автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Надежность и сейсмостойкость сооружений с резервированием



ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНЫХ ПРОБЛЕМ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ им. В. А. КУЧЕРЕНКО

(ЦНИИСК им. Кучеренко)

pre ОД.

л На правах рукописп

АБАКАРОВ АБА КАР ДЖАНСУЛАЕВИЧ

УДК 624. 042. 7:699. 841

НАДЕЖНОСТЬ И СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ СООРУЖЕНИЙ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

05. 23. 17—Строительная механика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва—1993

Работа выполнена в Дагестанском политехническом институте на кафедре строительных конструкций и в Ордена Трудового Красного Знамени Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им. В. А. Кучеренко

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор Айзенберг Я. М

Официальные оппоненты: '

доктор технических наук, профессор Райзер В. Д. доктор технических наук, профессор Лужин О. В. доктор технических наук Уздин А. М.

Ведущая организация: ЦНИИпроектстальконструкция

Я /г

Защита состоится «....Я......................................................1994 г. в ......'..гг.......

часов на заседании специализированного совета Д. (Ш. О к 02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Центральном научно-исследовательском и про-ектпо-экспернменталыюм институте комплексных проблем строительных конструкций н сооружений им. В. А. Кучеренко по специальности 05. 23. 17—«Строительная механика» по адресу:

109428, г. Москза, 2-я Институтская ул., дом 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан ....................................1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

В. Н. Сидоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем. Обеспечение надежности сооружений(зданий ) , проектируемых для строительства в'сейсмоопасных районах, при возможно минимальных затратах на антисейсмическое усиление является актуальной проблемой сейсмостойкого строительства. С этой целью предложено множество вариантов активных методоь сейсмозаэиты сооружений. Наиболее практически приемлемыми из них признаны системы сейсмозашты с выключающимися и включающимися связями, системы сейсмоизоляции со скользящим фуйдаментом, а также кинематическими фундаментами. Одним из основных факторов, сдерживающих их широкое применение, является недостаточность исследований Надежности при воздействии землетрясений с различными вероятностными и спектрально-временными характеристиками. Количественные показатели надежности сооружении позволяют оценить уров«и риска принимаемых решений, провести оптимизационные раачеты, выбрать лучший вариант конструктивного решения и определить области рационального применения систем сейемозащиты.

Включение элементов сейсмозащиты в работу сооружения в процессе сейсмических колебаний приводит к созданию благоприятных резервных состояний, предшествующих предельному состоянию основных несущих конструкций. Поэтпму к разработке методов расчета надежности нестационарных линейных и нелинейных систем, каковыми являются сооружения с сейсмозашитой, удобно подходить с позиции резервирования. Резервирование сооружений - понятие более широкое, чем сейсмозашита. Оно охватывает все аспекты обеспечения надежности сооружений с псмощью специально вводимых в их структуру элементов, называемых резервными элементами. ■

Разработанные в диссертации методы расчета надежности и оптимального проектирования сооружений с резервированием бносят определенный вклад в совершенствование норм* расчета сооружений на сейсмические воздействия. Полученные результаты способствуют более широкому внедрению вис окосЧФэктквкых способов обеспечения сейсмостойкости, что имеет вахное народнохозяйственное значение.

Делью работы является:

1. Разработка методов расчета надежности сооружений с резервированием (с выключающимися и БКХ'очаюцимися элементами, со скользящим фунламен-гпым пслсом и кинематическими фундаментами) при сейсмических воздействиях на основе- нестационарных линейных и нелинейных расчетных моделей.

2. Выбор рациональных параметров и вариантов конструктивного рсжнпл систем резервирования сооружен!-::"! путем исследования сейсмических реакций и оптимизационных расчетов с учетом надежности в Ус::о:.;:ах неопределенности и неполноты исходной сейсмологической информации.

Для достижения поставленной цели предусматривалось:

рассмотреть методы сейсмозащиты и сейсмоиэоляции сооружений с позиции резервирования, учитывая, что включение и выключение резервных элементов в процессе сейсмических колебаний сооружений приводят к созданию в них безотказовых резервных состояний;

выявить особенности и типы резервирования строительных систем, а такхе разработать характерные им динамические схемы состояний к грс.1и переходов, позволяюаще наглядно представить эволюцию состояний систем и обобдить модели расчета наделшости;

разработать аналитические модели расчета надежности нестационарно:* линейных и нелинейных систем сейсыоващитьг и сейсмоизоляции, к:.к имэи:;пе суа-ествешше преимущества в снижении расхода машинного Ерагенн по сразненио с расчетами надежности на ЭВМ методом статистических испытаний (Монте-Карло);

разработать ачгорит. и и программы расчета на ЭВМ сейсмических реакций и надежности сооружений с сейсмозащитой и сейсмоизоляцией с уаетсм сильных нелииоЯнсстей, образуемых упругопластической работой резервных элементов и упорами* системы о жесткие ограничители;

определить рациональные параметры резервных элементов и эф^ варианты регервировадга сооружений в условиях неопреде-кнссти и неполноты информации о спектральных характеристиках о.с-';;аем!х сейсмических воздействий;

Поработать методику оптимизационного расчета сооружении с р-пермровалпем с применением вероятностно-экономического критерия оптимизационного расчета.

Пчучкоя новизна .ваботы заключается:

а) в обосновании подхода к обеспечению надежности сооружений гсздойстшях с позиций резервирования^ а также в ссобеш^тей и типов резервирования строительных соору-

о) ? разработке- епглнтвчссгях »толов расчета надежности соо-Г:-'-" с у озерв^рэганпем на соиов? костмциояг^пич л/'еннч/. и не-

линейных расчетах моделей и представления сейсмического воздейг-т.вия в виде стационарного и нестационарного случайных процессов, включающем:

- модели оценки надежности одно и шюгоыаесовгис адаитксяих ■систем с выключающимися и включаюацаяюя связями, расположен:;:.

в нижнем уровне, так и по шюге сооружения;

- модели оценки надежности конструкций с параллельным резервированием элементов с- учетом перераспределения статических п динамических нагрузок в процессе исчерпания резервных состой«,чн;

- аплроксимирухасиб нелинейные зависимости "перемещение-розк-ция" и приближенные методы расчета вероятностной сейсиг-кскоГ: реакции и надежности сосружзкй с сейомопзслируюстл скольгята >;.уг-даменткым поясом и кинематическими фундаментами;

' в) в выявлении особенностей сейсмических колебании, б опреде-• лении рациональных параметров и вариантов резервирования рамных систем с хрупковыклочающимися связями, пластическими элемента:.!:; и ограничителями перемещений;

г) в выявлении особенностей сейсмических колебаний зданий с сейсмоизолирующим сколъзя:::;:м фундаментным поясом, кинематическим фундаментом'и Катковыми опорами, а также в Еыборе рациональных параметров и вариантов конструктивного решения систем сейсмоизоляции в условиях неопределенности и неполноты информации о спектральных характеристиках ожидаемых сейсмических воздействий;

д) в разработке методики оптимизационного расчета с учетом надежности сооружений с элементами разной степени ответственности, в том числе с резервными;

е) в разработке методики прогнозирования степеней повреждения' и обеспечения надежности сооружений при последовательном воздействии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени;

Достоверность результатов подтверждается сравнением графиков показателей'надежности сооружений, полученных по аналитическим выражениям и расчетами численными методами на эвм и АВМ, а также с результатами,, опубликованными другими авторами.

Практическая ценность работы заключается в том,что:

обоснование эффективности подхода к обеспечению надежности сооружений путем резервирования открывает, широкую перспективу для совершенствования конструктивных решений сооружений и снижения начальных затрат на антисейсмическое усиление;

разработанные методы расчета надежности сооружений, в которых

путем резервирования обеспечивается управляемое регулирование динамических характеристик и развитие неупругих деформаций, дает возможность оптимально гроектировать их в оейемоопасных районах;

выявленные рацион;:»ьные параметры резервных элементов и варианты резервирования сооружений позволяют существенно повысить эффективность систем сейсмозазщты и сейсмоизоляции и расширить области их практического применения;

приведенная методика оптимизационного распета сооружений, проектируемых для строительства в . сейсмоопасных районах, вносит определенный вклад в развитие вероятностно-экономического подхода к расчету строительных конструкций;

предложенная методика прогнозирования степеней повреждения соорукен.:й при последовательном воздействии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени дает возможность определить требуемую степень начального усиления сооружений при возможности как основного, так и афтершокового и(или) форшокового воздействий.

Реализация исследований. Работа, выполненная автором, осуществлялась по плану научно-исследовательских работ Госстроя СССР в рамках задания программы 05.01.11 научно-технической программы 0.74.03 на 1986-1991 г.г. "Разработать и внедрить в практику народного хозяйства, м-атодц оценки опасности и комплекс мероприятий для уменьшения ущерба от землетрясений, цунами и вулканических из- ' Еоркений", а также по теме 3.16 плана 3-го направления НТП "Строительство" Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию на 1901-1993 г.г.' -"Разработка, исследование и внедрение способов и конструктивных мероприятий повышения надежности новы;; и реконструируемих зданий в сейсмоопасных районах".

Результаты исследований использованы при разработке:

- "Рекомендации по проектированию зданий с выключающимися связями". М. 1988 г.; ' '

- "Рекомендации по проектированию в горных районах Дагестана •. со стенами из местного материала и сейсыоиоожрующкми опо-

Махачкача, 1992 г.;

- проекта десятиэтажного крупнопанельного здангл со скользящим иУ'лЛР.'/.^ггн:.;',! поясом и выключающимися элемента.1:; для - ?роительства

б Я-ти бягааых участках г. Махачкалы.

РазраЗстанные сейсмоаоолируюаак трубсбето; .ь-е к^Гг-эвие опоры

приняты к внедрению Агропромстроем Дагестана и использованы в проекте, эксперкмектального здания со стенами из бутового камня.

Результаты исследования внедрены в'учебный процесс строительного факультета Дагестанского политехнического института - г курс ж?'.ций "Сейсмостойкое строительство", в дипломное проекткрос&пке студентов и в учебно-исследовательские работы студентов, спецнали-• эирующихся по кафедре строительных конструкций.

