автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Разработка региональной модели сейсмических воздействий на примере г. Махачкалы и выбор рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции

На правах рукописи

/

ЗАЙНУЛАБИДОВА ХАНЗАДА РАУПОВНА

С/

РАЗРАБОТКА РЕГИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРИМЕРЕ г. МАХАЧКАЛЫ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СООРУЖЕНИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ И С СИСТЕМАМИ СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ

Специальность 05.23.17- Строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена в Дагестанском государственном техническом университете на кафедре «Сопротивление материалов, теоретическая и строительная механика»

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Абакар Джансулаевич Абака ров

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Индейкин Андрей Викторович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Петров Вадим Александрович

Ведущее предприятие - ФГУП «НТЦ по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий» (г. Петропавловск-Камчатский)

Защита состоится ... 15... декабря.....2005 г. в.....час......мин. на

заседании диссертационного совета Д 218. 008.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, 9, в ауд. 3-237 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан.........................2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор

Л.Л. МАСЛЕННИКОВА

/ХПЯ

НУ I778

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Сильные землетрясения являются одним из самых страшных стихийных бедствий на земле. В среднем в год в мире от землетрясений погибает 10000 человек, а материальный ущерб, в среднегодовом исчислении доходит до 400 миллионов долларов. Более 50 % территории России и 90 % территории Дагестана подвержены влиянию землетрясений, вызывающих серьёзный ущерб. Последние данные о сейсмической опасности территории России, приведённые в картах ОСР-97, показывают, что десятки миллионов человек живут в зданиях с дефицитом сейсмостойкости 2-3 балла, что представляет большую угрозу для жителей. Вместе с тем существенное увеличение площадей территории повышенной сейсмической опасности по картам ОСР-97 требует принципиально нового дифференцированного подхода к оценке сейсмической опасности регионов. Сохраняющаяся неопределённость и неполнота исходной сейсмологической информации становится весомым аргументом для проведения детальных исследований по уточнению уровня региональной сейсмичности и количественному сейсмическому районированию конкретных территорий. Оценка сейсмической опасности территорий позволяет уточнить и расширить спектр прогнозируемых параметров землетрясений, что важно как при оценке сейсмостойкости существующих зданий и сооружений, так и при обеспечении сейсмостойкости вновь проектируемых.

Региональные модели сейсмических воздействий не только позволяют уточнить сейсмическую опасность территорий, но и выбрать рациональные динамические характеристики и эффективные варианты конструктивных решений сооружений для исследуемых территорий. В конечном итоге это приводит к снижению стоимости затрат на

антисейсмическое усиление сооружений и повышению их надёжности при сейсмических воздействиях.

В последние годы в большинстве стран мира находит признание концепции двойного подхода к расчёту сооружений на сейсмические воздействия.

Расчёт сооружений рекомендуется проводить в упругой стадии работы на действие частых слабых воздействий (проектное землетрясение), с целью обеспечения нормальной эксплуатации сооружения и на действие разрушительных землетрясений (максимальное расчётное землетрясение), с целью обеспечения жизни людей и сохранности ценного оборудования.

Во втором случае более эффективным является проектирование сооружений введением в их структуру элементов активной сейсмозащиты. Исходя из этого были предложены десятки вариантов систем сейсмоизоляции сооружений, включая и такие, как дома на воздушных подушках, на воде и многие другие. Однако строительство имеет свою специфику и сложившиеся технологии, поэтому практически приемлемыми оказались адаптивные системы с выключающимися связями и системы сейсмоизоляции с кинематическими фундаментами, со скользящими поясами, резинометаллическими опорами и другие. Установлено, что данные системы обладают большей чувствительностью к спектральным параметрам землетрясений, поэтому при их проектировании необходим учёт региональных особенностей проявления землетрясений. Из выше отмеченного следует, что задачи обеспечения надёжности сооружений, проектируемых в сейсмоопасных районах, путём разработки региональных моделей сейсмических воздействий и соответствующего выбора рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции, являются актуальными, позволяющими достичь , А.* 2

максимального эффекта при относительно низких затратах на обеспечение сейсмостойкости.

Целью исследований, изложенных в диссертации является разработка методики комплексного решения задачи обеспечения сейсмостойкости сооружений на конкретных территориях путём разработки региональной модели сейсмических воздействий и соответствующего выбора рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• определены количественные характеристики колебаний грунта при землетрясении с учётом региональных особенностей сейсмической опасности (фактической повторяемости);

• составлена программа для генерирования искусственных акселлерограмм;

• установлены зависимости между параметрами искусственных акселлерограмм и количественными характеристиками прогнозируемых землетрясений для г. Махачкалы и на этой основе создан региональный расчётный ансамбль искусственных акселлерограмм для использования в расчётах сооружений на сейсмостойкость.

• построены спектры реакции возможных землетрясений для данной территории;

• построена региональная спектральная кривая коэффициента динамичности р для использования в практических расчётах зданий и сооружений.

• исследована сейсмическая реакция и показатели надёжности зданий на кинематических фундаментах при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий;

• исследована сейсмическая реакция и надёжность зданий со скользящим поясом при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена методика комплексного учёта региональных сейсмических условий при оценке сейсмостойкости сооружений в случае ограниченной информации о колебаниях поверхности грунта при землетрясениях.

2. Разработана методика статистического анализа динамики зданий с сейсмоизолирующим поясом и зданий на кинематических фундаментах системы Черепинского.

При этом для систем со скользящим поясом выполнен одновременный учет сил трения и упругодемпфирующих ограничителей перемещений. Для кинематических фундаментов учтен реальный вид поверхности катания.

3. Впервые оценены математическое ожидание и дисперсия перемещений, перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и ограничителями перемещений

На защиту выносятся:

• Методика задания регионального сейсмического воздействия на здания и сооружения.

• Методика статистического анализа динамики зданий с сейсмоизолирующим поясом и зданий на кинематических фундаментах системы Черепинского.

• Методика оценки статистических параметров распределения перемещений, перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и ограничителями перемещений для региона г. Махачкалы

• Обоснование необходимости учёта региональных особенностей к расчету сооружений на сейсмические воздействия и выбору рациональных систем сейсмозащиты сооружений

Практическая значимость работы заключается в разработке региональной модели сейсмического воздействия, разработке конкретных рекомендаций по выбору рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляции. Применимость разработанных рекомендаций проиллюстрирована на конкретных примерах расчета зданий с учётом региональных параметров колебаний грунтов.

Основными исходными материалами для исследования послужили данные о последствиях разрушительных землетрясений, происходящих в различных районах земного шара, а также на исследуемой территории; записи ускорений дневной поверхности (акселерограммы землетрясений); проектные материалы и др.

