автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Натурные динамические исследования сложных массивных конструкций

г; 8 1$ з

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ШШШШО-СТРтТЕМШЙ ИНСТИТУТ ¡01, в.В .КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

МАЛЬЩВА ЛЩЙШ БогаоавнА.

уда Б99.841

ЛАТ7ШЫВ ЩШШЧВСШ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНЫХ МАССИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05,23.17 - Строительная мехаАяха

А в т о р а Ф а р а т диооермцм на еогоханна ученой отвпеяк кандидата тахнвчвокп наук

Мооква - 1992

У

Работа выполнена в йооковоком инженерно-отротаельном кнотитутв им. В.В.ЙуЙбншвва. ,

Научный руководитель -д.т.н., проф. ШБЛИНСКИЯ Г.Э;

Официальные оппонента - д.т.н.* проф. КИРИЛЛОВ А.П.,

д.т.н., прбф. ЛУЖИН О.В.^ Ведущая организация - ГСПИ

-Защита диооэртации ооотоится " /У" У 1993г« в ■ чаоов на ваоедавии опециалиаировавного совета Д 053.11.02

при МИСИ иы .В ;В .Куйбышева по вдреоу: Ыооква, Шдювовая наб., 8, руд» ^ ' . •

С диооертациэй ыокно бвнахоыиться в библиотеке МИСИ иы.В.В. ■ Куйбыюмш.

Автореферат рааоолан »/£*. ^ 1992г.

. Отвыв в^ автореферат прост направлять по адресу: 129337, Москва, Яроолевокоев., 26 , МИСИ им. В Д.Куйбышева, Ученый Совет:

Ученый секретер*

: овециалиаяроваайого совета, ШШИНСЯИЙ Г.Э.

.....(ВЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее врвыя для сейсмостойкого строительства в свяэи о накопленным экспериментальным и теоретических материалом о динамической реакции различных конструкций в определенной степени предопределена возмскносгь проектировать н возводить новые объекты со славным конструктивно-планировсяным решением и значительным объемом монолитных элементов в сейсмически активных районах. Динамическая оценка подобных объектов требует определенных упрощений расчетных схем о тсяки зрения их соответствия как реальной пространственной конструкции сооружения, так и структурным особенностям основания. В этом случае наиболее сносно-ванным макет считаться анализ достоверности пршитых расчетных схем, выполненный о учетом экспериментально определенных в натурных условиях динамических характеристик конкретного объекта.

Отсода актуальность проблем* натурных динамических исследований схскных массивных конструкций, позволяющих оценить точность к скорректировать разрабатываемые расчетные модели, • а следовательно, получить более достоверные данные о сейсмостойкости как конкретных исследуема сооружений, так и целого кхаеоа объектов, подобных км по своему конструктивно-пяанироаочному решения и по инженерно-геологическим условиям основания.

Цель работы. Разработка вопросов методики комплексных натурных исследований и, на их основе, научение динамических характеристик сложных массивных конструкций. Для достижения указанной цели были поставлены ел едущие задачи:

I. Разработать методику натурных испытаний о точки зрения реализации комплекса внешних динамических воздействий на объект исследования, обеспечения регистрации параметров вызванных колебательных

г

процессов о помощью специальной ксяшутирущьй сети и аппаратуры, а также сбора, и обработки полученного экспериментального материала.

2. Изучить и проанализировать особенности динамических характеристик некоторых специфичных объектов и, таким образом, рекомендовать упрощенные модели для динамического расчета соответствующих сложных массивных конструкций.

3. ЁЬполнить динамический расчет одного из исследованных объектов с учетом материалов натурных испытаний последнего.

Научная новизна исследований заклгяается в разработке методик« комплексных натурных динамических исследований сложных массивных конструкций. В рамках предлагаемой методики реоекы следупцие вопросы:

1) рекомендации по«учету специфики проектного решение и назначения объекта исследования при выборе величины и характера внешних динамических нагрузок;

2) способ размещения и закрепления вибромашины на грунтовой основании вблизи исследуемого объекта;

3) рекомендации по учету конструктивно-планированных особенностей объекта исследования при выборе схеш размещения контрольных точек регистрации колебаний в объеме вооружения;

4) рекомендации по подбору комплекса измерительной аппаратуры и систем* коммутации;

5) метрологическое обеспечение проведения экспериментов, вклпчая формирование и градуировку регистрирующих каналов, сбор и обработку полученных результатов;

6) неучены динамические характеристики трех существенно различных сложных массивных конструкций;

7) предложены упрощенные расчетные модели для динамического анализа подобных конструкций на основе полученного эксперименталь-

ного материала.

6) полный динамический расчет по оценке сейсмостойкости одного на наследованных объектов в учет ох вкспериивнтально определенных параметров. ^

Практическое значение работы заключается в разработке методики комплексных натурных исследований, позволяющих научить динамические характеристики реальных объектов, а также в возможности нспользова-ния полученного экспериментального материала при решении задач проектирования, эксплуатации и прогноза работы сложных конструкций массивных сооружений.