Апробация работы. Отдельные результаты диссертации догладывались:

- на Всесоюзной конференции "Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике" в 1978 году (г. Вильнюс);

- на 5-й 1981 года и &-й 1985 года научно-практических конференциях молодых ученых Дагестана (г. {/ь:-айкала);

- на координационном совещании по оптимальной ьэдежности сооружений (тема СД9Д1) в 1984 году Гг. Алма-Ата);

- на 6-й Европейской конференции по сейсмостойкому строительству в 1978 г. (г. Дубровник);

- на 9-й Европейской гонферекцик по сейсмостойкому строительству в 1990 г. (г. Москва);

- на ежегодных заучно-техничг конференциях Дагестанского политехнического института в 1980-1993 г.г.;

- на научно-техническом совете Министр• - тва строительства и архитектуры Дагестана в 1990-1993 г.г.;

на объединенном семинаре Центра сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им, Кучеренко.

Публикации. Автором опубликовано боле,- 25 научных работ, б том числе 2 монографии в соавторстве. Списсч 15 оснорккх ркбот аг-тора по теме диссертации помещен в конце'автореферата.

Структура и объем работы.' Диссертация состоит из введения, первой главы, двух частей, каждая из которых, в сбою очер---д: . включает по три главк, заключения, списка литературы и приложения.

Обиий объем работы: всего 426 страниц,- в том числе 235 страниц мапкюпксного текста, ,72 страницы рисунков, 5 страниц таблиц, список литературы на 17 страницах, содержащий ссылки на 161 работу и приложение на 37 страницах.

- 6 -

основное содержание' работы

Во введении на основе краткого обзора исследований по основном направлениям соверзонстзования норм проектирования и расчетов сооружений на сейсшгсесю» воздействия, выполненных Я.М. Айзенбер-r •;..!, О.О.Андреезым, К.Н.Бургмаком, И.И.Гольдекблатом, Б.Е.Денисо-Etsf, A.M.Кургановым, А.И.ЫартемьяновкмГ В.И.Ойзерманом, C.B.Паля-, ют: г,:, В.А.Раевским, Я.Я.Складневьм, Л.Р.Ставницером, Э.И.Хачия-iío.'.í, а та;с<е с ссылкой на исследования по сейсмэзавдте и сейсмоит KO.'i.-.jr.iî! сооружений, выполненных Я.М.Айзенбергом, Т.Ж.Жунусовым, Л.ш.гилймником, В.В.Назшшм, B.C. Поляковым, О.А.Савиновым, Л.Л.Ссядатовой, A.M.Уздиным и Ю.Д.Черепинским, дано обоснование актуальности темы диссертации.

отмечены преимущества процедуры проектирования сооружений, оиночапной на показателях надежности. Приведены подходы, заложенное в основу ставших классическими методов расчета надежности соо-Р'У?.:е' пй на статические нагрузки и динамически? воздействия, разра-ботг.яиах А.Р.Ржаницыкым и В.В.Болотиным.

Отмечено, что вместе с В.В.Болотины?,! и А.Р.Ряаниццным оспово-пело;-'ч;:г^.!:1 классической теории надежности конструкций являются исследователи А.Фрейденталь, А.Анг, М.Амин, С.Корнелл. Кач внесшие крупный вклад в развитие вероятностных методов ' расиста сооружений отмечены работы В.И.Бабицкого, • М.Ф.Барштейна, М.£-.Д»мешберга, В.А/Ивовича, А.Е.Кудзиса, О.В.Лужина, Б.П.Макаро-. ла, Н'Л'.Напетваридзе, Н.А.Никодаенко, В.Д.Райзера, В.А.Светлицко-го, А.П.Сшшцына, Н.Н.Складнева, 'Д.Н.Соболева, С.А.Тимашева и других. _ ' .

описаны подходы по оптимизационному расчету сооружений с при-вероятностно-экономического критерия, разработанные /.Р.?;-пшк;иным, Б.'И.Снарксисом, 'А.Я.Дривннгсм, П.Н.Складневым, Ю.Д.Пухоглзд. а такхе при сейсмически:-: восдэп.гхгилх - Я.М.Айзенбер-ro'.i, А.'Л.поймано«.Э.Роогдйикютом, ГгДугусти, А.Еарагта, Ф.Кашиати, Г.Грчнлогп и Д.Бенедетги.

Отмечены та:-ке исследования в этой г5ласти, проведенные Д. •í.Vo.uyx'Of.hia. Л.О.Цнаешоком, А.П.Синициным. Ы.В.Ф/^яксвым.

îU сч:нсв& анализа этих исследований сделан вьвод, что отсутс-окинете подхода к лцекке нематериального ущерСз при отказах со л; у7«'К;:л ne яв.'иегся основанием для отказа от применения вероят-:tc-";!'o:c¡4'-4" методики оптимизационного расчета. Рэдоние

■з'.лл г; sepa» ¿а ne сери чео-л< зквиЕ..ч«нтные ма-

термальные потери, будет вполне обоснованным при оптимизации структуры сооружения .и выборе лучшего варианта конструктивного решения.

В конце введения сформулированы цели и задачи исследования, приведена общая характеристика работы, ее новизна и практ;:;. ска? значимость. Изложены сведения об апробации и публикации результа-. тов исследований.

В первой главе раскрыта сущность резервирования строительных систем в целлх сейсмозащиты и проведена их классификация по типам резервирования.

Резервными названы элементы или системы, специально вводи::че в структуру сооружения для повышения надежности или снижения затрат на усиление. При сейсмических воздействиях включение и (или) выключение резервных элементов приводит к образованию управляемых (резервных) состояний сооружений, предшествующих предельным состояниям основных несущих конструкций.

В отличие от технических систем, включение и выглгченпе резервных элементов в строительных системах приводит к перераспределению усилии (нагрузок) и изменению кнтенсивностей отказов элементов. В результате этого, как отметил В.Д.Райзер , нарушается условие статистической независимости отказов, которое заложено в схемах параллельного соединения технических систем. Кроме того, если резервные элементы в строительных системах могут быть парап.селънс соединенными (в смысле надежности) к основы!м элементам, то последние, в большинстве случаев, не могут быть параллельно соединенными к резервным элементам, так как их отказ может вызвать отказ всего сооружения.

Показано, что' анализ надежности сооружений с резервированием может быть проведен по динамическим схемам состоянии и графам переходов, псваляющим наглядно представить эволюцию состояний этих сооружений.во времени.

.Тип-резервирования сооружения, где резервные элементы не сут вертикальные нагрузки и включашея ?. работу в нагруженном ре-...-J только при горидонт&яьккх воздействиях, назган ненагрул'-н• •ш^чЛ^.-'.'Геик» элементы. \ил\ нагруженном типе резервирования разделены на начально' включаемые и "аварийно" г-кдачаемые. Начальное включение роаеръа ссугй'.-стсля^тся с целью работы резервных элементе*;: ' нчгруленном режиме с момента пачгыа сейсмического воздейс-ть;.- . "Льарий;и:й" рс-.-с-рь находятся т. хдучкм режиме и включас тел в

работ/ при заданных пороговых уровнях нагружения основных несущих

конструкций.

Тип резервирования, где резервные элементы постоянно включены к р.'-сста'ст с основными элементами параллельно, в одинаковых условиях как на вертикальные, так и на горизонтальные нагрузки, назван сблс-гченкым резервом.

На примере расчета вероятностей нахождения в резервных состо-янчя:-- и показателей кеде;,мости адаптивной системы сейсмозащиты с лруг.:созии"^ч"йоглимг.ся связями раскрыта сушдссть временного аспекта резервирования сооружений, вкрашяауюся в «вэс&нии времени работы c<i:ci-í::z.■ ксoys:x конструкций в нагруженном режиме. Отмечено, что-малая чувствительность резервированных систем к случайному разбросу параметров входных воздействий и быстрая восстанавливаемость резервных элементов, позволяет широко применять их в условиях неполной по оОъему и недостоверней по качеству исходной информации.

Учит'.^'.-л, что объектами исследования в диссертации, в основном. являются системы сейсмозащиты с выключающимися связями и система сенсмоизоляции со скользящими фундаментным поясом и кинематическим фундаментом, как нашедшие практическое применение, приведен краткий обзор их исследований. В обзор исследований сооружений с ьъ;ключгжщимися и включающимися связями включены работы Я. М. Айзенберга, Т.АСаканова, Б.К.Гайырова, М.М.Деглиной, А.И.Джумабаева,

A.Д.Дугричилова, К.Ю.Залилова, Х.Н.Мажиева, А.М.Мелентьева, П.Д.Мухамеджанова, Р.В.Ногай, В.И.Смирнова, С.К.Урановой, М.М.Ха-сеноза, Т.П.Чачуа-. Обзор исследований сооружений с сейсмоизоляцией проведен по работам М.К.АбдыбалиеЬа, Т.Ж.Дунусова, Л.Ш.Килимника. Д.М.Курганова, В.А.Лапина, Э.В.Пак, С.Б.Полякова, С.А.Савинова,

B.В.Сахарозой, Л.Л.Солдатовой, А.Ы.Уздина, З.Г.Хучбарова, Ю.Д.Че-репинского, В.П.ЧуденцоЕа и В.Г:Яременко.

Вняв-лены вопросы, требующие дополнительного изучения по этим системам с целью выяснения их работы при сильных нелинейных эффектах, вызываемых колебаниями с упорами об ограничители перемещений, к определения областей рационального применения.

Исследованию у^ругопластических систем при сейсмических воз-.;:,пс?":;:ях посвящено больаое число работ. Во многих кз них выявляйся резервы сейсмостойкости, заложенные в основных несущих конс-.;.; 'пях пр« их неупругой работе. В последние годы стали больше ¡' ir.-'HH сор едеть ;¡a управление'процессом развития неупругих де-

-liii.í, допустив их'прежде всего в менее ответственных конструк-■-:.■:, с псиуче:шя o6¿;-?ro механизм.* неулругих деформаций и

хрупких поврелдеиии. Подробно о принципах и путях решения этой проблемы сказано в работах Я.Ы.Айзенберга. К этой же проблеме следует отнести и исследования л.Л.Бородина и Э.А.Хачияна, где на примерах расчета систем со специальными пластическими элемента)«! показаны их высокая эффективность.