Методика исследований включала построение и анализ математических моделей движения исследуемых систем; сопоставление получаемых результатов с имеющимися данными и последствиями прошлых землетрясений. Для проведения расчетов было разработано программное обеспечение в средах программирования «Дельфи 5.0» на языке «Object Pascal» и С++

Достоверность основных положений диссертации обеспечивается качественным и количественным соответствием

5

Достоверность основных положений диссертации

обеспечивается качественным и количественным соответствием результатов исследований опыту прошлых землетрясений и данных других исследований по отдельным вопросам, рассмотренным в диссертации

Реализация результатов исследований. Использование полученных результатов диссертационной работы позволяют снизить расчётную сейсмическую нагрузку в отдельных случаях на 10-15 %, что, приводит к сокращению единовременных затрат на антисейсмические мероприятия. Разработанная региональная модель сейсмического воздействия на примере г. Махачкалы, принята к использованию, проектным институтом города в расчётах на сейсмостойкость зданий с жёсткой конструктивной схемой

Личный вклад автора состоит в том, что был проведен анализ состояния вопроса. Лично автором усовершенствована методика задания расчетного сейсмического воздействия на здания и сооружения, выполнены исследования влияния нелинейности на сейсмическую реакцию зданий с кинематическими опорами, разработана методика статистического анализа динамики зданий с сейсмоизолирующим поясом и зданий на кинематических фундаментах системы Черепинского с ограничителями

Апробация. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции посвящённой 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999 г), на IV Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием (Сочи, 2001 г.) и на V Российской Национальной Конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (Сочи, 2003 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 113 наименований. Основная часть работы изложена на 158 страницах, содержит 64 рисунка, 17 таблиц и 1 приложение

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и дается общая характеристика работы

В первой главе дан обзор исследований по теме диссертации. Современная теория сейсмостойкости создана благодаря исследованиям Био, И.И. Гольденблата, К.С.Завриева, Г.Н.Карцивадзе, И.Л. Корчинского, Медведева, А.Г.Назарова, Николаенко, О.А.Савинова, Хаузнера, и других ученых.

В настоящее время нормы проектирования базируются на так называемом линейно-спектральном методе. В соответствии с ним можно оценить сейсмические нагрузки и усилия в элементах линейной системы. При этом явно не учитывается статистический характер сейсмических воздействий. Статистический подход позволяет не только определить расчётные усилия в сооружении, но и оценить их разброс и показатели надёжности сооружения. Кроме того, использование статистических методов даёт возможность учесть региональные особенности сейсмических воздействий.

В связи с этим развитию статистических методов теории сейсмостойкого строительства уделяется большое внимание. Исследования в этом направлении проводили А.Д.Абакаров, Я.М.Айзенберг, В.В.Болотин, С.В.Елизаров, Г.Н.Карцивадзе, Николаенко, С.Г.Шульман и другие специалисты. В их работах заложены основы построения

7

статистических моделей сейсмического воздействия. Однако эти исследования относятся к расчёту достаточно простых систем и не в полной мере учитывают региональных параметров сейсмической опасности.

Во второй главе анализируется степень сейсмической неопределённости Республики Дагестан. Показано что, регион относится к территориям со 2-й степенью сейсмологической неопределенности. Здесь имеются данные о магнитудах и эпицентральных расстояниях, при этом отсутствуют записи сильных землетрясений. В связи с этим для рассматриваемого района не представляется возможным построить непосредственно кривые динамичности и применить традиционные методы оценки сейсмических воздействий. Поэтому потребовалось развитие методов задания сейсмического воздействия для региона со 2-й степенью сейсмологической неопределённости.

Третья глава посвящена заданию сейсмического воздействия в условиях, когда отсутствуют представительные записи сильных землетрясений.

Оценка расчётных ускорений базируется на статистических данных о сейсмических воздействиях, которые удалось получить для территории Дагестана. Эти данные включали характеристики очагов, магнитуду, глубину, расположение и повторяемость землетрясений различной силы, а также более 80 инструментальных записей прошлых землетрясений.

На основе анализа инструментальных записей землетрясений зарегистрированных на изучаемой территории эмпирически получена зависимость для определения максимальных ускорений колебаний скальных грунтов в зависимости от магнитуды М и эпицентрального расстояния, которая учитывает региональные особенности изучаемой территории

Юё(А) = 10.2х^М (1)

Так как рассматриваемый регион характеризуется сложными геологическими условиями потребовалось осуществить пересчёт ускорений со скальных грунтов на нескальный. Пересчёт можно осуществить стандартными методами геофизики, в которой среда рассматривается как упругий слой лежащий на упругом основании. Переход от амплитуд ускорений скальных фунтов к рыхлым и определение соответствующих им периодов колебаний производится с помощью коэффициентов усиления:

тг=Угр/Уо"ро; П;=Н/УГТ;,

где № мощность, р\ плотность, VI скорость распространения поперечных волн рыхлого слоя.

а рых.= ^^ (Нь Рь V,); арЫХ= а^/к

Таким образом, можно определить максимальные ускорения и соответствующие им преобладающие периоды колебаний грунтов с различным литологическим составом при землетрясениях различной интенсивности.

С использованием этих данных была построена карта сейсмической опасности территории.

Таким образом, на грунтах И категории по СНиП -11-7-81* при возникновении землетрясения с магнитудой М=7 (повторяемость событий такой силы 100 лет), возможны ускорения 3 м/с2 на грунтах 111 категории -3,6 м/с2

Получив значения максимальных ускорений соответствующие повторяемости 100 лет, по требованиям СНиП необходимо перейти к повторяемостям 500 лет, 1000 лет и 5000 лет.

9

Д ля учёта повторяемости используем данные о стандартах отклонения максимальных ускорений (тОй^ах)- По различным данным стандарт отклонения а0§атах) находится в диапазоне 0.2-Ю.3. Чтобы рассчитать максимальные ускорения при рассматриваемых повторяемостях определяется величина коэффициента к, используя нормальное распределение пиковых ускорений:

1ёк=1ё(а0/а1оо)=а(1Еамах)-ф-,-(1-ЮО/р) (2)

и ао=а100-к

где р - расчётный период повторяемости Ф'1 -обратная функция распределения нормального закона, ао -рассчитываемое максимальное ускорение соответствующее определённой повторяемости.

При р=500 получаем к=1.46, при р=1000 к=1.8, а при р=5000 к=2.56. Подставляя данные коэффициенты в формулу (2), получим максимальные ускорения, соответствующие принятым повторяемостям. Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Т, период повторяемости Максимальные ускооения. м/с2

Категория гоунта по СниП-11-7-81

1 11 111

100 2.17 3.00 3.60

500 3.40 4.50 5.40

1000 4.20 5.10 6.20

5000 5.40 6.60 8,00

Эти ускорения соответствуют 8-ми и 9 ти балльной интенсивности сейсмических колебаний.

Для расчёта сейсмостойкости зданий и сооружений, а также для расчёта строительных конструкций необходимо перейти от максимальных ускорений к расчётным. Для этого следует исходить из ограниченности вероятности превышения ускорениями расчетного значения за срок службы сооружения.

Пусть А - событие, состоящее в том, что на данной территории произойдёт хотя бы одно землетрясение интенсивностью В - событие превышения предельного уровня ускорения колебания грунтов а при землетрясении интенсивностью 1 Тогда, вероятность того, что за Т лет предельный уровень ускорения а будет превышен с вероятностью О, равна:

Р (А)-Р(В/А)=<5 (3)

где Р (А)- условная вероятность события А за Т лет; Р (В/А)- вероятность события В при условии, что событие А произошло. Выражение (3) можно представить в виде 0=(1-еЛтН1-е-М-'), (4)

где ^-интенсивность повторяемости землетрясений класса I; Ха - интенсивность превышения предельного уровня а при сейсмическом воздействии, представленном в виде стационарного случайного процесса;

т - продолжительность интенсивной фазы землетрясения; Т - рассматриваемый период времени. Из уравнения (4), проведя некоторые преобразования, получим

-Т- т, (5)

Интенсивность выброса случайного процесса за предельный уровень арасч определяем по формуле акад. РАН В.В. Болотина ^(со/^-ехрС-а^ас /2- а\), (6)

где - эффективная частота процесса приблизительно равная преобладающей частоте колебания грунтов. (Га - среднеквадратическое значение ускорения колебания грунтов Приравнивая уравнения (5) и (6) получим уравнение (7). арасч= Оа -[-2-1п{7гд /ы.-Д-Т -г}]* (8)

где, <та - среднеквадратическое значение ускорения колебания грунтов.