Внедрение результатов выполненной работы связано с проведением натурных исследований ряда одежных массивных конструкций по заказам института Атоыонергопроек* (реакторное отделение 1-ого блока Крымской АЭС, фрагмент фундаментной конструкции реакторного отделения Башкирской АЭС) и Государственного союзного проектного института (вдание Обнинской АЭС).

Результаты исследований внедрены:

- при обосновании упрощенных расчетных схем сложных конструкций указанных вше объектов;

- при обосновании сейсмостойкости здания Обнинской АЭС о цедьв определения возможности его дальнейшей эксплуатации в ближайшие 5-10 лет.

'Л

По результатам работы опубликованы 3 научные статьи. Результаты исследований докладывались на научно-твхничаской конференции ШСИ им. В.В. Куйбышева, 1У90; на IX Европейской конференции по оейсмоотой-хоиу строительству, Москва, 1ЗД0.

На защиту выносятся.'

- методика комплексных натурных динамических исследований сложных массивных конструкций;

- результаты исследований динамических характеристик трех оу-

щественно различных пассивных сооружений;

- упрощенные расчетные модели pfl« динамической оценки исследованных сложных конструкций;

- результаты расчета динамических характеристик и напряженно-деформированного состояния одного ив исследованных объектов при заданных акселерограммах о оценкой его сейсмостойкости.

Работа выполнена в МИЗИ им. В.В.Куйбышева на кафедре Сопротивления материалов и в проблемной лаборатории Динамики и устойчивости зданий и сооружений, а также в НЙС Гидропроекта. Исследования проводились авторш как самостоятельно, так и о участием в отдельных этапах работы следующих сотрудников указанных подразделений: Затеев В.В., Затворницкий О.Г., Земскова В.Н., Ношелева Е.Л., Кузнецов В.В., Грошев Ы.Е.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, закдстения и списка литературы. Сбщий объем диссертации составляет 175 страниц; из них: 99 страниц текста с таблицами, 65 страниц с рисунками; список литературы вклгяает 107 наименований.

В первой главе дается краткий обзор состояния вопроса, включая анализ существующих методов экспериментальных динамических исследований сооружений. В развитие этих методов большой вклад внесли Гутидае П.А., Кириллов А.П., Костин И.Х., Негматуллаев С.Х., Селезнев Г.С., Семенов И.В., Хесин Г.Л. и др. Однако, среди большого числа печатных работ, посвященных экспериментальным методам динамической оценки сооружений (и в частности - их сейсмостойкости), относительно мало работ связано с натурными исследованиями реальных объектов. В то же время именно натурные исследования позволяют получить наиболее полное представление о действительном характере динамической реакции сооружений, оценить точность и скорректировать расчетные модели последних; что, в свое сяередь, делает в о змеиным использование полученного экспериментального

материала при решении задач проектирования, эксплуатации и прогноза работы как конкретных объектов, так и подобных им сооружений.. В России натурные динамические исследования проводятся в Гидропроекте, ЦНШШмиица, ЦНИИСК им. В. А.Кучеренко, ВНШГ им. Б.Е.Веденеева и некоторых других организациях. Это, в основном, вибрационные испытания гражданских зданий И исследования на базе сейсмометрических наблюдений. Шеется очень небольшой опыт комплексных динамических исследований одного сооружения на различные внешние воздействия.

Что касается сложных массивных конструкций, то, ках в нашей стране, так и в зарубежной практике, известны лишь единичные случаи их натурных исследований - например, динамические исследования бетонной массивно-контрофорсной плотины Андижанского водохранилища и арочной плотины Дадаануракой ГЭС (СНГ), реакторного отделения АЭС Нарора (Подия), реакторного отделения АЭС Токай-Я (Япония) . В целом, методика натурных динамических исследований подобных конструкций пока недостаточно разработана.

В cbod очередь, в настоящее время намечаетоя вклтение в СНи11 именно натурных динамических исследований сложных массивных конструкций особо ответственных сооружений (плотин, строительных конструкций зданий АЭС и ТЭС, корпусов промьшленных предприятий). При этом предполагается проведение подобных исследований как для вновь построенных, так и для находившихся в длительной екоплуата-ции сооружений. Таким образом, следует ожидать, что натурные динамические исследования должны приобрести систематический характер. При этом требование возможности сопоставления результатов подобных исследований обусловливает необходимость проведения експериментов по единой методике,

Огссда, одна из задач диссертационной работы оостояла в разработке методики натурных динамических исследований сложных мае-

оивных конструкций, фомв того, самостоятельный научный интерес представляют и сами результаты подобных исследований различных реальных объектов, позволяющие, о одной стороны, оценить динамическую реакция конкретны* сооружений, с другой - на основе сравнительного анализа экспериментально и теоретически определенных параметров собственных колебаний разработать упрощенные расчетный модели исследованных конструкций.