Определение вероятностных характеристик сейсмических реакций одно и многомассовых линейных систем не представляет особой трудности. Аналитические методы их расчета при случайных воздействиях разработаны Ы.Ф.Барштейном, В.Ё.Болотиным, Ю.П.Назаровым, Н.А.Ни-колаенко, В.В.Петровым, а также зарубежными исследователями Д.А.Гаспарини, М.Григориу, Х.Камеда, А.Кьюрегьяном И другими. Математические ' трудности возникают при получении аналитических выражений для сейсмической реакции нелинейных^ динамических систем. Поэтому, имеющиеся в этой области 'исследования ограничены в основном одномассовой расчетной моделью. .Методы расчета выходных харак-« теристик нелинейных инерционных динамических систем при случайных воздействиях разработаны в трудах В.В.Бабицкого, В.В.Болотина, А.С.Гусева, Ы.Ф.Диментберга, И.Е.-Казакова, К.А.Кирикова, Б.П.Макарова, Н.А.Никслаенкс, .Д.Соболева, А.К.Юсупова, В.Г.Яроменко ,н

других.

В конце главк сделан вывод с :;ря'"шей недостаточности исследований по расчету вероятностных характеристик реакции и оценке надежности 'нестационарных и нелинейных систем при воздействиях типа сейсмических, хотя они и очень важны для обеспечения оптимальных уровней надежности сооружений и выбора их аффективных, вариантов конструктивных решений в условиях разной степени полноты исходной информации о сотрясаемости и сейсмической опасности..

ЧАСТЬ J. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВДЕЛИ Р/СЧЕТА НАДЕЖНОСТИ

Во второй главе приведены расчетные динамические модели и пример описания пространства состояний систем сейсмозалдоты с выключающимися и включающимися резервными элементами. Разработаны С5-щая и марковская модели оценки вероятностей нахождения в резервных состояниях и надежности одно и'многомассовых нестационарных линейных и Нелинейных систем се;!смозащиты. Оценена точность марковской модели надежности путем сравнения графиков показателей надежности, полученных по ааалнтшсским гжра>йш;ям и методом статистических иегы'.акий на

Рлочетпие динамические модели систем сейемозашиты с выключаю-

■ - 10 -

цдамися и включающимися резервными элементами представлены в виде нестационарных упругих, нестационарных нелинейно-упругих и нестационарных упругопластических невесомых консольных стержней с сосредоточенными массами (сабл.1).

Нестационарными линейными названы системы'с начально включенными хрупкоьыключающимиоя элементами. К нестационарным нелинейным отнесены системы с хрупковыключаицимися -и упру го..включающимися элементами. К нестационарным упругопластическим отнесены нестационарные линейные или нелинейные системы, имеющие пластические элементы. • •

Резервные элементы в вышеназванных системах не несут вертикальные нагрузки, поэтому не происходит перераспределение этих нагрузок в процессе переходов системы в резервные состояния.Это позволяет их отнести к ненагруженкому типу резервирования.

Показано, что описание пространства состояний сооружений с резервными элементами (РЭ) в процессе сейсмических колебаний часто приводит к сложной схеме переходов, имеющей вид дерева графов. Для примера на рис.1 показаны расчетная модель- (а) и граф переходов (б) системы сейсмозащиты с хрупковыключарщиыуся связями в трех уровнях по высоте. В них приняты следующие обозначения: Но - начальное состояние система (НС), Н1, Нг, Нз - промежуточные состояния (ПС), переходы в которые осуществляются выключением связей 1-го, 2-го, 3-го уровней соответственно; Нкс - конечное состояние системы (КС), соответствующее состоянию сооружения после выключения всех связей. Н,к - состояние, соответствующее выключению .1-го РЭ по к-му пути перехода в КС; С^н'- состояние, соответствующее 'отказу 1-го незащищенного непосредственно резервными элементами уровня сооружения в Н^ом резервном состоянии к-го пути перехода в КС; - интенсивность перехода из Н^го в Н^-е резервное состояние по к-му пути; пки ~ интенсивность перехода системы в <Зк1з-е огказовое состояние;- Ац.кс - интенсивность перехода системы в КС после выключения 1-го и 3-го РЭ; Лот - интенсивность перехода системы из'КС в состояние отказа. .

В целях упрощения и с учетом малой вероятности здесь не рассмотрены случаи одновременного выключения РЭ в разных уровнях по высоте.

Дначогш'но составляются графы переходов и в других случаях

резервирования сооружений.

Пути перехода в конечное состояние 'В графах перехода несовместны. В процессе сейсмических колебаний может быт; реализован

Расчетные динамические модели и конструктивные схемы систем сейс-мо защиты с выключающимися: и включающимися резервными элементами

Таблица 1.

N Зависимость ' Расчетная

я/ п

ТЗ—

У

модель

Конструктивная схема

1 !

<3 о

I I

нестационарные линзины^

Ш|

У/

ч

У /

V '

! X

I ■ I

А.

/

1 ы клюиа ю. щ и й с к

элемент / (ЕЗ) \

/

/7/77

\

Г ! 4, ! Л I А I ГГ! ГТ: /\

I/ V/ \!/ V/ \ ■ I 1- V V V х _:

! !

нестационарные иелинейнЬ — упругие

Ш|

Д ПАЛ и ."у

Г/1. ._, р |_| > V I л м ■■ .( > : . I.--

■I Тх*

;ч ! ' Г~

л «М

,а ключ аю хц л с с я.

\ СВЯЗИ . / I

V V 1

.V

и »¡л

! I

- 12 -

Продолжение таблицы 1.

i6

m¡

Г

t:

/Ригерь'

"h i ! -1?- i

i V ü

U ч V k4

mi|

-i—£

вэ{

4 ¡

ВЭ L

диафрогма -¡-

ÍB3t

i i-

- — ■— ' ?

H mM j

■h > з'ируНПГ" 7

П ! 1 I лммтттг-от I

i.

сграшгаитепь

V

нестационарные упругояластическне

fir

! ¡t : ij_

i ■' " ч

Til

i

' ¡;;ла!.гичесы1е; i !

; 1о.тементы ;¡ ! _ Л _¡

ТП

riii!

-pn-

t

i r jn

j ]

! k'v zr-t

U- , 0 .

I !

I

H!

¡j ,, ,

■ • ¿-ivueaiu . i > ;ii---/•--------

Лог)

/л'-. » »-A Ч,

/ i ¡ \ 'i

,*/Vs¡

.i*; ty. -•/

V \ ' ■-г /

/ / / / > / /"ЯК //->

*¿ v .

0V< «Vv

\' \r\

I" r W ¿r/ i i T ^ \ Г -Vw Ч Г g £

...j ы>; . / / \\\ w i л j t*

«tw /4?, / -if / Ü f

« s.

f* \ t J&Vaöi

\ \.Q Ver

Al

^fsr'-i

• h—t i

~ i

v- \ i

V—-4/

4"

/

\ <1-

л '

Cj/

-Г1

/

/

// оЛ

•б.ч. A-

с-л/

-R £

5 5 ЕГН

к a

2 ¿

г.:

>S É V

■ t- -

С 2

— ?

ó ~

«i O

R

один из них. Но для оценки надежности требуется рассчитать вероятности нахождения системы за время воздействия во всех безотказовых состояниях. Тогда надежность системы сейсмозащиты будет равна сумме этих вероятностей.

- При разработке общей модели оценки надежности сооружений с еыкх'оча'сдашея элементами, вероятность отказа системы в резервном или коночном состоянии представлена в виде

Р(Нз) - РСП^ П Вз-ц) Л ( и Аи)],

1-1

где В^ - событие перехода системы в состояние К^; В3+1 - событие невыхода системы из ; А и - событие наступления отказа в 1-ом уровне сооружение, непосредственно незащищенном резервными элементами е состояние Н,; М^ - число уровней, которые могут перейти в состояние отказа в состоянии сооружения; л - логический еимвгп объединения множеств; и - логический символ пересечения множеств;

Переходя к условным вероятностям и считая события Аи несовместными и независимыми, получены аналитические выражения для определения вероятности нахождения системы в Н^-ом состоянии.

Зная эти вероятности, надежность сооружения оценивается в вит • ■

д.е .

N

" Р - С Р(Н3), •>-° ,.

где Р(Но) - вероятность нахождения системы I начальном состо-ян,;::; Р(Нц) - вероятность нахождения системы в конечном состоянии.

При. применении общей модели ь.^гут возникнуть сложности, свя-р-аннце с определением моментов времени перехода системы в то или ипог состояние. В диссертации приведены выражения для их приближенного определения. Если учесть только э<1 1>ект адаптации пли энер-гопоглглценнл. но не времени работы основных несущих конструкций в '■.е.-ее нагруленком режиме, то, в запас надежности, время работы оистсмы в резервных и конечном состояниях можно будет принять рав-ы:м продо.ш!.егьности воздействия.

Проведен анализ влияния принятых допущени* о ;;ес-вместности ' ¡1 независимости событий отказа конструкций в уровнях сосредоточения пасс, непосредственно неэаадуценных резерв«^.:',I элементами, на

- 15 - '

надежность системы. Влияние допущения о несовместности событий отказа. оценено путем сравнения показателей надежности 5-ти массового консольного стержня, моделирующего 5-ти этажное крупнопанельное здание, определенные аналитически по соотношению объединения множеств и на ЭВМ методом статистических испытаний. Получено, что это допущение не приводит к заметной погрешности даже при сравнительно низких предельных откг зовых уровнях пеакции конструкций.

Влияние допущения о независимости событий отказа оценено путем .сравнения показателей надежйости рассматриваемой системы, определенных методом, статистических испытаний и по приближенному аналитическому выражению, где корреляционная связь между реакциями элементов расчетных уровней учитывается с помощью обобщенного коэффициента корреляции. Данное допущение привело к нижней оценке надежности сооружения, отличающейся от точного значения при высоких отказовых уровнях"на 1-1.52

Учитывая, что процесс переходов в резервные и конечное состояния нестационарных линейных и упруго-нелинейных систем сейсмоза-щиты удовлетворяет условиям ординарности и отсутствия последействия, с применением теории марковских случайных процессов с непрерывным време'нем и дискретными состояниями получены замглутые выражения расчета вероятностей состояний и надежности одно- и многомассовых систем с резервными элементами типа хрупковыкпочающихся связей и ограничителей перемещений. Рассмотрены варианты резервирования сооружении с начально В!льче;.яым1! и последовательно выключающимися и включающимися связями, установленных в одноярусной рамной системе, в нижнем гибком этаже многоэтажного здания, а также в нескольких или во всех этажах.по высоте здания-

Вероятности Ра (и - нахождения сооружение в резервных и конечном состояниях определены путем решении с помощью преобразований Лапласа системы однородных дифференциальных уравнений Колмогорова, в .облом случае имеющей, вид

-■» £ Р|(т!1(Г.О - Р}М ЕАлк(Г.Ъ).

