. Сандович Т.А., Коузах С.Н. Кинематические фундаменты в системах ссйсмоизоляции зданий //Труды Российской конференции по механике грунтов и ф)ндаментостроснию, -СПб, т.2, 1995.

10. Sandowicli Т.А., Uzdin A.M., Qouzah S.N. Analysis of operation of seisma isolating kinematic oundations Being applied in Countries of the former USSR //Proceedings of the tenth symposium on earthquake enginerings. Nevember 16-18. 1994. India, T.04/19.

11. Qouzah S.N. Kinematic supports itr the scismoislated systems //Journal Almohandes altirdoni. Ы. 1995.

Подписано к печати ЗиП.9зг. /сл.пвч. л. 1,25

Начать офсетная, t/кага для множит.апп. Формат 6tx84 I/Ifc

1ирьж Юс экз. ¿а5а2 ■

Тип. ПГ/ПС 1Уос31.С.-Петербург, Московски* пр.,9