Вторая глава посвяцена методике исследований сложных массивных конструкций. Данная методика рассматривает натурные експери-менты о точки зрения реализации внешнего динамического воздействия, способного вовлечь объект исследования в колебательный процесс, и обеспечение уверенной регистрации этого процесса с помощью специальной аппаратуры. Величина и характер действия нагрузки, а также подлежащие измерение параметры должны подбираться индивидуально для каждого конкретного объекта исследования, исходя из конструктивного решения и назначения последнего, с учетом особенностей грунтового основания.

Существуют различные способы возбуждения колебаний. В основном мскно отметить следующие: вибрационный, импульсный, ударный.

Шеющийся в отечественной и зарубежной практике материал по результатам натурных испытаний конструкций различных сооружений, а также опыт исследований, представленных в данной работе, позволяют считать вибрационный метод наиболее эффективным и информативным при экспериментальном изучении динамических характеристик славных массивных объектов. Периодическая вибрационная нагрузка создается специальными вибромашинами. Наиболее распространены вибромашины дебалансного типа с вибраторами направленного действи,

В нашем случае в качестве источника гармонического воздействия использовалась вибрационная машина В-ЗЛ, представляющая собой модернизированный вариант вибромашины В-3 конструкции ЦЩШЪсклиш

Вибромашина В-ЗЛ состоит из блока привода и трех секций двухваль-ных дебалансных вибраторов горизонтального дейотвия. Дебалансная масса вибратора может ступенчато изменяться путем навешивания (снятия) специальных грузов масоой по 24 кг каждый. Вибромашина работает в диапазоне частот 0,5 - 15,0 Гц и мотет развивать инер-ционнув силу, на одном вибраторе до I'IO^ Н. Оригинальным является привод вибромашины В-ЗМ. Си включает в себя: влектродвигатель переменного тока мощностью 100 кВт, плунжерный гидронасос высокого давления (до 200 атм), гидрометр мацностьо 100 кВт, блок фильтров для листки рабочей жидкости (масло И-10, №-20), вспомогательный влектродвигатель для регулирования расхода масла в гидросистеме и, за счет этого, изменения числа оборотов гидромотора, силовой алектрошкаф и два маслоблока емкостью по 0,3 м^.

Отметим, что вибромашины при относительной простоте конструкции и надежности в работе обладает одним существенным недостатком -создаваемая ими нагрузка находится в квадратичной зависимости от частоты:

Р ■ mpüi23ln. (¿t.

Поэтому, когда нагрузка, создаваемая вибромашиной, относительно невелика, могут возникнуть практические трудности в определении собственных частот вооружений вблизи I Гц,

В таком случае наиболее эффективны комплексные исследования, в которых вибрационные испытания дополняются ударными и импульсными. В результате появляется возможность уточнить характеристики ниэксчаототного опектра реакции, определить параметры затухания объекта исследования. Ударная нагрузка создается о помощью ударов в определенном месте сооружения, импульсная - как правило, либо резким торможением различного вида подвижных масс, либо специальными взрывами.

Поскольку динамический расчет сооружения предполагает опреде-

ленив деформаций и напряжений, в свою спередь, зависящих от вызванных смещений отдельных телек объекта и сообщенных его массам ускорений, то наиболее целесообразно в ходе натурных испытаний непосредственно определять именно кинематические характеристики колебательного процесса. -Учитывая исследуемый частотный диапазон (0,5-15 Гц) и величины допускаемых нагрузок, в качестве регистрируемого параметра данной методикой рекомендованы компоненты смещений. Для их регистрации в представленных исследованиях использовался магнитоэлектрический гальванометрический способ. При етом в капвстве первичных приборов применялись сейсмоприемники типа СМ-3 и СМ-ЗК8, а в качестве регистрирующих - гальванометры типа 1Б-Ш-3 и Ы.034.10, установленные в осциллографах Н.044.1 (Н.044.4) и К-12-22 соответственно. Сформированные измерительные каналы (по 4-5 на одинг,осциллограф) обеспечивали максимальное увеличение исходного сигнала в 1050-4700 раз. фи необходимости затрублен»« каналов производило^ о помощью шунтовых коробок типа ИК-2. Запись колебаний велась на рулонную фотобумагу шириной 120 мм. !

Д*я метрояогическог о обеспечения экспериментов измерительные каналы предварительно тарировались (градуировались) по частоте я амплитуде смещений на специальном вибростенде Ш0 АН РФ, имепцем государственный сертификат на выполнение таких работ.

Методика натурных динамических исследований отрабатывалась

на трех существенно различных сложных конструкциях массивных соору-

■ i

жений, которые условно обозначены как C-I, С-2 и С-3.

Сооружение C-I - фрагмент фундаментной конструкции реакторного отдаления Башкирской АЭС - представляет собой монолитную плиту иа железобетона толщиной 2,3 м размерами в плане 66x66 м, опирающуюся на свайное поле с шагом 1,2 м при поперечном сечении железобетонной сваи 0, 4x0,4 и и средней глубиной забивки 16 м

(рио. I). Грунтовое основание под фундаментной плитой имеет макнув олоистув структуру (суглинки, глина, гравийно-пеСчаный слой).