Яа^атах- Средняя оценка коэффициента 7=0.3. (^-вероятность перехода ускорения за предельный уровень за рассматриваемый период времени Т (0,1, 0,05, 0,01)

с^ - эффективная частота процесса приблизительно равная преобладающей частоте колебания грунтов (31,41-12,56 сек)

г - продолжительность интенсивной фазы землетрясения (10-30 сек) где Д- интенсивность повторяемости землетрясений класса 1(1/500, 1/1000, 1/5000);

Используя уравнение (7) определяем арасч- расчётное значение ускорения колебания грунтов соответствующее определённому периоду повторяемости событий, расчётному периоду времени и заданной вероятности превышения: Полученные результаты приведены в таблице 2

Таблица 2

1 Т, период Расчётные ускорения колебания гоунта и/с' I

Категория шунта по СниП-11-7-81* 1

I II 1 III 1

1 500 3.40 4.40 15.30 I

1 1000 4.20 5.00 16.00 1

15000 5.40 6.40 1 7.80 1

Полученные результаты расчётных ускорений для средних грунтовых 1

условий в целом соответствуют принятой в карте общего сейсмического районирования ОСР-97 балльности для г. Махачкалы 8, 9 и 10. Результат расчётного ускорения скального грунта соответствующий периоду повторяемости 500 лет и вероятности непревышения 10% равен 9 баллам, хотя балльность на грунтах первой категории по СНиП-11-7-81* понижается на один балл при переходе с грунтов второй категории к первой Это можно объяснить региональными сейсмологическими условиями. Таким образом, для г. Махачкалы в качестве оценки расчётных

12

колебаний грунта можно рекомендовать значения ускорений согласно таблице 2 и балльность по СН и П-11-7-81*.

Выполненные исследования позволили построить расчётную модель сейсмического воздействия.

Построение модели сейсмического воздействия произведено на основе разработок, предложенных в ЦНИИСК им. Кучеренко. При этом сейсмическое воздействие представляется в виде множества нестационарных гауссовских мультипликативных случайных процессов, а расчётные акселерограммы строятся путём пропуска белого шума через осциллятор. Модель определяется четырьмя основными параметрами: преобладающей частотой колебаний фунта «¡, максимальным ускорением атах, шириной спектра а =А^)=0,5-с^, и параметром, определяющий форму временной огибающей €¡=0.05-6^. Таким образом по спектральным характеристикам возможного сильного землетрясения был получен набор синтезированных акселлерограмм, на основе которых можно получить определённую картину сейсмической опасности на конкретной строительной площадке.

По сформированному пакету расчетных воздействий построена расчетная спектральная кривая. Спектры реакции осциллятора с затуханием 0.05, рассчитывались для искусственных акселерограмм с использованием параметров соответствующих изучаемому району. В результате были построены вероятностные спектры реакции в зависимости от периодов повторяемости землетрясений и коэффициентов обеспеченности и усреднённые спектры реакции для каждого полученного преобладающего периода,

С использованием полученных усреднённых спектров реакции осцилляторов с затуханием £=0.05 построены графики коэффициента динамичности, которые приведены на рис. 1.

А

2,5 -

/

/

0 1

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 Т, сек

Рис. 1 Графики коэффициента динамичности

Из этих графиков видно, что кривые динамичности, полученные для трёх категорий грунтов, слагающих территорию г. Махачкалы имеют примерно одинаковые значения и их можно объединить в одну усреднённую кривую. Таким образом, в качестве кривой динамичности для расчётов на сейсмичность независимо от грунтовых условий может быть предложен график, приведённый на рис. 2.

А

I I -----

I

0,1 0,3 0,5 0,7 0,в 1,1 1,3 1,5 1,7 Т,ЛМ

Рис. 2 График огибающей коэффициента динамичности При Т^Д (3,=1+17-Т; При 0,1<Т;<0,6 $=2,7 (9)

При 1^20,6 Д=1,62/Т,

С учётом построенного пакета акселлерограмм и спектральных кривых был выполнен анализ сейсмоизолированных зданий.

Соответствующие исследования включены в четвертую главу диссертации. Рассматривается возведение зданий на исследуемой территории, расчёт которых по СНиП не представляется возможным, поскольку эти системы существенно нелинейны. В соответствии с имеющимися исследованиями проф. Я.М. Айзенберга, Т.А. Белаш, A.M. Уздина сейсмоизоляция позволяет существенно снизить сейсмические нагрузки на здания, но при этом возможны большие взаимные перемещения фундаментных плит, которые приводят к разрушения здания в целом. В связи с этим применение таких систем ограничено.

Поэтому проведены исследования на сейсмостойкость зданий, выполненных по жёсткой конструктивной схеме с системой сейсмозащиты в виде кинематических фундаментов и скользящего фундаментного пояса. Сейсмоизолирующий скользящий пояс выполняется в виде ряда опор, расположенных между фундаментом здания и надземными конструкциями в местах пересечения стен. В качестве параметров, определяющих рациональную конструкцию сейсмопояса приняты следующие:

-вероятности непревышения нулевым уровнем задаваемой предельно допустимой величины перемещения и соответственно предельных уровней перекосов вышележащих этажей;

-оценки инерционных нагрузок и перерезывающих усилий в уровнях сооружения.

Кинематические фундаменты приняты с подвижными опорами. Такие системы были предложены Черепинским, В. Назиным, А. Лаврушко, и другими. Нижние основания кинематических опор, имеют выпуклую сферическую поверхность опирания.

Определение сейсмической реакции зданий на кинематических опорах производится решением системы дифференциальных уравнений второго порядка, которые записываются в следующем виде: то- У0 + Д> " *0 + ЯоСУо) +£г(Уо-У1)-К1(УгУо)=-то-Уп,.

тп-Уп+&-(Уп- Уп-0 +Кп-(Уп-Уп-.)=-т0- Угр.

Ко(Уо)- нелинейная зависимость «восстанавливающая сила-перемещение» Выражения для определения ^(Уо) «Восстанавливающая сила-перемещение» приняты следующие: адмолб- (3 -УоУСМ^Уо!) при |У0| *$2см,

Ко(Уо)=(0,103 Уо!+1200-'|Уо|)-У0/|Уо1 хфи|У0| >2см, Ко(Уо)=С- Уо'О" р 'Уо2),

где, с - коэффициент, принимаемый в интервале 500-И 500 р- коэффициент жесткости, принимаемый в интервале 0,0005-И),5.

В работе впервые проведён статистический анализ приведённых уравнений.

Определение параметров горизонтальных сейсмических колебаний зданий со скользящим поясом производится решением системы дифференциальных уравнений, которые в состоянии скольжения записываются в виде:

то- У0 + & • Уо + Р^впУо Уо -УО-ВД-Уо^-то"^. тг У;+ УгУ-,)+ ^-У|.1)+А+г(УгУн1)-^+.-(У!+гУ1)=-т1-Уф. т„-У„+&•( Уп-Уп-О +Кп-(Уп-Уп-1)=-т0- Угр

где У|- горизонтальные перемещения ¡-той массы;

У,- скорости ¡-той массы; У,- ускорения ¡-той массы; тг величины сосредоточенных масс; /3,- коэффициенты вязкого трения; Яг коэффициенты жёсткости ¡-го этажа; Угр - ускорения колебания грунтов, представляемые в виде нестационарного случайного процесса во времени. В отличие от традиционных расчетов, оперирующих одним фактором, в работе были получены математические ожидания усилий, перемещений и их среднеквадратические отклонения. Кроме того, оценен важный показатель надёжности конструкций вероятность превышения усилиями перемещений допустимых значений.