1 £ I (з) К € и (к)

где НЯ - множество тех резервных состоят*,н, из которых возмежен непосредственный переход б состояние Н^; J(k) - состояния, в.которые возможен переход из состояния Нд; Ли - интенсивность перехода из состояния Н^ в состояние Х^к. - то же из состояния Н^ в Н]<. Интенсивности переходов принимаются равными интенсивнсстям

выбросов за соответствуйте предельные уровни реакции сооружения. Входное воздействие представляется при этом в виде стационарного

узкополосного случайного процесса.

Анализ выражений определения вероятностей нахождения системы сейсмозащиты в начальном, резервных и конечном состояниях, полученных для разных вариантов резервирования, показал возможность их представления по отдельному j-му пути перехода в конечное состояние в следующем обобщенном Еиде

Poitl - exp(-Aot)

-1:1 ' ' exp(-AVt) РиЫ - П ----.

r-0 _ ,, 4 ., „

^(ЛЧ - л-г) •

где P0(t) - вероятность нахождения системы в начальном состоянии- Pji(t) - вероятность нахождения системы в 1-ом резервном состоянии (i - 1,с,...,г» 1); Pjn(t)- вероятность нахождения системы в конечном состоянии; Xjk. к+1 -'интенсивность перехода системы из Ну, - го состояния в последующее (H^+i) резервное (конечное) состояние; Ло, AJi, - сумма интенсивностей выхода 'системы из соответствующих безотказовых состояний.

Вг¡ранение для оценки надежности системы при этом принимает вид •

k NJ к

P(t) - PoCt) + t E-.Pjjit) t £ Pjn(t). j-i J-i

где к - число пу.ей перехода системы г, КС; Nj- число резервных состояний по j - му пути перехода в конечное состояние .

Вероятность отказа Q(t) - 1 - P(t).

Рассмотрены также случаи обратных переходов, когда в результате срыва ударного об ограничители режима колебании, система пе-;'сходит в безударный режим. Граф переходов носит при эхом двусторонний характер,что осложняет решение система дифференциальных '-"[>• вероятностей состояний. Ьсли в ы пас надежности долус-

'.¡•ть , что срыв сейсмоударного режима колебаний скстёмы не проис-.vVJ'.r, 'jo ¡ия"9ЖН0С1'Ь сооружений с выключающимися связями и ограни-

чителями перемещений можно Судет оценить по выражению, полученному для одностороннего графа переходов.

Преимущество разработанной марковской модели оценки надежности по сравнению с общей моделью заключается прежде всего в том, что не требуется определить моменты времени перехода системы в резервные состояния.

Соответствие принятых гипотез о" марковском характере процесса перехода системы сейсмозащиты в резервные состояния и о пуассо-новском распределении числа пересечений предельных уровней реакции элементов реальному характеру работы систем сейсмозащиты оценено путем сравнения кривых надежности, построенных по аналитическим выражениям и методом статистических испытаний на АВМ. Получено хорошее согласование результатов, особенно при высоких отказовых уровнях основных несущих конструкций. .

На примерах расчета простейших, систем сейсмозащиты показано,, что резервирование дает существенную прибавку к надежности сооружений. Причем она тем больше, чем выше степень' резервирования, т.е. чем больше число благоприятных резервных состояний.

В третьей главе репена задача расчета надежности конструкции с n-ым числом одинаковых элементов, m из которых являются параллельно соединенными (в смысче надежности) резервными.Считается, что при выключении ml-ro числа элементов система переходит в состояние отказа. Выключение элементен мотет происходить в любой пос-педовательности по одному или одновременно по несколько. В каждом из резервных состояний, куда переходит система после выключения элементов, происходит равномерное-перераспределение статических и сейсмических нагрузок (усилий).

Данный тип резервирования является облегченным и может быть фименен для обеспечения высоких уровней" надежности Байтовых конструкций, арж с затяжками, большепролетных ферм с предварительно ¡апрягаемимн элементами и других стержневых конструкций, работаю-щх на растяжение.

Следует отметить, что надежность конструкций с параллельно соединенными элементами при динамических воздействиях мало лссле-[ояана в отечественной и зарубежной литературе. 3 книге К.Кгпура и '.ламберсона, а также в статье О.ФЛТославского дано решение этой сдачи для случая дг<ух параллельно соединенных элементов. При 'ольшем числе параллельно соединенных элементов граф переходов таьовится .многоветвеБЫм, как это показано на риз.2 для систеш с

к=1 м_'<=2 „ к=3 .,,"к=4 ,,

----:------*Н5!!1

\ 4

\ü к=2 „ k=íи

\

Ф! u Чи Чм

П2--^N'211 \ !П2 ' *ГН2! 11112

12 ' : и: ' х

\

к—-2

Из Наг Ни

\

\

\

Рис.2. Граф состояний системы.с 4-мя параллельно соединенными элементами.

4-мя параллельно, соединенными элементами, З.из которых являются резервными (т-3). В нем через Но обозначено начальное состояние системы. Переход в по -ледующее состояние может быть осуществлен выключением 1,2,..,т+1 элементов. Это состояние обозначено через Hj, где i - 1,2,..,ш+1. Из Нj состояния, кроме.Hm+i, возможны дальнейшие переходы с таким же порядком выключения оставшихся элементов, Например, третьему шагу перехода'с числом выключенных эле-' ментов i+j+s'будет соответствовать . состояние HijS. Максимальное число шагов по одному пути перехода равняется ш + 1.

Учитывая, что рассматриваемые срстоянш являются несовместными, надежность системы определена в виде суммы вероятностей нахождения ее в безотказовых состояниях.

го го-1 ш-1 ш-2 m-(i+l) я-11+Я

R-RO+ERÍ+E Б .RU + E E E RUs +

i-1 i-l j-1 i-1 j-l s-1

m-3 m-(i+2) m- (i+j+i) m-a+i^s)

+ £ E E E Rií3k ♦ ... ,

i-i j-l s-l k-1

Здесь: Ro - вероятность нахождения системы в начальном состоянии; Ri:<- - вероятность нахождения системы в состоянии с l.J.s - ым числом последовательно выключенных элементов.-

Предложены два подхода к оценке надежности параллельной структуры. Первый, названый общим, соответствует системе, последовательность переходов которой не описывается марковским процессом. Он характерен для неупругой параллельной структуры. Вероятности нечлкдения системы в состояниях Rusk при этом определены исходя из формулы условных вероятностей

Rusk - Pijsk Pijsk. где Pijsk - - условная вероятность выключения при к-том шаге одновременно К (К - 1,2,...,г ) элементов из оставшихся 1 - n - (i+j+s) элементов; Pijsk - вероятность невыхода системы из' состояния с числом работающих элементов 1-к в последующее, определяемая как вероятность невыключения ни одного из имеющихся элементов.

Использовав соотношения из теории*объединения и пересечения множеств, и выразив вероятность пересечения зависимых событий че-« рез обобщенны^ коэффициент корреляции, получены выражения для определения PjjsK и Pusk-

Второй подход разработан для случая марковского характера переходов системы в резервные состояния, который имеет место при хрупком выключении резервных элементов. Путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений Колмогорова, получены выражения для определения вероятностей Ro, , Ri, Rij, Rtjs. ____ Интенсивности переходе? определены как. интенсивности гсбросов за предельные уровни выключения элементов. При этом учтены возможные комбинации выключения элементов и снижение предельных уровней выключения из-за перераспределения усилий от статических нагрузок в процессе исчерпания резервных состояний..

Показано, что при высоких отказовых уровнях элементен события одновременного выключения двух и белее эле>-. з.чтов становятся маловероятными. Неучет их приводит к однонаправленному графу переходов, охватывающему состояния системы , образуемые последовательньм выключением по одному элементу. Выражение для оценки надежности системы с -параллельным резервированием элементов при зтем получего

в виде ' .

m m

R(t) - П (n - k)Xk £ (expt -(n - r)Xrtl/ k-0 ' r-ov

rn

{(n - гПг п tin - 1)>.1 - in - гПгз}},

1 l-o "

где п - число элементов параллельной структуры; т - число резервных элементов; Лг. >1, - интенсивности выключения одного элемента в состояниях системы с к, г, 1 числом выключенных элементов.

Рассмотрен пример расчета системы с массой М, подвешенной на 6-ти канатах, 3 из которых являются резервными. Сейсмическое воздействие представлено в виде стационарного случайного процесса Й интенсивностью 7,8,9 баллов. Получено, что с увеличением интенсивности воздействия вероятности нахождения системы в промежуточных резервных состояниях возрастают, что дает существенную прибавку к надежности системы в целом.

На примере расчет'одноярусной статически неопределимой рамы . показана возможность применения данной методики для выявления резервов надежности, заложенных в рамных системах, если последовательность выключения лишних связей в результате образования в узлах пластических шарниров представить в виде последовательности образования безотказивых состояний. ......

В четвертой главе изложены приближенные аналитические методы расчета вероятностной сейсмической реакции и надежности сооружении со скользящим фундаментным поясом и кинематическим фундаментом, представленных в виде одно и двухмассовых нелинейных систем.

Для одяомассовой системы с сухим трением задача решена корреляционным методом, путем статистической линеаризации нелинейной .. зависимости. Входное воздействие представлено в виде стационарного случайного процесса с дельта- йбразной корреляционной функцией. Получены выражения для определения- среднеквадратических значений скорости и перемещения системы. При этом скорость системы оказалась стационарной во времени, а перемещение - нестационарным.

Для списании восстанавливающей силы в системе с сейсмоизоли-рувщими качающимися опорами предложена выпуклая нелинейная функция вида • . .'■,'■.

Я(у) - Со у(1 - ру2).

где Со - коэффициент, определяющий назсюа кривой в начальной точке.0; р - параметр нелинейности (р << 1).

Для одночассовой системы при стационарном случайном воздействии с дельта- образной корреляционной Функцией, путем решения ьтоииго уравнения Колмогорова, составленного' ."ля сошл.-стисЯ плотности вероятности перемещения и скорости, ж. г/чена ь; ранения для озк'д; ленил среднеквадратических аначекий еыходлых характеристик.