Сооружение С-2 - реакторное отделение 1-ого блока Крымской АЭС - представляет собой массивную жалезобетоннуо конструкции а размерами в плане 66x66 м при максимальной высоте от подошвы нижней фундаментной плиты до верха купола защитной оболспки 73,0 м (рис. 2) о заглублением в грунт на 6,5 м. Уодовно по вевткостным свойотваы вое сооружение можно разделить на две чао»и: фундаменту» конструкции вые отой 19,7 и и надфундаментнув конст-рухцив, которая, в своп сяередь, состоит из обстроя, защитной оболочки и под обол очных алиментов. Основанием сооружения С-2 служит мощный слой суглинка (толщиной около 40 м).

Сооружение С-3 - здание Обнинской АЭС - представляет ообой пояуааглубленную в грунт конструкций о размерами в плане 41,ЁК43,Ь м о выоотой над поверхность» грунта 16,5 м и заглублением на 13,4 м. Конструктивно сооружение 0-3 ооотоит из маесиэ-ного железобетонного короба (толщина стен до 2,0 м) о обстроем вдоль доинных сторон (рио. З). Грунтовое основание под сооружением имеет сложную алой о туи отруктуру ( вверху вниз: оуглинки, песок, щебень, глина). "

Контрольные точки регистрации колебаний для всех трех объектов показаны на рис. 1-3 в вид« полузаитрихованных кружков. Принятые схемы размещения оейомоприеыников позволяв* получить форма колебаний исследуемых объектов по вертикальной оои и по раду горизонтальных оечений. Дня возможности сопоставить динами-ческув реакция сооружений с первоначальным внеаним воздействием, задаваемая нагрузка фиксировалась установкой оейсмоприемникоа либо на фундаменте-штампе вибромашины (при виброиопытаниях), либо на грунте (при взрывных нагрузках).

„I.W.,

SàiSàML

Z£ZT>

4> I* >" 5p

-m of ptó 4

У »M X бр Bp

6(0 "a ßtf ■ m

■sft) ' Of о f (Ü <f Гр

Six 66 л

zI2J tM.

<//<>///f/t¿/¿à tJJIM/ !/J il/Jf41 ftí/Лiiti/,//'///////<

VVrt*

■ Рис Л. Конструкция т сооружения C-I.

Рис.2. Конструкция кентная

3 - п

ноя сйодсчва.

Рив-3- Конструкция сооружения С-3:

* - ТЭТ*-1-2

г—с----- центральный корпус, 3 - пристройка-2.

09020000000110010200000101010101000001

Натурные динамические исследования указанных сооружений включали в себя для объекта 0-1 вибрационные воздействия, для объекта С-2 - комплексные вибрационные, ударные и импульсные испытания, для объекта С-3 - импульсные нагрузки. п

При вибрационных испытаниях сооружений С-1 и С-2 вибромашина &-ЗМ устанавливалась на грунтовом основании вблизи объекта исследования. Для этого в грунте вырывался котлован размером в плане 7x7 м и глубиной I и; в котлован на песчаную подготовку укладывался армокаркас, к которому сверху приваривалась плоская стальная рама (6x6 м), после чего котлован заливался бетоном заподлицо о верхом рамы. Вйбромашина устанавливалась сверху на раму и жестко крепилась к ней болтами и сваркой с использованием также специальных штатных штанг-раскосов. При такой установке вибромашины нагрузка от нее передавалась железобетонной плите, колебания которой, в свою очередь/передавались грунту, а уже через грунт возбуждались колебания исследуемого объекта. Подобную схему воздействия на сооружение предлагаемая методика рассматривает как наиболее целе-4 сообразную при вибрационных испытаниях различных конструкций.

Размещение вибромашины внутри самого сооружения, даже если ето позволяет конструктивно-планировочное ранение объекта, на низких отметках, как правило, не эффективно, а на верхних - монет дать несколько искаженные результаты ва счет влияния массы самой вибромашины. Так, дополнительно проведенные вибрационные испытания объекта С-2 при закреплении вибромашины В-ЗЯ внутри сооружения на плите перекрытия отм. 0,00 позволили определить для исследуемой конструкции о допустимой степенью точности только первую собственную частоту и соответствующую ей форму колебаний.

Ударная нагрузка на объект С-2 реализована посредством серии ударов по верхнему краю защитной оболочки за счет раскачки груза масоой 10 т (железобетонная плита, облитая по периметру деревян-

шши брусьями), подвешенным на башенном кране;

йтульсная нагрузка на его же сооружение создавалась за счет сейсмического аффекта специальных взрывов, производимых на расстоянии 600 м от объекта исследования. Глубина скважин под взрывчатое вещество обеспечивала полный камуфлет взрывов. Зарегистрк-ровано четыре короткозамедяенных взрыва (два - о замедлением 0,63 о по 4x220 кг и 5x220 кг; два - о замедлением 0,025 о по 2x220 кг и 3x220 кг) и один одиночный взрыв о зарядом 240 кг.