Оценка величин сейсмической реакции и показатели надёжности зданий производилась по следующему алгоритму:

1.Среднее значение и дисперсия максимального перемещения массы то при Ы-ом числе испытаний определяем по формулам,

¥0тш = (1/Н)1|У0тах|;

К=1

2. Относительные перекосы этажей:

01=(1/Н)-Д|У;1с-У,1)к|)тах/Нь

К=1

3. Сейсмическая нагрузка: 8г(Ш)-Е[КЙ¥ш-Уи,к|)-КН1(|¥1+1,к-У1к|тах)];

К=1

4. Поперечные перерезывающие силы ¡-того и нулевого этажа:

(^о/ьоЬь 1

5. Сейсмическая нагрузка в уровне массы то;

N

8о=2 то- Уок ;

К=1

где У0ктах-максимальное ускорение массы то при к-той реализации.

6. Вероятность непревышения заданного значения перекоса ¿-го этажа оценивается по формуле:

Р,=1-Н*/Н;

где Н+-ЧИСЛО испытаний, при которых для ¡-ой массы выполняется условие:

МУгУм|тах/Н;>[0]; в данной работе принято [0]=1/6ОО;

7. Вероятность непревышения массой т0 заданного предельного уровня: Ро=1- N0* /И,

где, N0*-число испытаний, при которых уопих>[уо]-

Допустимые значения перемещений [у0]

И*-число выбросов перекосов этажей за заданный предел.

Значение И,* определено так, что как только выброс хотя бы для одного этажа переходит за заданный предел, дальнейшие испытания прекращаются.

Для получения более надёжных результатов параметры сейсмической реакции зданий оценивались на основе обработки статистики по 100 реализациям случайных процессов.

Для системы со скользящим поясом в качестве параметра управления рассматривался коэффициент трения, а для системы с кинематическими фундаментами - радиус катания. Параметры выбирались так чтобы

18

минимизировать сейсмические нагрузки при ограничении перекосов этажей. Для этого были сделаны массовые расчёты, данные которых приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметр / Т^ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Тип фундамента Примечания

вероятность Сколь Гтр=0,12,

непревышения Р0 ЗЯЩИЙ А1=3 см

массой то заданного 1 1 1 0,9 0,84 0,64 пояс Л2=12

предельного уровня см

перемещения [уо] ап,и=3,2

Надёжность здания Рт 1 1 1 1 0,59 0,62 м/с2

Вероятность

непревышения

заданного значения 1 1 1 1 0,84 0,8

перекоса 1-ым этажом Р,

Упругие реакции (}о, кН 1527 1763 1733 2266 1340 2123

Вероятность КФ-2 М=зо

непревышения Ро СМ

массой то заданного 1 1 0,96 0,88 0,6 0,6

предельного уровня м/с2

перемещения [у0]

Надёжность здания Рт 1 1 1 1 1 1

Вероятность

непревышения

заданного значения 1 1 1 1 1 1

перекоса 1-ым этажом Р>

Упругие реакции Оо, кН 1782 4086 5782 7086 7784 8494

Выполненные расчёты позволяют сделать два важных вывода:

1.Получено более низкое значение коэффициента снижения, чем, полученный в исследованиях проф. A.M. Уздина, Т. А. Белаш. В упомянутых работах этот коэффициент составляет чуть более 2-х. В данной работе в самом неблагоприятном случае коэффициент составил

2.Параметры трения оказались несколько ниже, чем в упомянутых выше исследованиях. По данным полученных исследований рекомендуется принимать коэффициент трения равным 0,2. Это связано с тем, что в диссертационной работе рассмотрен более узкий класс воздействий с учётом региональных особенностей Кавказского региона. Отсюда можно сделать вывод о том, что при расчёте и подборе систем сейсмоизоляции необходим более точный учёт региональных параметров.

Основные выводы и результаты

На основе выполненных исследований получены следующие основные результаты и выводы:

1. Усовершенствована методика задания расчетного сейсмического воздействия на здания и сооружения, впервые обеспечивающая комплексный учет региональных сейсмогеологических условий при оценке сейсмостойкости сооружений. При этом:

• сформулированы требования к составу исходных данных для реализации региональных норм сейсмостойкого строительства

• разработана методика оценки максимальных ускорений колебаний и соответствующих им преобладающих периодов колебаний грунтов

• предложена методика задания уровня расчетного сейсмического воздействия с учетом повторяемости землетрясений в регионе, их спектрального состава, вероятности непревышения заданного уровня ускорения и продолжительности.

2. Разработана методика статистического анализа зданий с сейсмоизолирующим поясом и зданий на кинематических фундаментах системы Черепинского. Эта методика включает:

• построение нелинейных уравнений движения колебаний рассматриваемых систем при сейсмических воздействиях. Для систем со скользящим поясом выполнен одновременный учет сил трения и упругодемпфирующих ограничителей перемещений. Для кинематических фундаментов учтен реальный вид поверхности катания.

• разработку метода оценки статистических параметров (математического ожидания и дисперсии) перемещений элементов сооружения и усилий в них на основе учёта определённого количества реализаций. Установлено, что для статистического анализа рассматриваемых систем число реализаций должно составлять не менее 30.

3. Впервые оценены математическое ожидание и дисперсия перемещений, перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и ограничителями перемещений.

4. показано, что учёт региональных особенностей задания сейсмического воздействия существенно влияет на результаты расчётов сейсмозащитных устройств, область эффективного применения и задание параметров сейсмозащиты зданий и сооружений.

5. Установлено, что при использовании сейсмоизоляции исследуемых в работе кинематических опор и сейсмоизолирующего скользящего пояса необходим учёт, как количественных параметров грунтов, так и динамических параметров зданий, так как это существенно влияет на надёжность системы в целом

6. Для выбора оптимальных параметров кинематических фундаментов, удовлетворяющих региональным характеристикам, были

21

исследованы несколько типов кинематических фундаментов. Исследование показало, что каждый вид кинематического фундамента эффективен при определённых значениях преобладающего периода. Результаты расчётов показали, что рассмотренные типы кинематических фундаментов целесообразно использовать на строительных площадках с преобладающим периодом колебаний грунтов в интервале Т^ =0,1+0,5 сек. 7. Для выбора рациональных параметров скользящего пояса удовлетворяющих региональным характеристикам, было проведено исследование степени влияния характеристик опор на показатели надёжности системы, и таким образом определялись наиболее приемлемые сочетания характеристик изучаемых фундаментов. Расчёты показали, что с увеличением коэффициента трения фторопластовых пластин, применяемых в опорах скользящего пояса, вероятность непревышения заданного уровня перемещений и показатель надёжности здания в целом увеличивается. Но при этом увеличиваются и сейсмические нагрузки на здания. Для оценки эффективности сейсмоизолирующего пояса было проведено исследование динамики 3-х, 5-ти и 9-ти этажных зданий с жёсткой конструктивной схемой на сейсмическую реакцию. Затем проводилось сравнение сейсмических реакций зданий со скользящим поясом и без активной сейсмозащиты. Проведённые в работе исследования активных методов сейсмоизоляции свидетельствуют об их эффективности так как, при этом обеспечивается снижение, как инерционных сейсмических нагрузок, так и внутренних усилий в уровне разных этажей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Зайнулабидова Х.Р. Количественные параметры колебаний грунта в г. Махачкале и их вероятностные характеристики /Тезисы докладов Международной научной конференции, посвящённой 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН 21-25 мая 1999 г. Махачкала 1999 г.

2. Абакаров А.Д. Зайнулабидова Х.Р. Оценка максимальных ускорений колебаний грунтов в г. Махачкале при сильном землетрясении. М.: Наука, 2001. С. 11-13 //Сейсмостойкое строительство и безопасность сооружений №2.