Показана возможность оценки надежности вышеназванных систем с применением теории выбросов.

Для сооружений со сколь?! щм фундаментным поясом и кинематическим фундаментом, расчетная модель которых может быть представлена в виде* дзухмассового консольного стержня, с нижней массой, сосредоточенной в уровне низа надфундаментной части здания, разработан алгоритм расчета характеристик сейсмических реакций и надежности, основанный на аппроксимации характерных для сухого трения, упругих и жестких ограничителей, а также кинематических фундаментов нелинейных зависимостей степенной функцией и степенным рядом. Вначале проводится более точная аппроксимация степенной функцией

вида У*' , а затем полученную кривую описывают рядом f(у) - aiy + азу3 + ....

Ограничившись удержанием в ряде первых двух членов, коэффициенты ai и аз определены по интегральному методу наименьших квадратов. В результате получена система из 2-х дифференциальных уравнений второго порядка, первое из которых является нелинейным. Переходя к разрешающему нелинейному' дифференциальному уравнению 4-го порядка и представив его в виде интегрального уравнения, предварительно определив импульсные переходные функции и применив метод канонического разложения к входному нестационарному случайному' процессу, получены выражения для определения случайных перемещений масс во втором приближении. Далее, определив начальные и центральные моменты их распределения и описав плотности распределения рядом Грамма-Шарлье, получены выражения, позволяющие найти вероятности невыхода перемещений за допустимые уровни.

Предложенный алгоритм не' исключает применения ЭВМ, так как для получения случайных чисел приходиться обращаться к стандартным программам "Raridu" и "Gauss". Кроме того, в алгоритм входят выражения, интегралы от которых могут быть взяты только на ЭВМ.

Точность алгоритма ' оценена путем сравнения графиков функции распределения перемещений нижней массы 5-ти этажного крупнопанельного здания с кинематическим фундаментом, построенных по данному алгоритму и методом статистических испытаний. Достаточно близкими они оказались при средних уровнях непревышения. При высоких предельных уровнях предложенный алгоритм дает; нижние оценки надежности, которые могут быть вполне допустимыми в существующих условиях неполноты исходной сейсмологической информации. Преимущество данного алгоритма, пер^д непосредственным , интегрированием нс/однсй системы дифференциальных уравнений на ЗВУ. и сценкой надежности ме-

тодом статистических испытаний заключается в расходе в несколько раз меньшего объема машинного времени.

ЧАСТЬ II. ОПТИШЮАЧИШНЫЕ РАСЧЕТЫ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ

-*

В пятой главе численными методами с применением ЭВМ исследованы нестационарные упругие и упругопластсгаеские системы с резервированием. Определены их рациональные параметры и варианты резервирования, обеспечивающие максимальное снижение сейсмических нагрузок в условиях неопределенности спектральных характеристик сильных землетрясений или возможности воздействий с различными спектральными характеристиками.

Рассмотрены одномассовые системы с пластическими элементами, с пластическими элементами и ограничителями перемещений, с хрупко-выключающимися связями и пластическими элементами, с хрупковыклю-чающимися связями, с пластическими элементами и ограничителями перемещений.

Алгоритм расчета разработан по диаграмме "перемещение-восста-навливакицая сила", приведенной на рис.3, и соответствующей послед-

выключающимися' элементами (2) и ограничителем перемещений (3)

нему из перечисленных вариантов резервирования. К другим вариантам легко перейти путем невключения в работу системы соответствующих резервных элементов. Сейсмическое воздействие смоделировано на ЗВМ в виде нестационарного случайного процесса со спектральными характеристиками, соответствующими сейсмическим воздействиям. Преобладающие периоды Т-сейсмических воздействий приняты изменяющимися от С.1 с. до 2.1 с. с шагом 0.2 е., максимальное ускорение - равным 400 см/с2, а продолжительность воздействия - равной 20 е.. Периоды собственных колебаний Т упругопластических систем в состоянии упругой работы пластических элементов приняты в пределах от 0.3 с. до 2.1 с. с шагом 0.2 е.. Кроме периодов Т в качестве оптимизируемых параметров системы с пластическими элементами приняты: коэффициент г, выражающий отношение перемещения системы,. при котором пластические элементы переходят в состояние текучести, к максимальному перемещению подобной упругой системы (г - Ут/Уу"13*) и коэффициент ф, выражающий изменение жесткости системы при переходе из упругой стадии работы в пластическую (<? - С%/Со). Учитывая подобие г и коэффициента К1 по СНиП 2-7-31 "Строительство в сейсмических районах", значения г Приняты равными 0.25; 0.5; 1. Коэффициент 9 изменяется в пределах от 0 до 1.

Выбор рациональных параметров и вариантов систем сейсмозащиты. осуществлен по условию минимума максимальных абсолютных ускорений при ограничении максимальных или'остаточных перемещений.

По результатам более 3000 реализаций входного воздействия построены спектры максимальных абсолютных ускорений, перемещений, остаточных деформаций рассматриваемых систем.' Получены и графики отношений максимальных абсолютных ускорений и максимальных перемещений систем с резервированием к соответствующим величинам упругой системы. В приложении "к диссертации даны выборочные записи колебании рассматриваемых систем.

Установлено, что системы, резервированные только пластическими элементами, подвержены резонансным колебаниям, вызывающим рост их абсолютных ускорений. Снижение резонансных амплитуд колебаний происходит пропорционально снижению коэффициентов г и <р. При т -0.25 и ч> - 0.25; 0.5 и 0.75 отношения максимального абсолютного ускорения упругопластической системы Иу-п^" к максимальному абсолютному ускорению упругой системы Шу1"^ поучаются приблизительно равными 0.5; 0.6 и 0.8, соответственно. При г - 0.5 и тех же значениях ¡р данные отношения становятся равными 0.65; 0.70 и 0.85.. Если отношения периодов Т/Т3 соответствуют условиям Т/Ту > 2 и

-.24 г

Т/Т^ < 0.5, то роль пластических элементов в снижении абсолютного ускорения системы становится малозначительной по сравнению с эффектом падения ускорения из-га отдаленности Т^ от Т. Входное ускорение в этих случаях преобладает над относительным ускорением системы.

Анализ спектров максимальных перемещений системы с пластическая элементами показал, что при г < 0.5 и ф < 0.25 в них возникают большие односторонние сносы перемещений, особенно при <р - 0. Только при V > 0.25 и ф > 0.5, а также г > 0.5 и ф > 0.25 максимальные упругопластические перемещения становятся приблизительно равными максимальным упругим. Снос перемещений приводит и к большим остаточным перемещениям, которые растут с увеличением гибкости системы и преобладающего периода воздействия. При резонансных колебаниях данные эффекты проявляются в меньшей степени.

Установлено, что рациональными для рамных систем с пластическими элементами, проектируемых в условиях неполной определенности спектральных характеристик воздействий, являются следующие интер--валы параметров Т < 0.9 е., 0.25,< г < 0.5 и ф - 0.75 - г. Здесь максимальные абсолютные ускорения систем снижаются в среднем в 1.7 раз, максимальные упругопластические перемещения не превышают максимальных упругих, а остаточные перемещения не достигают 3 см.

Показано, что введение 6 систему с пластическими элементами упругих ограничителей перемещений с жесткостью, равной жесткости связей, и зазором Д - 1.5гуутах, позволяющим системе совершать упругопластические сейсмоударные колебания, приводит к снижению максимальных перемещений в 2 раза по сравнению с максимальными перемещениями исходной упругой систёмы. Ограничители перемещений играют роль возвратной пружины, не допускающей одностороннего сноса перемещений более зазора и снижающей остаточные перемещения в несколько раз. При вывеприведенных рациональных параметрах системы с пластическими элементами, остаточные перемещения в рассматриваемой системе не превышают 1 см. ' ^

Включение в работу ограничителей перемещений сводит на.нет эффект снижения абсолютных ускорений упругопластических систем. Особенно сильные скачки ускорений наблюдаются у гибких сооружений. Только при Т < 0.9 с. отношения максимальных абсолютных ускорений упругопластических систем с ограничителями к соответствующим максимальным ускорениям упругих систем не превышаю? 2-х независимо от То.У и ф.

Максимальные ускорения и перемещения системы с ограничителями

Пичти не реагируют на значения ? и Только в случае резонансных или близких к резонансным колебаниях систем и при «р < 0.5 абсолютные ускорения снижаются в 1.3-1.5 раз по сравнению с ускорениями подобных упругих систем с ограничителями.

Варьированием зазора и жесткости ограничителей установлено, что их рационально ввести в сооружения, отказ юэторых может быть вызван превышением перемещений, но не инерционных сил. Зазор ограничителей перемещений в гибких системах рационально принять близким к предельному уровню их горизонтальных перемещений. Ограничители перемещений в этом случае могут быть включены в работу только при резонансных или близких к ним колебаниях. При прогнозируемом широком интервале преобладающего периода воздействия данные события становятся маловероятными.

Наибольший эффект в снижении сейсмических инерционных сил и перемещений достигается при резервировании рамных систем с хрупко-выключающимися в начале связями и пластически работающими элементами. Это связано с тем, что выключение хрупких связей приводит к адаптации сооружения к резонансным высокочастотным воздействиям, а невыключение их при длиннопериодных воздействиях обеспечивает сохранность рациональной при этом жесткой конструктивной схемы сооружения. Если первый случай приводит к снижению инерционных сил за. счет исключения резонансных или близких к ним колебаний, то во втором случае исключаются большие перемещения, возможные в гибких упругих и упругопластических системах.Для обеспечения этих эффектов требуется правильно подобрать.предельный уровень выключения сеязой. Получено, что для нестационарной линейной системы предельный уровень сейсмической нагрузки,. при превышении которого связи выключаются, должен быть определен принимая коэффициент динамичности 6-1.5, а для нестационарной упругопластической системы - а-1.25. При первом значении коэффициента динамичности, связи в системе с периодом собственных колебаний в начальном состоянии Тнс<0.4с. выключаются при преобладающих периодах Тл<0.7с., а при втором значении й выключение связей происходит при периодах Т^О.Эс. В результате этого максимальные инерционные силы, в упругих системах с хрупкозыключаицщися связями снижаются не "менее 2-х раз по сравнению с инерционными силами в упругих системах без выключающихся с-ьясей, а в упругочг-етпческих системах с вк&тючасэдми-ся в начале связями - не менее у,.г> раза.