Шпульсные воздействия на сооружение С-3 реализованы @а счет инерционных нагрузок, возникавших при пуске н торможении крановой тележки и мостового грана о подвешенным на коротком тросе грузоа шооой 15 т, при резком тормоаении мотовоза о груженой платформой вблизи объекта исследования, при пуске мощного налооа Щ1 в групп псранввых насосов, ' . : '

В третьей главе предотсвлеиы результаты проведенных натурных динамических исследований вооружений С-1, С-2 и С-3. Лри втси привязка базисных осей (Х,У «2) регистрируема компонент перемещений относительно планировала осей исследуемых объектов пока» сана на рис. 1-3.

йонструкткано-лланировсчное решение и аесткосгныа харалтвриз-тикй сооружения С-1 позволяв» считать, что для данного объекта основными составлянциыи колебательного процесса, как реакции на динамическое воздействие, язяяотоя поступательные перемещения вдоль горизонтальных осей X и У, поворот относительно зтих овей, вертикальные перемещения вдоль оси £ и поворот относительно вертикальной оси 2 . Центральная симметричность сооружения С-1 в плане и нсшдаштедьное смещение центра масс относительно геометрического пополняй определить основные собственные частоты и формы колебаний при возбуждении периодического гармонического воздействия по направление только одной из центральных осей сооружения.

В диапазоне 0,9-10,5 Гц определены амплитудно-частотные' характеристики (ЛЧХ) указанных составляющих динамической реакции объекта С—I (рис. 4). Пунктирная динил на графиках вертикальных я горизонтальных перемещений конструкции соответствует проекциям на оси У и 2 суммарного вектора динамической реакции сооружения, с пл синая -проекциям только' поступательных компонент перемещений, выделенных кэ общего колебательного процесса путем аналитического анализа соответствуете епер йсяебаняй центральных сечений. Совпадение обоих эидез ооответствущих АЧХ, помечал зоны проявления резонансных еффектоэ, позволяет сделать еыяод об отсутствии влияния изгибных деформаций на динамичевкуа реакция исследуеного объекта.

Таким образе», дкяамнчесауя реакция сооружения С-1 на оегм ют ерзало исследуеиис частот испно рассматривать как колебания яэотксто тола «а упругом основании о собственными частотами поступательных перемещений и позор от а относительно горизонтальных осей, а также поступательных перемещений и поворота относительно вертикальной оси, соответственно, 2,70 Гц, 6,45 Пд, 7,50 Гц и 0,65 П*.

а

' / Эу

/ Г /

/ } 46

У л

0 < ч г /я &

Рис. 4. АЧХ колебаний объекта С-1 (отм. 0.00) при обвей д ©балансной масс»: а - 2142 кг, б - 7и2 кг, в - 234 кг. I - горизонтальные перемещения, 2 - вертикальные перемещения, 3 - поворот относительно горизонтальной сен, 4 - поворот относительно вертикальной оса.

При «нелогичном подходе к анализу динамической реакции сооружения С-2 определены следующие значения собственных частот указанных составляющих: при возбуждение колебаний через грунтовое основание - 1,65 Гц, 6,20 Гц, 2,05 Гц, 4,80 Гц; при установке вибромашины внутри объекта исследования - 1,75 Гц, 5,00 Гц, 2,00 Гц, 4,65 Гц - что в обоих случаях характеризует колебания сооружения С-2 как жесткого тела на упругом основании.

В овоп очередь, специфика конструктивного решения объекта С-2 - а именно, наличие массивных надфувдаментных элементов, взаимодействие которых при колебаниях осуществляется только через деформации верхней фундаментной плиты, как единого упругого основания последних, - определяет неоднозначность оценки реакции сооружения в целом на исследуемом интервале 0,5-10,5 Гц. Если до 1,01,8 Гц реакция объекта С-2 на внешнюю нагрузку макет рассматриваться как колебания жесткого тела на упругом основании, то для более высокого частотного диапазона характерны достаточно сложные пространственные колебания с преобладанием смещений того или другого надфундаментного здемента в зависимости от частоты вынужденного воздействия. ~ х

Низшие собственные частоты надфундаментных элементов: для защитной оболочки - 4,8 Гц (характеризует изгибно-сдвиговые консольные и изгибно-кольцевые деформации), дня обсгроя - 4,6-5,2 Г^ (изгибно-сдвиговые консольные деформации), для подоболочных конструкций - 4,8 Гц (сдвиговые консольные деформации). Указанные значения, полученные путем вибрационных исследований, подтверждены результатами оценхи реакции сооружения на импульсные и ударную нагрузки.