3. Абакаров А.Д., Зайнулабидова Х.Р. К определению расчётных уровней ускорений сейсмических колебаний грунтов с учётом местных сейсмологических особенностей // Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Наука, 2001. С. 6-1. «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» №5.

4. Абакаров А. Д., Зайнулабидова Х.Р. Разработка региональной модели сейсмического воздействия // Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Наука, 2001. С. 10 -12. «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» №5.

5. Абакаров А.Д., Зайнулабидова Х.Р. Влияние параметров нелинейности на сейсмическую реакцию зданий с кинематическими опорами // Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Наука, 2003. С. 6-7. «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» №6.

6. Абакаров А.Д, Зайнулабидова Х.Р. Исследование сейсмической реакции и оценка рациональных параметров систем сейсмоизоляции со скользящим поясом при сейсмических воздействиях различной интенсивности. //Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений.

М.: Наука, 2003. С. 6-1. «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» №6.

7. Зайнулабидова Х.Р. К разработке региональной модели сейсмического воздействия //Тезисы докладов. IV Российская Национальная конференция по сейсмостойкому строительству 9-13 октября 2001г., г. Сочи. Москва 2001 г.

8. Абакаров А. Д., Зайнулабидова Х.Р. Расчётная модель сейсмического воздействия для г. Махачкалы //Тезисы докладов. V Российская Национальная конференция по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием 22-26 сентября 2003 г., г. Сочи. Москва 2003 г.

9. Зайнулабидова Х.Р. «Исследование сейсмической реакции и оценка рациональных параметров систем сейсмоизоляции с кинематическими фундаментами //Сборник тезисов докладов XXIV итоговой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ 21-24 апреля 2003 г. г. Махачкала 2003 г.

10. Зайнулабидова Х.Р. «Особенности разработки и применения региональных норм сейсмостойкого строительства на примере г. Махачкалы» // Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений. М.: Наука, 2005. «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» №1.

Подписано к печати 21.10.05г. Печ.л. - 1,5

Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1\16

Тираж 100 экз. Заказ № ._

СР ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9

't

> *

» 21 О 8 О

РНБ Русский фонд

2006-4 18568

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ Оценка сейсмической опасности территорий Построение региональных моделей сейсмических воздействий Оценка сейсмического риска и оптимизационные расчёты сооружений при сейсмических воздействиях Цель и методы исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Сейсмологические особенности территорий и оценка степеней неопределённости и неполноты исходной сейсмологической информации Построение модели сейсмического воздействия для территории с

1-й степенью неопределённости Построение модели сейсмического воздействия для территории

2-й степенью неопределённости Построение модели сейсмического воздействия для территории с 3-й степенью неопределённости

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РЕГИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Сейсмологические условия Республики Дагестан Сейсмическое микрорайонирование г. Махачкалы Оценка максимальных и расчётных параметров колебаний грунтов в г. Махачкале при прогнозируемых сейсмических воздействиях Региональная модель сейсмического воздействия на примере г. Махачкалы в виде спектральных графиков Региональная модель сейсмического воздействия на примере 3.6 3.7 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 г. Махачкалы в виде синтезированных акселерограмм Карта сейсмической опасности территории г. Махачкалы

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СООРУЖЕНИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ И С СИСТЕМАМИ СЕИСМОИЗОЛЯЦИИ, С УЧЁТОМ МЕСТНЫХ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ Выбор рациональных динамических характеристик зданий и ооружений для конкретных территорий Исследование сейсмической реакции и оценка рациональных параметров систем сеисмоизоляции со скользящим поясом при сейсмических воздействиях с параметрами, прогнозируемыми на примере г. Махачкалы Исследование сейсмической реакции и оценка рациональных параметров систем сеисмоизоляции с кинематическими фундаментами при сейсмических воздействиях с параметрами, прогнозируемыми на примере г. Махачкалы Выбор рациональных систем сеисмоизоляции для грунтовых условий г. Махачкалы

Выводы по главе

ГЛАВЛ 1, ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИИ 10

1.! Оценка сейсмической И0С1Я 10

1.2 Построение региональных моделей сейсмических воздействий IS

1.3 Оценки сейсмического риска н v.1 аационные расчёты сооружений При ССЙСМНЧеСЩХ ti.H U'И, BKU 22

Ы Цель li методы исследований 31

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 36

2.1 Сейсмологические особенности территорий н оценка степеней неопределеннее! н и неполноты исходной сейсмологической информации 31

12. Построение модели сейсмического воздействия для территории с L-й степенью нсопрелеайнностн п

2 3 Построение модели сейсмического аотдейстшщ для территории 2-Й степенно неопределённости 43

2 J Построение модели ее комического воздействия для территории с 3-й стелен ью неопределенности 48

2.5 Выаоды но главе 2 50

ГЛАВА 3. РЕГИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 52

3.1 Сейсмологичеекне условия Республики Дагестан 52

3 2 Сейсмическое мнкрорайоннрованис г. Махачкалы 57

3.3 Эценка максимальных н расчетных параметров колебаний грунтоа а г. Махачкале при прогнозируемых сейсмических ьоодействиях 62

3.4 Региональны модель сейсмического воздействия на примере г. Махачкалы ь виде спектральных графиков 73

3.5 Региональная модель сейсмическог о воздействия на примере 79 г. Махачкалы в ;".;с сннгаировднкых акселерограмм

3.» Карта сейсмической о ,j м, . ти территории г. Махачкалы

5.7 Выполи II- 3 глвве 93

ГЛАВА 4, ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СООРУЖЕНИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ И С СИСТЕМАМИ СЕЙСМОКЮЛЯЦИН, [ УЧЁТОМ МЕСТНЫХ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ 95

4 1 Пмбор рицнонд!! ьних липам нчссК'кч характеристик адаккй II поружсннй ллн конкретных территорий 95

4.: Исследование сейсмической реакции н оценке раппопал |>пык параметров систем ССЙСМОНЮЯЯЦНН со скользящим гшяеам мри сейсмических воздействиях с параметрами, протезируемыми • ;] примере г- Махачкалы 101

4.3 Исследование сейсмической реакции н оценка раииокальпик параметров систем сейсмснюляцнн с кинематическими фундаментами при сейсмических воздействиях 0 параметрами, прогнозируемыми на примере г. Махачкалы lis

4.4 Выбор рациональных систем сейсмонзозяини для п>Унтопих условий г Махачкалы 154

4.5 Выводи по главе 4 ,59

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 160

ЛИТЕРАТУРА 163

ПРИЛОЖЕНИЕ 177

ВВЕДЕНИЕ

Аетуальность темы исследовании. Сильные 1смлетряссния нес ещё остаются одним I» самых страшных стихийных бедствий на земле. В среднем в год в мире от землетрясений погибает 10000 человек, а материальный ущерб, в среднегодовом исчислении доходит до 400 миллионов долларов. Более 50 % территории России н 90 % территории Дагестана подвержены влиянию землетрясений, вы зывающих серьёзный ущерб. Последние данные о сейсмической опасности территории России, приведённые в картах ОСР-97, показывают, что десятки миллионов человек живут в зданиях с дефицитом сейсмостойкости 2-3 балла, что представляет большую угрозу для жителей Вместе с тем существенное увеличение площадей территории повышенной сейсмической опасности по картам ОСР-97 требует принципиально нового дифференцированного подхода к оценке сейсмической опасности регионов.