Исследования '¡сказали, ч:-о ^.-.лтацая есорууениа к воздействиям оказывает больше влияние на сни/.-:-;гле шерционшя • с.и;, чем

пластическая работа элементов. Переходные процессы, вызванные выключением хрупких связей приводят к увеличению максимальных перемещений до 1.5 раза только при преобладающих периодах воздействий Тз-Тнс- В диссертации приведены и другие положительные результаты, получаемые при данном рациональном варианте резервирования сооружений. -

Исследование варианта резервирования с хрупковыключающимися связями, пластическими элементами и упругими ограничителями перемещений ничего существенного к вышеприведенным результатам не добавило за исключением того, что наличие хрупковыключающихся связей сужает интервал преобладающих периодов сейсмических колебаний грунтов, при котором система может колебаться с упором об ограничители. Снижение числа циклов колебаний системы с упорами об ограничители, вследствие снижения Бремени воздействия на конечную систему, приводит к падению "всплеска" инерционных сил иногда до 2-х раз. •

Для обобщения ряда выводов, полученных для одноярусных рам с резервированием, на многоярусные рамы, а также их подтверждения в условиях работы рам близких к реальным, проведены исследования упругих реакций и напряженно-деформированных состояний двухярусных однопролетных железобетонных рам с различными вариантами конструктивного решения. Рассмотрены гибкая рама, жесткая рама со связями, рама с гибким нижним этажом, рама с хрупковыключающимися связями в нижнем гибком этаже и рама с хрупковыключающимися связями и жесткими ограничителями перемещений;

В расчетной модели массы рамы сосредоточены в узлах и в каждом узле учтены 3 компоненты смещений - два поступательных и одна угловая. Сейсмические воздействия приняты в виде приведенных к 9 баллам акселерограмм Сан-Франциско (1б"7г.), Эль-Центро (1940, С-Ю).относящиеся к классу высокочастотных, и акселерограммы Бухарест (1986г.), относящаяся к классу низкочастотных.Интегрированием матричного дифференциального уравнения на эвм методом Ньюмарка получены кинематические параметры .движения всех масс в заданные моменты времени и усилия М, N. О в сечениях элементов рам р момент времени максимума ускорения верхнего яруса. Подтверждены выводы, касающиеся эффективности резервирования сооружений хрупковыключающимися связями и целесообразности введения ограничителей перемещений только в виде элементов "аварийного" резерва, т.е. с зазором близким к предельному уровню перемещения стоек гибкого яруса.

В шестой главе изложены результаты исследований сейсмических реакций и надежности многомассовых систем с сейсмоизолирующим фундаментным поясом, кинематичео.сим фундаментом и Катковыми опорами при сейсмических воздействиях '9-ти балльной интенсивности, охватывающих широкий диапазон преобладающих периодов колебаний. Определены области рационального применения предложенных для практического внедрения вариантов систем сейсмоизоляции. Проведен выбор рациональных параметров систем сейсмоизоляции и вариантов конструктивных решений по условию снижения сейсмических нагрузок не менее 2-х раз при ограничении максимальных перемещений в уровне сейсмои-золирующих опор до 10-15 см.

В качестве объектов исследования приняты 5-ти и 10-ти этажные крупнопанельные здания со скользящим фундаментным поясом, 5-ти этажное крупнопанельное здание с кинематическим фундаментом варианта Казахского ПромстройНЖПроекта и двухэтажное здание со стенами из бутового камня и сейсмоизслирующими трубобетонными катковыми опорами,' разработанный автором данной работы.,

В отличие от исследований С.В.Полякова, Л.Ш.Килимника, ■Л.Л.Солдатовой зданий со скользящим поясом и Т.Ж.Жунусова, Ю.Д.Че-репинского зданий с кинематическим фундаментом, оценена эффективность данных систем сейсмоизоляции при работе с упорами о жесткие, ограничители перемещений, а также при сейсмических воздействиях с преобладающими длинными периодами.

Расчетные динамические модели зданий представлены в виде упругого многомассового консольного стержня с сухим трением или (и) нелинейно-упругими связями в уровне нижней массы. Сейсмическое воздействие смоделировано на ЭВМ в виде нестационарного случайного процесса 9-ти балльной интенсивности с продолжительностью 30 сек^ Для проведения исследований разработаны алгоритм и программа "Резерв", позволяющая проводить численными методами детерминированные и вероятностные динамические расчеты многоэтажных сооружений с равличными видами нелинейных зависимостей "у - И" в уровне нижнего этажа. Точность получаемых результатов по 'данной программе проверена путем сравнения с результатами расчета системы со скользящим поясом, полученными другими авторами.

В результате исследования получено, что в отличие от упругих реакций, перемещения зданий со скользящий фундаментным поясом при коэффициенте трения-скольженил равном 0.12 обладают'сильной чувствительностью к изменению спектральных характеристик (ускорения,, преобладающего периода) землетрясения. При длиннопериодных воз-

действиях 8-ти балльной интенсивности максимальные перемещения в уровне низа зданий с рассматриваемой еейсмонзоляцией достигают десятков сантиметров, причем они тем больше, чем больше преобладающий период колебаний грунтоь Т3. Только, при Tj<0.6 с. максимальные пер мещения низа здания не превышают 12 см, что считается допустимым по требованиям эксплуатации зданий. Введение упругих ограничителей перемещений малой жесткости не приводит к существенному снижению перемещений при длиннопэриодных воздействиях. Включение в работу жестких упоров, независимо от их зазора вызывает роет упругих реакций этажей и инерционных сил в 3-4 раза, что сводит на нет эффект резервирования.

Проектирование, плоскости скольжения с наклонными участками увеличивает интервал преобладающих периодов, не вызывающих унор системы об ограничители, установленных с зазором 12 см, до 0.9 е.. При больших преобладающих периодах воздействий возможны виброударные резонансные колебания, приводящие к катастрофическому возрастанию сил упругой реакции и сильному снижению надежности зданий по перекосам этажей. •

Применение скользящего фундаментного пояса (fTp - 0.12) для сейсмоизоляции многоэтажных зданий с жесткой конструктивной схемой в районах 9-ти балльной сейсмичнодти рационально, если преобладающий период воздействия не превышает 0.6 с. при горизонтальной плоскости скольжения' и 0.8 с. при плоскости скольжения с наклонными участками. При этом максимальные упругие реакции здамй снижаются в 2-4 раза по сравнению' с максимальными упругими реакциями зданий без сейсмоизоляции при их резонансных-колебаниях, и с вероятностью 0.9 перемещения низа зданий не превышают' 12 см. В районах 8-ми балльной сейсмичности указанная система сейсмоизоляции может быть применена без ограничений , так ка. максимальные перемещения низа.зданий не превышают 10 см в интервале преобладающих периодов 0.2<Tj<2.0 е., а максимальные упругие реакции снижаются в 2 раза.

Эффективность сейсмоизоляции крупнопанельных зданий с применением кинематического фундамента падает с увеличением преобладающего периода сейсмических колебаний грунтов. Только при < 0.4 с. максимальные упругие реакции 5-ти этажного крупнопанельного здания с кинематическим фундаментом получаются в 2-4 раза меньше максимальных" упругих реакций того же здания без сейсмоизоляции при его резонансных колебаниях, а максимальные перемесения здания в уровне верха кинематического фундамента с вероятностью 0.9 не пре--вытают 15 см. Дальнейшее увеличение периода Т- вызымае.? рост упру-

гих реакций и осоСеннй сильно - перемещений здания в уровне кинематических опор. При Т3 - 1.2 с. рассматриваемое крупнопанельное здание с сейсмоизоляцией сбверпает резонансное колебание, приводящее к росту перемещений до 175 см, а сил упругой реакции - до резонансных для здания без сейсмоизоляции. Область рационального применения Кинематического фундамента также ограничена в пределах сейсмоопасных районов с прогнозируемыми высокими преобладающими частотами колебаний, грунтов.

Установлено, что рациональным для зданий жесткой конструктивной" схемы в районах 9-ти балльной сейсмичности при '■ прогнозируемых длинных и коротких преобладающих периодах колебаний грунтов или в условиях их неопределенности является применение в уровне низа зданий скользящих элементов с коэффициентом сухого трения близким или равным 0.4. В этом случае скользящие элементы работают как включающиеся и выключающиеся элементы. Крупнопанельное здание высотой 5-этажей переходит в состояние скольжения при Tj < 0.8 е., а высотой 10 этажей - при Tj < 1.2 е.. В первом случае, максимальное перемещение низа здания не превышает 1 см, а во втором - 4 см. Максимальные упругие реакции зданий при этих периодах снижаются не менее 2-х раз по сравнению с максимальными упругими реакциями зданий без сейсмоизоляции при их резонансных' колебаниях. Форма колебания здания при этом остаетсяв 1-ой,- в отличие от случаев fTP < 0.24, где преобладают 2-я и 3-я формы колебаний, перегружающие верхние этахй. При длиннопериодных воздействиях здания с рациональным коэффициентом трения не переходят в состояние скольжения, а их максимальные упругие реакции получаются в 3 раза меньше по сравнению с резонансными из-за-отдаленности периодов собственных колебаний от преобладающих периодов воздействий.

Область применения зданий с кинематическим фундаментом существенно расширяется если их проектировать с элементами сухого трения в уровне низа здания, обеспечивающими силу трения в пределах 1/4 веса здания. При этом варианте сейсмозащиты, в интервале преобладающих периодов 0.2 с. С Tj < 2.0 с., максимальные перемещения 5-ти этажного крупнопанельного здания не превышают 15 см, а упругие реакции и сейсмические инерционные силы снижаются не менее 2-х раз.

Не менее эффективным вариантом резервирования здании со скользящим поясом (fTp- 0.12) и кинематическим фундаментом является введение в эти системы хрупковкключающихся элементов, например, з виде металлических пластин, приваренных л верхнему и нкжачму

скользящим поясам, л запроектированных так, чтобы они выключались при высокочастотных воздействиях, при которых данные системы сейс-моизоляции эффективны, и не выключались при других воздействиях. В диссертации приведена методика выбора предельного уровня выключения этих элементов, обеспечивающая снижение расчетной сейсмичности зданий на 1- балл независимо от спектральных характеристик ожидаемых землетрясений.