Последние позволили определить и некоторые Характеристики затухания сложных пространственных колебаний исследуемого сооружения. Так, анализ спектральной плотности реакции объекта С-2 на

импульсные нагрузки показал, что основная энергия сейсмовзрывного воздействия тратится на вовбуждение колебаний вблизи 1,7-2,0 Гц, что характеризует реакций последнего как жесткого тела на упругом основании при логарифшчеоком декременте колебаний 0,6-0,6. При втом, например, для об строя S'm 0,18-0,20, для защитной оболочки S'» 0,11-0,13. Небольшая величина логарифмического декремента колебаний оболочки, л о-в единому, определяем* особенностями деформаций ее недостроенной конструкции, вследствие чего происходит подпитка консольных колебаний близкими по частоте изгибными кольцевыми колебаниями.

На рис. 5 показаны кольцевые формы деформаций верха защитной ободочки. Дня частоты 1,5 Гц характерны поступательные смещения сбоя очки как жеоткого ?ела на упругом основании; уже при 2,0 Гц оамэткы нагибные деформации в окружном направлении (при том, что на стой частоте имеют место резонансные колебания всей конструкции С-2 как яестпого тела на упругом основании) ; при 4,3 Гц и 4,8 Гц иегиб-тв деформации уокякэгштся, принимая форш, соответствующие четырем

На рис.6 показана трансформация форм колебаний обстроя по вертикальной и горизонтальной осям. Определяющими являются деформации изгиба в горизонтальной плоскости (заметны уже при 2,ffl Гц), выеы-ващие кручение обстроя, и изгибно-сдвиговые деформации по высоте

/•»,« Гц

Мт$Ги

о,п . АО' Рио.б). Форш колебаний обвтроя

(проявляв«« ук* при 1,78 Гц) при наличии на мам диапазоне чаотот компоненты поступательных перемещений. ,

Ддя подобояочных конструкций в среднем на интервале 3,4-7, С Гц (•клепая еону проявления резонансного аффекта) характерна определенная консервативность о точки зрения реакции на внешние динамические воздействия, в результате чего передаваемая через верхнее фундаментную плиту нагрузка выаывает на нижних отметках данного фрагмента ка/бы местные деформации, уменьшающиеся по высоте. В целом для динамической реакции псдобоЛсчных конструкций характерно преобладание сдвиговых консольных и поступательных перемещений при слабо выраженных нагибных деформациях;

Боли конструктивные оообеннооти объектов С-1 н С-2 предопределяли возможность оценить пространственный характер их динамической реакции при возбуждении колебаний в направлении только одной ив центральных соей, то различил жесткостных характеристик объекта С—3 в плане требовали изучение колебаний данного сооружения при воздействиях, заданных по направление двух центральных ооеЯ (X и У).

На основании анализа записей свободных колебаний объекта С-3 определено значение логарифмического декремента колебаний <?Т- 0,2-0,4.

Для спектра динамической реакции сооружения С-3 по направленно оси У характерно проявление резонансных эффектов вблизи 3,26 ГЦ, 5,43 П|, 7,60 П;. При етом 3,26 ГЦ - собственная частота колебаний сооружения как жесткого тела на упругом основании, а частоты 5,43 Гц и 7,60 Гц связаны о его иэгибно-одвиговыми деформациями. Основному тону собственных колебаний объекта С-3 по направление оси X соответствует частота 4,15 Гц, вблизи которой совпадает изгибно-сдвиговые и поступательные формы реакции.

В четвертой главе для каждой из трех сложных массивных конструкций исследуемых объектов выполнены расчеты динамических ха- . рактеристик по упрощенным схемам с использованием известных зависимостей и методов.

При динамическом расчете объекта C-I ставилось целы» определение собственных частот горизонтальных и вертикальных перемещений, как основных составляющих колебательного процесса, вызванного действием периодической нагрузки. Рассмотрены различные расчетные модели системы "сооружение-основание". Целесообразным признано определение указанных собственных частот при рассмотрении двух независимых моделей, каждая из которых предполагает расчет системы с одной степенью свободы.

Так, для определения собственной частоты вертикальных перемещений реализована модель колебаний жесткого массива (свайный ростверк И - 51*10^ т, объемный вес f * 2,5 т/м3, модуль упругости Е • 25000 Ша, коэффициент Пуассона i) >0,2) на упругом основании (у « 1,65 т/м3, Е ■ 20 ЯПа, >3 - 0,3). При этом учитывается трение свай о грунт в метсвайном пространстве ( ^ « 1,65 т/м3, Е - 9МПа, V » 0,3, K¡rp » 3200 кН/м3). Получено значение собственной частоты

вертикальных колебаний объекта C-I - 8,I Гц. Данная схема не учитывает отпор сдоя грунта, на который опирается свайное основание, так как малая площадь сечения свай по сравнении с площадью межсвайного пространства позволяет пренебречь влиянием ниже лежащего грунтового слоя.