Необходим учет, как статистики землегрясеннй, так к разнообразной информации о сейсмичности и сейсмическом режиме (некогерентное излучения сейсмических волн протяженным очагом землетрясения, распределение по глубине очагов, период повторяемости сотрясений, позволяющий оценивать вероятность сейсмической опасности на рассматриваемой территории и обеспечивать одинаковую степень риска). Сохраняющаяся неопределённость и неполнота исходной сейсмологической информации становится весомым аргументом для проведения детальных исследований по уточнению региональной сейсмичное! и и количественному сейсмическому районированию конкретных территорий. Оценка сейсмической опасности территорий такой постановкой задачи позволяет уточнить и расширить спектр прогнозируемых параметров землетрясений, что важно как при оценке сейсмостойкости существующих зданий и сооружений, так и при обеспечении сейсмостойкости вновь проектируемых.

Региональные модели сейсмических воздействий не только позволяют уточнить сейсмическую опасность территорий, но и выбрать рациональные динамические характеристики и эффективные варианты конструктивных решений сооружений для исследуемых территорий. В конечном итоге кто приводит к снижению стоимости затрат на антисейсмическое усиление сооружений или повышению их надёжности при сейсмических воздействиях. В последние годы в большинстве стран мира находит признание концепции двойного подхода к расчёту сооружений на сейсмические воздействия.

Расчет сооружений рекомендуется проводить в упругой стадии работы на действие частых слабых воздействий (проектное землетрясение), с целью обеспечения нормальной эксплуатации сооружения, н на действие разрушительных землетрясений (максимальное расчётное землетрясение), с целью обеспечения жизни людей и сохранности ценного оборудования,

Во втором случае более эффективным оказывается проектирование сооружений введением в их структуру элементов активной сейсмозащиты. Исходя из этого, были предложены десятки вариантов систем сейсмоизоляции сооружений, включая дома на воздушных подушках, на воде и многие другие. Но строительство имеет свою специфику и сложившиеся технологии, поэтому практически приемлемыми оказались адаптивные системы с выключающимися связями и системы сейсмоизоляции с кинематическими фундаментами, со скользящими поясами, резинометаллнческимн опорами и другие. Установлено» что данные системы обладают большей чувствительностью к спектральным параметрам землетрясений, поэтому при их проектировании необходим учёт региональных особенностей проявляющихся при землетрясениях. Из выше отмеченного следует, что задачи обеспечения надёжности сооружений проектируемых в сейсмоопасных районах разработкой региональных моделей сейсмических воздействий и соответствующим выбором рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмоизоляцни, являются актуальными, позволяющими достичь большего эффекта при относительно низких затратах на обеспечение сейсмостойкости.

Степень разработанности проблемы, Исследования по разработке региональных моделей сейсмическим воздействий, исходя нз существующей сейсмологической информации о расположении очаговых зон, их силе, гнпоцентральмых и эпнцентральных расстояний и грунтовых условии территорий, а также с оценкой степени неопределенности этой информации не так много в литературных источниках. Среди имеющихся следует отметить работы Сувилова А.В. (1Штеннберга В.В. (2J, Хаузнера [3], Деглнной MM. [4], Айзенберга Я.М. (5, 6], Специальные способы сейсмозащнты, основным назначением которых является снижение сейсмических нафузок, получают в последние годы act большее распространение. Среди них можно отметить системы с кинематическими элементами в виде сфер (Наши В.В., Безруков Ю.й ), опоры с плоскими торцами (Курганов A.M.), опоры со сферическим основанием (Череии некий Ю.Д.) Н с фавитационной сейемоизоляннсй (Катен-Ярцсв А С ). Другой распространённый тип сейсмоизоляцнн - это использование скользящих элементов с матым коэффициентом трения

7, 8]. Результатом большинства выше перечисленных работ являются рекомендации по оптимизации параметров изучаемой системы сейсмозащнты За критерий оптимальности принимаются различные характеристики: максимальная величина сейсмической реакции, инерционные силы или перемещения, а также показатели надёжности, затраты связанные с сейсмической опасностью и т.д.

Значительное влияние на эффективность использования активных методов сейсмозащнты оказывают особенности сейсмического воздействия н в первую очередь его спектральный состав. Поэтому основным выводом большинства работ по исследованию различных видов сейсмоизоляцни является то, что. рекомендации по назначению оптимальных параметров сейсмозащнты, полученные для конкретных конструктивных решений и определённых сейсмологических условий, не всегда можно распространить на другие системы и другие региональные данные.

Вид конкретного вида сейсмоздщнты должен быть адаптирован к конкретным местным условиям.

Целью настоящих исследований является совершенствование нормативной базы для расчёта сейсмостойкости сооружений и выбора рационального типа сейсмозащнты путем разработки региональной модели сейсмических воздействий н ветсгвующсго выбора рациональных параметров сооружений, в том числе и с системами сейсмонзоляиин.

Для достижения н ос га военном целя были решены следующие задачи:

• определены количественные характеристики колебаний груша при землетрясении с учетом региональных особенностей сейсмической опасности (фактической повторяемости); составлена программа для генерирования искусственных акселлерограмм; установлены зависимости между параметрами искусственных акселлерограмм и количественными характеристиками прогнозируемых землетрясений для г. Махачкалы и на этой основе создан региональный расчётный ансамбль искусственных акселлерограмм для использования в расчётах сооружений на сейсмостойкость. построены спектры реакции возможных землетрясений для данной территории;

• построена региональная спектральная кривая коэффициента динамичности Р для использования в практических расчётах зданий н сооружений- исследована сейсмическая реакция и надёжность зданий на кинематических фундаментах при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий;

• исследована сейсмическая реакция н надёжность зданий со скользящим поясом при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий построение спектров реакции возможных землетрясений для территории г. Махачкалы;

• построение региональной спектральной кривой коэффициента динамичности Р для использования в практических расчётах зданий и сооружений, строящихся в г. Махачкале. исследование сейсмической реакинн и надёжности зданий на кинематических фундаментах при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий а г. Махачкале; исследование сейсмической реакции и надежности зданий со скользящим поясом при прогнозируемых параметрах сейсмических воздействий в г. Махачкале; выбор рациональных параметров и систем сейсмоизоляции для сейсмологических условий г. Махачкалы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена методика комплексного учёта региональных сейсмических условий при оценке сейсмостойкости сооружений в случае ограниченной информации о колебаниях поверхности грунта при землетрясениях.

2, Разработана методика статистического анализа зданий с сейсмоизолнрующнм поясом и зданий на кинематических фу ндаментах системы Черепинскот.

При этом для систем со скользящим поясом выполнен одновременный учет сил трения и упругодемпфнрующих ограничителей перемещений, Для кинематических фундаментов учтен реальный вид поверхности катания.

3- Впервые оценены математическое ожидание н дисперсия перемещений, перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и ограничителям» перемещений

Предметом исследований являются спектральные характеристики колебаний грунтов от ожидаемых в г. Махачкале землетрясений, расчётные модели воздействия, сейсмическая реакция и надёжность сооружений при этих воздействиях, и рациональные параметры сооружений, в том числе и систем сейсмоизоляции, для конкретных территорий г, Махачкалы. В работе исследуются параметры систем сейсмоизоляции с кинематическими опорами и систем со скользящим фундаментным поясом в зданиях разной этажности.

В качестве объекта исследования для разработки региональной модели сейсмических воздействии и выбора рациональных параметров сейсмозащиты принят г. Махачкала, являющийся столицей Республики Дагестан с населением около 500 тыс. человек.