Для малоэтажных зданий со стенами из природного бутового камня, имеющими низкое нормальное сцепление, проектируемых в районах с сейсмичностью 7-8 баллов, в работе предложен простой . вариант сейсмоизоляции в виде катковых опор, выполненных из кусочков стальных труб, заполненных бетоном, и установленных в двух .уровнях по высоте во взаимно перпендикулярных направлениях (см. рис.4). Но

с с

\

Рис.'4. Конструктивная схема сейсмоизолирушей катковой опоры:

1 - верхний железобетонный пояс; . 2 - нижний железобетонный пояс; 3 - трубобетонные катки; 4 - (<-образные энергопоглотители из полосовой стали; 5,6,7 - стальные опорные листы; 8 - выступ в верхнем поясе; 9 - выемка в нижнем поясе.

бокам катковых опор предусмотрены С- образные связи из полосовой стали, присоединенные к верхнему и Нижнему железобетонным поясам. Практическая реализуемость и эффективность данного варианта сейсмоизоляции определена путем испытания модели, установленной на виброплощадке, движущейся по гармоническому закону. Динамические расчеты 2-х массовой модели здания с учетом сил трения-качения (fTP -0.06) и упругих реакций в С- образных связях произведены по программе "Резерв" на сейсмические воздействия, представленных в виде нестационарного случайного процесса 8-ми балльной интенсивности и приведенных к 8 баллам акселерограмм Сан-Франииско (1857 г.), Эль-Центро (1940 г. С-Ю) и Вухарест(1986 г.). Получено доста-

точно 'хорошее согласие результатов расчета по обеим моделям воздействия. Показано, что в широком интервале преобладающих периодов воздействий максимальные перемэщйния системы не превышает 15 см, а максимальные упругие реакции и перекосы этажей снижаются в 3 раза по сравнению с резонансными реакциями и перекосами этажей здания без сейсмоизоляции.

Учитывая, что при преобладающих периодах Т^ > 1.0 с. максимальные упругие реакции и инерционные силы в здании без сейсмоизоляции получаются в 2 раза меньше, чем в здании с сейсмоизоляцией, признано рациональным, в целях сохранения этого эффекта, ввести в катковые пояса хрупковыключаюшиеся при периодах Т^ < .1.0 с. и не-выключающиеся при Т^ > 1.0 с. элементы.' В этом случае сейсмические нагрузки на здание снижаются в 3-4 раза, а его максимальное перемещение в уровне пояса не превышает б см.

Результаты, полученные в.данной главе, -снимают многие вопросы, препятствовавшие широкому внедрению высокоэффективных систем сейемоизоляции в строительство.

В седьмой главе разработана методика оптимизационного расчета сооружений с элементами трех степеней ответственности, включая резервные, с применением вероятностно-экономического критерия. Пред--ложена вероятностная модель прогнозирования степеней повреждения сооружений при последовательном воздействии нескольких землетрясений за короткий отрезок времени^ .

. Методика оптимизационного расчета начата с составления функций' риска, учитывающих степени неопределенности исходной сейсмологической информации о сотрясаемости и спектральных характеристиках землетрясений. При'этом получены выражения, позволяющие определить период повторяемости и ускорение воздействия, соответствующие заданным уровням обеспеченности. ■

Приведенное в диссертации решение оптимизационной задачи основано на известном подходе, выражающемся в определении в.начале экономически оптимального риска (вероятности откааа) с учетом лишь тех последствий отказа, которые оцениваются в денежном выражении. Затрм, постепенно наращивая объем постороннего ущерба до больших величин, получаем гробики оптимального риска и соответствующих км .начальных затрат на антисейсмическое усиление. По этим* данным лицо принимающее решение выбирает тот уровень риска, который считается приемлемым для сооружения заданной ответственности. В работе показана важность сокращения числа переменных параметров в задаче пу-

£ем выражения отношения несущей способности конструкций лобле антисейсмического усиления к несущей способности до усиления через коэффициент, названный коэффициентом усиления". Реализуемость данного подхода продемонстрирована на примерах.оптимизационного расчета простых рамных систем с металлическим и железобетонным каркасом. . .

Проведено обобщение методики оптимизационного расчета на сооружения, имеющие конструкции .3-х степеней ответственности:

- первичные (резервные) элементы, в которых раньше, чем в •других элементах," развиваются неупругие деформации и (или) повреждения;

- элементы, в которых неупругие деформации развиваются во вторую очередь;

- элементы, которые остаются упругими (неповрежденными) лосле образования полного пластического механизма.

Критерий определения оптимальных уровней расчетных сейсмических нагрузок для рассматриваемых элементов представлен в виде

' CofSi.Sc.Sa) + $ХЬ(Т/31,32.2з) <V(Si,S2.S3;U*) — mir.,

где oi, Sg, Sm - векторы предельных сейсмических нагрузок для первичных и вторичных элементов и основных конструкций; C0(5j ,5;-,) -

начальные затраты на антисейсмическое усиление конструкций; ^ t t , Cj" (Sj,S^.Ss'.U*) - приведенные к начальному моменту времени потери, связанные с переходом системы в J-oe состояние; Qj(T/Si.Sg.S?) - вероятность перехода сооружения за расчетный срок службы Т в j-тое состояние, где. последнее из рассматриваемых состояний является отказовым в целом для сооружения; U" - вектор

потерь при отказе, не связанный с параметрами сейсмических нагрузок; J - множестзо состояний системы, переходы в которые связаны <

потерями.

Оптимальными для сооружений только с материальными потерями будут нагрузки S*i,S*2.S*3 .соответствующие минимуму данной целевой функции.

Показано, что расхождения между нормативными величинами расчетных сейсмических нагрузок и их оптимальными величинами можно

угтранить по методике Н.Н. Складнева и А. А.>1>едяева, введением в нормы коэффициентов надежности по назначению.

На примере расчета системы с первичио повреждаемыми выключающимися и включающимися резервными элементами и упругими основными несущими конструкциями показана возможность обеспечения высоких уровней надежности сооружений при относительно небольших дополнительных затратах на антисейсмическое усиление.

Предложенная вероятностная модель оценки степеней повреждения сооружений при последовательном воздействии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени основана на математическом аппарате теории цепей Маркова. Для решения этой актуальной задачи сейсмостойкости составлен граф состояний невосстанавливаемого сооружения при сейсмических воздействиях, в общем, случае, имеющий вид приведенный на рис.5, Общее число степеней повреждения соору-

Рис.5. Граф состояний сооружения с повреждениями при последовательном воздействии землетрясении

жения в нем принято равным т. а число сейсмических воздействий -п. Через Нкз обозначено состояние сооружения, соответствующее']-ой степени повреждения . при К-см шаге перехода (К-ом воздействии).

В итоге матрица финальных вероятностей степеней' повреждения сооружения получена в виде

- .34 -

п

Рп - Ро ПР(Ю, к-1

где Ро - матрица-строка вероятностей начального состояния со-ору: зния (К - 0)-; Р(К) - матрица вероятностей перехода сооружения ' в рассматриваемые степени повреждения при К-ом воздействии, имеющая вид квадратной матрицы верхьего треугольного типа.

Определение матрицы Р(К) связано с рядом сложностей, вызываемых необходимостью учета повреждений, накопленных сооружением при предыдущих воздействиях. В большинстве случаев они могут быть определены только численными методами с применением ЭВМ. В диссертации приведена приближенная аналитическая методика определения элементов матрицы перехода одномассовой билинейной упругопластической системы. Практическая реализуемость данной методики продемонстрирована на примере расчета одноэтажной железобетонной рамы, рассчитанной по нормам на 8-ми балльное землетрясение (К1 - 0.25, Кг -1), при воздействии основного землетрясения с интенсивностью 8 баллов и афтершокового - с интенсивностью ? баллов. Получена высокая вероятность (0.934) перехода системы в откаэовую 3-ю степень повреждения при 8-ми и 7-ми балльных воздействиях , в отличие от одного 8-ми балльного воздействия, вероятность перехода в отказо-вое состояние при котором не превысила 0.142. Показано, что при увеличении нормативного коэффициента К1 в 1.232 раза достигается 502 вероятность неперехода сооружения в состояние отказоЕ эй степени повреждения. Сделан вывод О' возможности обеспечения надежности большинства сооружений при осноеном и на 1 балл меньшем афтершоко-вом воздействии землетрясений путем увеличения нормативного значения коэффициента К1 до 1.5 раза или резервированием:

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ •

Настоящая работа посвящена лроблеме расчета надежности и оптимальному проектированию сооружений с резервированием. В качестве объектов исследования приняты сооружения с выключающимися и включающимися связями жесткости, пластическими элементами, упругими ограничителями перемещений, со скользящим фундаментным поясом, кинематическим фундаментом, катковыми опорами и другими комбинированными вариантами сейсмозащиты. Расчетные динамнчос-шу; модели их представлены в виде одно и многомассовых нестационарных линейных, нелинейных и упругопластических консольных степеней. Сейсмические

воздействия приняты в виде стационарных и нестационарных случайных процессов и реальных записей землетрясений.

Исследование вышеуказанные систем с позиции резервирования позволило развить новое научное направление в обеспечении надежности сооружений и выявить значительные резервы надежности, заложенные в' них.

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. Раскрыта сущность резервирования строительных систем и проведена их классификация по типам резервирования. Выявлены особенности резервирования строительных систем в отличие от технических, и показана неприменимость для строительных систем схем параллельного соединения техничесгах систем и методов расчета их надежности Составлены динамические схемы состояний и графы переходов, наглядно показывающие эволюцию состояний сооружений с резервированием во времени и служащие основой для разработки моделей оценки надежности.

2. Разработана общая аналитическая модель оценки надежности сооружений с резервными состояниями, образуемыми 'выключением и включением резервных элементов или (и) неупругими деформациями и повреждениями некоторых менее ответственных конструкций сооружения. В целях упрощения, события перехода основных конструкций, не-, посредственно незащищенных резервными элементами, в отказовые состояния приняты несовместными и независимыми. Путем сравнения прка-зателей надежности многомассовой системы } определенных по данной аналитической методике и методом статистических испытаний на ЭВМ, установлено, что данные допущения создают незначительные запасы надежности сооружений. К недостатку общей модели отлесена необходимость" гахождения- моментов времени.перехода системы в резервные состояния, что связано с значительными трудностями, особенно при неупругой работе элементов.