Расчетная схема для определения собственной частоты горизонтальных колебаний объекта C-I учитывает возможные деформации свайного основания и предполагает расчет балки на упругом основании (коэффициент упругого отпора Ку - 4990 кН/м) со сосредоточенной на свободном конце массой (фундаментная плита: II - 33'I03 т). Получено значение собственной частоты горизонтальных колебаний объекта C-I - 2,48 Гц.

При определении динамических характеристик объекта С-2 реализованы две ракетные схемы,

В первом приближении динамическая реакция объекта С-2 представлена в виде колебаний жесткого массива на упругом основании при следующих условиях: наооа объекта Ы » 2,5'Ю5 т, характеристики грунта - у » 2 т/м3, Б » 30 Ша, $ ш 0,3; коэффициенты упругости грунта при вертикальных перемещениях С2 * 9,2' IO3 кН^м3, при горизонтальных перемещениях О, - 6.4-I03 кН/м3, при повороте! массива Cd « 1,6' 1С3 кН/м3. В результате определены собственные частоты основных ломпонен? колебаний сооружения С-2 - горизонтальных, вертикальных перемещений, поворота относительно горизонтальной оои -1,5 ^Ц, Z,Z Гц, 4,1 Гц.

В качестве следующего приближения расчетной схемы к реальной системе "сооружение-основание" решена плоская задача теории упругости с использованием метода конечных элементов при учете передачи импульсного воздействия через грунтовое основание. Характерном ки конструкции; ¡f« 2,5 т/м3, Е « 30 Ша; грунта - % - 1,8 т/м3, Е » 40000 Ш1а. При формировании матриц жесткости и масс учитывалась переменная по сеченио толщина конструкции. В результате опре

делена собственная частота горизонтальных перемещений объекта С-2 как жесткого тела на упругом основании - 2,0*2,2 Гц; а также собственные частоты перемещения основных надфундаментных элементов: Дяя защитной оболочки - 5,2 Гц, для подобслсяных конструкций -6,4 Гц, для обстроя - 5,1 Гц. Данная расчетная схема дает удовлетворительное согласование в результатами натурных испытаний для низ-Шх тонов колебаний сооружения, Однако этот метод не приемлем для Шйервела более вывозах частот, когда на общий характер динамической реакции объекта существенно влияют колебания отдельных конструктив-йлх элементов, реальны» деформации которых не могут учитываться Шгосхой постановкой задачи. Реаенио в этом случае пространственной садкчи составляет самостоятельную проблему. Для апробации ее решения ногут быть использованы приведенные результаты натурных испытаний сложных пространственных конструкций.

Для определения динамических характеристик объекта С-3 также ранена плоская задача теории упругости для системы "сооружение-сснование" в использованием метода конечных элементов по направлении оси X (с меньшей, чем в перпендикулярном направлении, жесткостью) . Решение данной задачи ыскет рассматриваться как пример практического применения результатов натурных испытаний сооружений с йвяьв обоснования сейсмостойкости объекта исследований.

^зико-механические характеристики расчетной области принимаюсь по результатам исследований технического состояния основных пасущих конструкций сооружения (для конструкций из тяжелого бетона - - 2,42 т/м3, Е - 30300 ffila, '&■* 0,3; из особо тяжелого, батона - % ■ 3,3 т/м3, £ - 53200 МИа, S- 0,3); для грунтового основания - путем последовательного приближения результатов расчета Низшей собственной частоты и соответствущей ей форм* колебаний исследуемого объекта по принятой схеме методах «жечных элементов к результатам натурных динамических испытаний (ряс. 7). Шетвв ди-

Жв(м)

---

I

намичеСкое воздействие задано в виде двух нормированных к 7-балльному воздействию акселерограмм - ддиннопериод-ной Вранча (1-ого типа) и корсткопери-одной'Сан-Фарнандо (2-ого типа). Шбор акселерограмм основан на рекомендациях ИРИС АН АрмССР, 1981г.

Анализ полученных результатов позволяет отметить, что при дяиннопери-одном воздействии для динамической реакции объекта С-3 характерны незначительное увеличение горизонтальных ускорений по высоте и преобладание вы-нукденных колебаний сооружения как жесткого тела на упругом основании. Собственные колебания по основному тону определяются частотой 4,0 Гц и характеризуется преобладанием изгибно-сдвиговых деформаций. При короткопери-одном сейсмическом воздействии характерны значительный роет ускорений по высоте и явное преобладание на верхних отметках собственных колебаний сооружения. При атом абсолютные вна~ ->ния горизонтальных ускорений л три рава выше, чем в предыдущем случае, .

По расчетам напряженно-деформированного состояния объекта С-3 прочность стен центрального корпуса при воздействиях акселерограмм обоих типов определяется возникающими вертикальными нормальными напряжениями. При этом в обоих случаях наибольшие напряжения отмечены в стене вдоль оси 3 вблизи отметок 0,00 и 10,2 м - 0,35 МЛа при дяиннопериодном воздействии; 0,61 МПа и 0,65 МПа соответственно - при

-Ш

змслеринент.

(/Н&К) ___до_

расчет.