Теоретической базой исследований являются работы российских и зарубежных ученых по разработке региональных моделей сейсмического воздействия [I, 2, 3, 5, б, 7, 102, 103], методы расчёта линейных и нелинейных систем на сейсмические воздействия [8,9, 10. 71, 86, 87, 88,98. 112, IЩ. также результаты теоретических н экспериментальных исследований систем сейсмоизоляцнн на кинематических опорах [П. 12] и систем со скользящими фундаментными поясами (8,9, 10. 13, 70. 71J

Практическая значимость работы заключается в разработке методики снижения сейсмического риска, основанной на системном подходе к проектированию сооружений: изучение сейсмологических условий конкретной территории; определение спектральных параметров колебалий грунтов при прогнозируемых сейсмических воздействиях; разработка региональной модели сейсмического воздействия; исследование сейсмической реакции и надёжности сооружений с различными конструктивными решениями при данной модели воздействия; выбор рациональных параметров сооружений и системы сейсмозащнты из условия максимума надёжности на конкретной территории. Проектным институтом г Махачкалы разрабатывается проект жилого дома на кинематических фундаментах использованием рекомендаций приведённых в данной работе.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международной научной конференции посвящённой 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999 г)г на IV Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием (Сочи, 2001 г.) и на V Российской Национальной Конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным уастием (Сочи. 2003 г,) По результатам диссертации имеются одиннадцать публикаций, нз них 6 в журнале «Сейсмостойкое строительство, Безопасность сооружений»

4.5. Выводы по гливс 4

Выполненные а рамках настоящего раздела исследования позволяют сделать следующие принципиальные выводы

1. Каждый вид кинематического фундамента исследованный в данной главе эффективен при определённых значениях преобладающего периода. Результаты расчётов показали, что рассмотренные типы кинематических фундаментов целесообразно использовать на строительных площадках с преобладающим периодом колебаний грунтов а интервале Т, =0,1+0,5 сек,

2. Для выбора оптимальных параметров скользящего пояса удовлетворяющих региональным характеристикам, было проведено исследование степени влияния характеристик опор на надёжность системы, и таким образом определялись наиболее приемлемые сочетания характеристик изучаемых фундаментов, Расчёты показали, что с увеличением коэффициента трения фторопластовых пластин, применяемых в опорах скользящего пояса, вероятность не превышения заданного уровня перемещений и надёжность здания в целом увеличивается. Но при этом увеличиваются и сейсмические нагрузки на здания. Для оценки эффективности сейсмоизолнрующего пояса было проведено исследование

3-х, 5-ти и 9-ти этажных зданий с жёсткой конструктивной схемой на сейсмическую реакцию. Затем проводилось сравнение сейсмических реакций зданий со скользящим поясом и без активной сейсмозаицгты. Проведённые в работе исследования активных методов сейсмонэоляцин свидетельствуют об их эффективности так как. прн этом обеспечивается снижение, как инерционных сейсмических нагрузок, так и внутренних усилий в уровне разных этажей

160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований, которые проведены в данной работе, можно сделать следующие выводы:

1, Разработана методика расчётного сейсмического воздействия обеспечивающая комплексный учет региональных сейсмогеологнческнч условий при оценке сейсмостойкости сооружений. При этом

• Сформулированы требования к составу исходных лакных для реализации региональных норм сейсмостойкого строительства

• Разработана методика оценки максимальных ускорений колебаний и соответствующих им преобладающих периодов колебаний грунтов

• Предложена методика задания уровня расчетного сейсмического воздействия с учетом повторяемости землетрясений в регионе, их спектрального состава, вероятности нелревышення заданного уровня ускорения и продолжительности.

1 Разработана методика статистического анализа зданий с сейсмоизолирующим поясом к зданий на кинематических фундаментах системы Нсрепинского, Методика включала:

• Построение нелинейных уравнений движения колебаний рассматриваемых систем при сейсмических воздействиях, Для систем со скользящим поясом выполнен одновременный учет енл трения н упругодсмпфНрующнх ограничителей перемещений. Для кинематических фундаментов учтен реальный вид поверхности катания,

• Разработку метода оценки статистических параметров (математического ожидания н дисперсии) перемещений элементов сооружения н усилий в них на основе учёта определённого количества реализаций. Установлено, что для статистического анализа рассматриваемых систем число реализаций должно составлять не менее 30.

3. Впервые оценено математическое ожидание и дисперсия перемещений, перекосов этажей и других параметров зданий с жесткой конструктивной схемой на кинематических фундаментах и зданий со скользящим поясом и ограничителями перемещений

4. Показано, что учет региональных особенностей задания сейсмического воздействия существенно влияет на результаты расчётов сейсмозащнтных устройств, область эффективного применения и задание параметров сейсмозашиты зданий и сооружений,

5. Установлено, что при использовании сейсмонголяцнн исследуемых в работе кинематических опор и сейсмокзолнрующего скользящего пояса необходим учСт, как количественных параметров грунтов, так и параметров зданий, так как это существенно влияет на надёжность системы в целом

6. Для выбора оптимальных параметров кинематических фундаментов удовлетворяющих региональным характеристикам были исследованы несколько типов кинематических фундаментов. Исследование показало, что каждый вид кинематического фундамента эффективен при определённых значениях преобладающего периода. Результаты расчётов показали, что рассмотренные типы кинематических фундаментов целесообразно использовать на строительных площадках с преобладающим периодом колебаний грунтов в интервале Т, =0,1+0,5 сек.

7. Для выбора оптимальных параметров скользящего пояса удовлетворяющих региональным характеристикам, было проведено исследование степени влияния характеристик опор на надёжность системы, и таким образом определялись наиболее приемлемые сочетания характеристик изучаемых фундаментов. Расчёты показали., что с увеличением коэффициента трения фторопластовых пластин, применяемых в опорах скользящего пояса, вероятность не превышения заданного уровня перемещений и надежность здания в целом увеличивается. Но при зтом увеличиваются и сейсмические нагрузки на здания. Для оценки эффективности ссйсмоизолирующего пояса было Проведено исследование 3-х, 5-тн и 9-ти этажных зданий с жёсткой конструктивной схемой на сейсмическую реакцию, Затем проводилось сравнение сейсмических реакций зданий со скользящим поясом и без активной сейсмозащнты, Проведённые в работе исследования активных методов сейсмоизоляцни свндстельстнуют об нх эффективности так как. при этом обеспечивается снижение, как инерционных сейсмических нагрузок, так и внутренних усилий в уровне разных этажей

1. В., Афанасьев В.В., Ярцева И.С. Об оценке параметров движения грунтов при расчетах сейсмического риска. - В кй.: Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. М,: Наука, 1975, с. 203-221,

2. Штейнберг ВВ. Оценка спектров сотрясений для территорий с определёнными сейсмотектоническими и грунтово-геологнческими условиями. Тр. ИФЗ АН СССР, 1971, вып. 12, с, 28-14.

3. Housner. G. W. Characteristics of strong motion earthquakes. Bull. Seismol. Soe Amer, 1947, vol. 37, N I, p. 291-312.

4. Дегякна M. М- Региональные модели сейсмических колебаний грунта для расчёта систем сейсмической защиты //Сейсмоизоляцнн и адаптивные системы. М,: Наука, 1983. - С, 5-18

5. Айзенберг Я.М., Деглнна М.М., Ногай Р,В,, Залилой К.Ю. Расчётная модель сейсмического движения грунта при проектировании сооружений в конкретных сейсмологических условиях// Вопросы инженерной сейсмологии, М: Наука. 19S4. Вып.25. С. 34-42.

6. Барнгтейи М.Ф. Приложение вероятностных методов к расчёту сооружений на сейсмические воздействия //Строительная механика и расчёт сооружений ■ I960, №2, C.I4,

7. Современное состояние теории сейсмостойкости и сейсмостойкие сооружения. М.: Стройнздат, 1973- - 280 с.

8. Поляков С. В., Кнлимник Л. Ш„ Солдатова Л. Л. Исследование зданий с сейсмоизолирующнм скользящим поясом //Строительная механика и расчёт сооружений 1982. - J4®4. - с. 47,

9. Поляков B.C., Килимннк Н.Ш-, Черкашнн А.В. Современные методы ссйсмозашнты зданий М.: Стройиэдат, 1989 -320 с.