3. Описанием последовательности переходов одно и многомассовых нестационарных линейных и упруго-нелинейных систем с резервными элементами марковским процессом получены замкнутые аналитические выражения оценки их надежности при сейсмических воздействиях. Соответствие принятых гипотез от марковском характере последовательности переходов и о вуассоновоком распределении числа пересечений предельных уровней реакции элементов реальному характеру работы сооружений с резервированием оценено сравнением кривых -слагателей надежности, иосурьеьннх по аналитическим выражения»- П" ге&ультатам стг.'."-.-'?:<".ескич исг.ьтзккй на А У.'. По/ч^гап 2.-. - —

согласование. ' • •

На примерах расчета систем с выключающимися резервными элементами показано, что резервирование лает существенную прибавку к надежности сооружений,причем тем больную, чем выше степень резервирования. то есть число резервных состояний.

4. Сформулирована и решена задача расчета надежности конструкций с п-м числом параллельно соединенных (в смысле надежности) одинаковых элементов с учетом равномерного перераспределения усилий от статических нагрузок в процессе исчерпания резервных состояний при сейсмическом воздействии. Полученные выражения позволяют оценить надежность и вероятности всех возможных состояний конструкции, охватывая все возможные последовательности выключения элементов- Данной методикой можно пользоваться в расчетах надежности висячих конструкций, арок с затяжками, большепролетных ферм с напрягаемыми элементами и других стержневых систем, работающих на растяжение.. Показана и возможность применения ее для выявления1 резервов надежности, заложенных в статически неопределимых рамных системах,, при представлении последовательности образования пластических шарниров в узлах в виде последовательности исчерпания резервных состояний.

5. Получены приближенные аналитические выражения для определения вероятностных характеристик сейсмических реакций и оценки надежности сооружений с сейсмоизолирующими скользящим фундаментным поясом и кинематическим фундаментом. Для одномассовой системы с сухим трением задача решена корреляционным методом путем статисти-' ческой'линеаризации нелинейности. Для одномассовой системы-с качающимися при сейсмическом воздействии опорами- путем составления и решения 2-го уравнения Колмогорова. Для сооружений со скользящим фундаментным поясом и ограничителями перемещений, а также с кинематическим , .фундаментом, представленных в виде двухмассовых консольных стержней, разработан алгоритм расчета, основанный на аппроксимации • характерных им нелинейностей степенной функцией и степенным рядом.

Точность получаемых результатов оценена путем сравнения графиков показателей надежности, построенных по предложенному алгоритму, и по результатам статистических испытаний на ЭВМ. К преимуществу. приближенной аналитической методики отнесено снижение расхода машинного Бремени в несколько рае.

6. В результате большого объема исследований численными методами с применением ЭВМ одноярусных рамны>; систем с р.:-. ¿личными д>-

н- мическими характеристиками, резервированных пластическими элементами, пластическими элементами и упругими ограничителями перемещений, хрупковыключающимися связями и пластическими элементами, а также хрупкоьыключающимися связями, пластическими элементами, упругими ограничителями перемещений, осуществлен выбор их рациональных параметров и эффективных вариантов резервирования, приводящих, независимо от преобладающего периода ожидаемого воздействия, к снижению максимальных инерционных сил не менее в 2.5 раза при ограничении перемещений стоек рам в пределах упругих.

Проведено обобщение ряда полученных выводов и на многоярусные рамные системы с резервированием. Для этого, а также для подтверждения рациональности выбранных параметров и варианта резервирования в условиях работы рам, близких к реальным, исследованы одноп-ролетные двухярусные рамные системы, представленные в виде систем с 12 степенями свободы, на воздействия записей сильных землетрясений с различными спектральными характеристиками.

7. Разработана программа "Резерв", позволяющая численными методами на ЭВМ проводить детерминированные и вероятностные динами-леские расчеты многоэтажных здании с различными видами нелинейной зависимости между перемещениями и силами сопротивления в уровне верха фундаментов. С применением ее исследована- сейсмостойкость и надежность 5-ти и 10-ти этажных крупнопанельных зданий со скользящим фундаментным поясом и кинематическим фундаментом. Показано, что при длиннопериодных сейсмических воздействиях 9-ти балльной интенсивности системы сейсмоизоляции приводят к недопустимо большим перемещениям или большим "всплескам" инерционных сил-, з случае ограничения этих перемещений жесткими упорами. Определены эффективные коэффициенты трения-скольжения и варианты резервирования указанных систем, позволяющие независимо от преобладающего периода сейсмического воздействия снизить максимальные сейсмические нагрузки не менее 2-х раз при максимальных перемещениях низа зданий, не превышающих 10-15 см.

8. Для 2-х 3-х этапных зданий со стенами из бутового камня, предусмотренных для строительства в 7-8 балльных районах, предложена простая система сейсмоизоляции с применением трубобетонных катковых опор. Работоспособность и эффективность данной системы оценена путем экспериментального исследования модели, установленной на виброшюшадке гармонического действия. Расчетами упругих реаклий и перемещений двухмассовой системы на воздействия реальных и искусственных акселерограмм, с преобладающей периодами, е.ваты-

вашими широкий диапазон, показано, что катковые опоры в сочетании с хрупковыключающимиея при высокочастотных воздействиях элементами приводят к снижению максимальных упругих реакций зданий .не менее 3-х раз при максимальных перемещениях, не превышающих 6 см.

9. С применением вероятностно-экономического критерия разработана методика оптимизационного расчета сооружений с резервированием. Степень неопределенности исходной сейсмологической информации учтена в функции риска. Реализуемость данной методики продемонстрирована на примерах расчета простых рамных систем с резервированием и без резервирования. Показано, что при резервировании высокоответственных сооружений высокие уровни надежности могут быть получены при относительно небольших дополнительных затратах на антисейсмическое усиление.

10. Предложена вероятностная модель прогнозирования степеней повреждения сооружения при последовательном воздействии нескольких сильных землетрясений за короткий отрезок времени. Она основана на теории цепей Маркова. Приведена приближенная методика аналитического расчета составляющих этой модели в случае одномассовых билинейных упругопластических систем. На основе примера расчета сделан вывод о возможности обеспечения надежности большинства сооружений при воздействии землетрясений расчетной балльности и афтершоксвогс с интенсивностью на 1 балл ниже, путем увеличения нормативного коэффициента Кг до 1.5 раза или резервированием.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. АЙЗЕНБЕРГ Я.М., НЕЙМАН А.И., АБАКАРОВ А.Д., ДЕГЛИНА М.М., ЧАЧУА Т.Л. Адаптивные системы сейсмической защиты сооружений.-М.: Наука,1978.-24бс.

2. АБАКАРОВ А.Д.' Оптимизационный расчет каркасных сооружений на сейсмические воздействия .// Материалы Всесоюзной конференции "Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике ". Тезисы докладов. ВИЛЬНЮС,1979.-с.4-5.

'3. АБАКАРОВ А.Д., МАГОМЕДОВ М.Г. Оценка переходных процессов, вызываемых скачкообразным изменением жесткости системы, при сейсм!--ческих колебаниях // Материалы V научно-практической коно.-ренцш: молодух ученых Дагестана.Махачкала.1981,

4. ЮСУПОВ А.К., АБАКАРОВ А.Д. Определение рациональных динамических характеристик сейсмостойких высотных зданий '; Строительство в особых условиях. Сейсмостойко^ строительство. М.. 3933. -

(С ;р. 14: Реф. сб./ВНИИИС,N4).

5. АБАКАРОВ А.Д. Сценка оптимального уровня расчетного спектра сейсмического воздействия // Исследования по теории сейсмостойкости сооружений. Тр.ЩШСКаим Б.А.Кучеренко -1983.-с.104-107.

6. АБАКАРОВ А.Д., КРАМЫЗШН П.И. Выбор рациональных площадок для строительства сейсмостойких зданий в г.Махачкале //Сб."Инженерно-геологические особенности Дагестанской ACCF", Тр.ИГ.Даг.ФАН СССР,1984-вып.28.-с.128-145.

7. АБАКАРОВ А.Д., МЕРЕБАШВИЛИ А.Р., ДУГРИЧИЛОВ А.Д. Оценка надежности и • оптимизация параметров адаптивных систем сейсмозащиты методом статистического моделирования // Тезисы VIII научно-практической конференции молодых ученых Дагестана.Махачкала,х985.

8. АБАКАРОВ А.Д. Оценка надежности систем сейсмозащиты с упором-ограничителем перемещений // Исследование по теории сейсмостойкости сооружений. Тр. ЦНИИСКа им. Кучеренко, 1986.-е. 62-69.

9. АБАКАРОВ А.Д. Надежность конструкций с параллельным резервированием элементов при случайных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений, 1987.- N1. -- с.6-10.

10. АЙЗЕНБЕРГ Я.М., АБАКАРОВ А.Д. Особенности резервирования для повышения надежности строительных сооружений при возможных сейсмических и других катастрофических воздействиях //Строительная механика и расчет сооружений, 1987,- N4. - с. 47-50.

11. НАПЕТВАРИДЗЕ Ш.Г., КИРИКОВ Б.А., АБАКАРОВ А.Д. и др. Вероятностные оценки сейсмических нагрузок.- М.: Наука,1987.-120с.

• . 12. АБАКАРОВ А.Д. К определению оптимальной надежности сооружений, проектируемых для строительства в сейсмоопасных районах //Строительная механика и расчет сооружений, 1988.- N3,- с.57-61.

13. АБАКАРОВ А:д. Исследование оптимальных параметров системы сейсмозащиты с выключающимися связями и ограничителем перемещений по критерию надежности методом Монте-Карло.- В кн.:Расчет и проектирование зданий для сейсмоопасшх районов на основе оценок оптимальной надежности и сейсмического риска.-М.: Наука ,1988.-с.108-114.

14. АБАКАРОВ А.Д., НАСИРГЛНОВ Д.А. Экспериментальное исследование модели здания с сейсмоизолируюшими катковыми опорами // Вопросы механики и разрушения. Научно-методический сборник. Махачкала: РИО.ДГУ, 1990.- с Л£7-133. ' '

15. ABAKAR0V A.D. Seismic response of elastic-plastic system with reserve elements // Proceedings of the ninth European conference on Farthquake en*;Jiv-.:-1- !p<t. - M. : 1990. -vol.2. -pp.225-5ЙУ.