ч и-т> Гц)

Рис.7. Экспериментальное и расчетное определение форш колебаний объекта С-3 по основному гону [&я 0,3, ^ а 4,15,Гц) -

короткопериодной нагрузке.

Боли подойти к рассмотрении эпюр вертикальных напряжений о тсяки зрения распределения по высоте стен растягивающих напряжений (наиболее опасные для бетонных конструкций), вызванных расчетными . землетрясениями, то при учете собственного веса конструкции следует ожидать, что останутся некомпенсированными до 0,25 Ш1а и до 0,6 Ш1а растягивающие напряжения, вызванные расчетными землетрясениями 1-ого и 2-ого типа соответственно.

По результатам испытаний бетонных образцов, полученных при выбуривании кернов непосредственно из основных несущих конструкций сооружения С-3 расчетное сопротивление бетона стен центрального корпуса при статических нагрузках растяжения й.раст< »2,6 МПа. фи динамических нагрузках, к которым относятся и сейсмические воздействия, неясно скидать увеличение прочности бетона до 20 %. Таким образом, прочность бетона стен центрального корпуса при растяжении в 12 раз превышает максимальные некомпенсированные растягивающие напряжения, вызванные в этих стенах акселерограммой 1-ого типа, и почти в 5 раз - вызванные акселерограммой 2-ого типа. Учитывая также небольшие относительные перемещения по высоте (по результатам расчетов для .отметок сооружения 15,28 м и 0,00 относительные горизонтальные перемещения составляют 0,4 мм и 0,7 мм при сейсмических воздействиях 1-ого и 2-ого типа), можно признать, что в целом сейсмостойкость объекта С-3 обеспечена.

СВДИЕ flJBQíW

1. Разработана методика комплексных натурных динамических исследований сложных массивных конструкций.

2. Даются рекомендации по учету конструктивно-планировспного решения объекта исследования ПрИ выборе схемы размещения контроль-

ных точек регистрации колебаний в объеме сооружения, величины и ■ характера внешних динамических воздействий, а также рекомендации по подбору комплекса измерительной аппаратуры и системы коммутации, формирование и градуировке регистрирувдих каналов, планированию и проведению натурных испытаний, сбору и обработке полученного экспериментального материала.

3. В дополнение уже имеющегося отечественного и зарубежного опыта вибрационных испытаний предлагаемая методика рекомендует размещение источника периодического внешнего воздействия не внутри на одной из отметок исследуемого сооружения, а на грунтовом основании вблизи него. Таким образом, предполагается вовлечение объекта исследования в колебательный процесс не посредством воздействия на отдельные строительные элементы (как правило, плиты перекрытий), а путем передачи нагрузки от вибромашины фундаментной части сооружения через контакт последнего о основанием, предлагается способ закрепления вибромашины на грунтовом основании, позволяющий максимально использовать развиваемую на валу силу.

4. Разработанная методика реализована при натурных испытаниях различных по конструктивно-планировочному решению массивных сооружений и их основных фрагментов.

5. Анализ полученных результате» показывает, что на воем интервале шоледуе*ых частот динамическая реакция отдельной фундаментной конструкции макет рассматриваться как колебания жесткого массива на упругом основании и вполне определяется расчетами по упрощенным схемам.

6. В узком низкочастотном интервале до проявления первой собственной частоты динамическая реакция основных элементов сооружения (фундаментная конструкция и надфундаментные фрагменты) также может рассматриваться как колебания жесткого массива на упругом сх новании и также определяется расчетами по упрощенным моделям.

* 7. Для остального диапазона исследуемых частот характерны сложные пространственные колебания сооружения, в свод очередь, связанные с деформациями надфундаментных фрагментов, взаимодействующих друг о другом через фундаментную конструкции как единое упругое основание.

8. Эффективность использования результатов натурных динамических испытаний показана на примере изучения сейсмостойкости одного из исследуемых объектов.

Основные результата диссертации опубликованы в следующих

работах:........... , . .........

1. Field Dynamic Investigation of Energetic Obgeots Construction. IX European Conference on Earthquake Enginerln?, Ibskow, 1990 (and F.LDoronin, O.azatvornltsky, V.EZateev, I.CH.Kostin, V. V. Kuznetsov, a.E.Shabllnsky).

2. Натурные динамические исследования строительных конструкций реакторного отделения Крымской АЭС. Строительная механика и расчет сооружений, 1991, № 2 (соавтора Костин И.Х,, Шаблинский Г.Э., Затеев В.Б.).

3. Натурные исследования конструкций реакторного отделения крымской АЗС на динамические воздействия. Строительство и архитектура, 1991, Р 7 (соавторы Шаблинский Г.Э., Ковалева Е.Л., Затворгацкай О.Г.).

Подписано к печати, J0.I2.92 Формат 60x64 Vl6 Печать офс. И-285 Объем I уч.—изд.л. Т. 100 Закаэ-#-/ ьесплатка

Типография ШСИ им. В.В.Куйбьшева