10. Рекомендации по проектированию зданий с сейсмонзолнрующкм поясом и лннамическнмн гасителями колебаний/ ЦНИИСК им. Кучеренко, НИИ ОСП им. Гсрсеванова. М„ 1984. - 55 с.

11. Газлийские землетрясения 1976-1984 гг. Ташкент: Фан. 1986. 368 с,15, Табулевнч В. Н. О сейсмичности г, Махачкалы Тр, ИФЗ АН СССР. №22 (189), Вопросы инженерной сейсмологии, вып. 7, 1962.

12. Растворена В. А, Новейшая структура н сейсмичность Большого Кавказа н сопредельны х территорий Материалы VII съезда Карлатско-Балканск. Геол. Дссоц. Киев, «Наукова думка*, 3967,

13. Теория активных вибролащитиых систем. Иркутск: ИЛИ, 5974. - 241 с,

14. Новый каталог сильных землетрясений СССР, М,: Наука, 1977 г |9.Ссйсмнческое районирование территории СССР. М: Наука, 1980. с.307,

15. Короновскнй Н.В Напряженное состояние земной коры И Соросояский Образовательный Журнал. 1997. Иг I С. 51-56

16. Айзенберг Я.М Сооружения с выключающимися связями дня сейсмических районов. -М.: ЦНИИСК им. Кучеренко.

17. Николаенко Н.Л. Вероятностные методы динамического расчета машиностроительных конструкций. М: Машиностроение

18. Болотин В.В, Применение статических методов для оценки прочности конструкций при сейсмических воздействиях // Инженерный сборник.1. Том XXVII, I960.

19. Amm М., Ang A, Nonslationary Stochastic Model of Earthquare Motion, Jornal of the End, Mech. Div, vol.94, N 2, 1968. p. 129-142.

20. Сейсмическая гикала и методы измерений сейсмической интенсивности -М.: Наука. 1975.-279 с.

21. Штейнберг В.В Параметры колебаний грунта при сильных землетрясениях // Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 27 М.: Наука, 1986.

22. Адаптивные системы сейсмической защиты сооружений /Айзенберг Я.М., Нейман А,И., Абакаров А-Д., Дсглннз М.М., Чачуа Т Ч, М.: Наука, 1978,-248 с,

23. Рассказовский В.Г. Основы физических методов определения сейсмических воздействий. Ташкент, Фан, 1978,- 158 с

24. Вентцелъ Е.С Теория вероятностей, Изд, 2-е, М. Фнзматгнз. 1962

25. Вентцель Е.С, Исследование операций. М,: Советское радио, 1972.

26. Jouncr W.B., Boor D.M- Measurement, characterization and prediction of jarong ground motion'/ Proc. Earth, End, Soil Dyn, Div. Asce. 1988. Vol. 11 GT. P. 43102.

27. Sabelta F., Pugliese A- Attenuation of peak horizontal acceleration and Velocity from Italian strong-motion records'/ Bull, Seismot, Soc Amer 1987. Vol, 77, P 1491-1513.

28. Строительные нормы н правила. СниП 11-7-8 iV-М. Стройнздат, 2000 г.

29. Аптнкаев Ф.Ф, прогноз параметров сейсмических колебаний при сильных землетрясениях (отчет). Фонды ИФЗ, М„ 1983 г.

30. Штейнберг В.В. Колебания грунта При землетрясенияхисточники и воздействие разрушительных сейсмических колебаний// Вопросы инженерной сейсмологии. М.: Наука, 1990 г. Вып, 31 с.47-67,

31. Donovan N.C., Borostcin А.Е, Uncertainties in Seismic risk procedures// Proc. Amec, Soc. Civil Eng. J. GeoteckEng. Div. 1978, Vol. 104P. 869-887.

32. Ньмарк H., Рюенблюэт Э. Основы сейсмического строительства: сокр. Пер. с англ. / Под. Ред. Я.М. Айзенберга. М: Наука, 1980, с. 103

33. Абахаров А,Д., Крамыннн П.И. Выбор рациональных площадок для строительства сейсмостойких зданий в г. Махачкале /Инженерно-геологические особенности Дагестанской АССР. Махачкала.: 1984, 256 с,

34. П.И. Крамыннн, В.В. Штейнберг Параметры колебаний плотных грунтов//. Вопросы инженерной сейсмологии. М.: Наука, 1976. Вып Л 8 с, 23-35.

35. Штейнберг В.В,, М.С. Сакс н др. Методы оиенкн сейсмических воздействие/Вопросы инженерной сейсмологии. М.: Наука, 1993 г. Вып. 34 с.5-94.

36. Дагестанское землетрясение 14 мая 1970. М: Наука, I9SI. 259 с.

37. Сннящек МЛ К статисшческой теории сейсмических спектров // Строительная механика и расчёт сооружений. 1982. №2. С. 62 - 65,

38. Штсйнберг В.В. Колебания грунта прн землетрясениях//Вопросы инженерной сейсмологии. М.; Наука, 1990 г. Вып. 31.

39. Сборник научных программ на Фортране, Вып. I Статистика, М.: Статистика. 1974.

40. Быков В.В. 11нфровое моделирование в статистической радиотехнике. М.:1. Сов, Радио, 1971.-328 с,

41. Денисов Б.Е., Кахновскнн A.M. Методы представления сейсмометрическойинформации в цифровую форму//Сейсмостойкое строительство. М-: ЦНИИСК, 1977, №11. с. 18-22,

42. Козлов Е.А., Гогоненков ГЛ., Лернер Б.Л. н др. Цифровая обработка сейсмических станций, М.: Недра, 973, 309 с,

43. Зашита сооружений от сейсмических воздействий с помощью изолирующих устройств (Франция, СШАу/Сейсмостойкое строительство: Реф. СбУВНИИНС. Сер. 14.-1982. Вып. 3. - С 8 - 10.

44. Robinson W.H Lead-rubber hysteretic bearings suitable for protecting structures during earthquakes'/Earthquake Engineering end Structural Dynamics, 1982, v. 10, N4. p. 593-604.

45. Экспериментальное исследование здания на сейсмоизолнрующнх опорах при действии динамических нагрузок (Япония): Экспресс информация. /ВНИИИС, Сер. 14 - 1984. - Вып. 17, - С.8 - 10.

46. Цнпенюк И-Ф-, Проскурина С,Ф, Неупругое деформирование и надёжность крупнопанельных зданий прн сейсмических воздействиях//Конструкцнн жилых н общественных зданий. Технология индустриального домостроения. Вып.№7 М- 1988.-61 с,

47. Аптикаев ФФ, Роджан К„ Фролова Н.И. Форма огибающей амплитуд ускорений ив записях сильных движений // Советско-Американские работы по прогнозу землетрясений. Душанбе. М.: Доннш, 1979. Т. 2, кн. 2. С-139-147

48. Попов В.В., Назаров Г,Н, Особенности сейсмического мнкрорайоннровання в условиях обводнённых грунтов на примере г, Махачкалы//Сейсмнческое микрорайонированне г. Махачкалы 1970 г. Махачкала 1970.-302 с,

49. Табулевич В. Н. Оценка глубины очага прикаспийских землетрясений 15/х I960 12/11 1961 г. Изв. АН СССР, серия геофиз . №11,1963.

50. Аубакиров А,Т. Особенности задания сейсмического воздействия для обоснования проекта сейс м о изолирую щнх фундаментов// Известия ВНИИГ, 1989, т,212, с. 102-109,

51. Белаш Т.А., Альберт И.У. Использование знергоиоглотителей сухого трения в системах сейсмогашения зланнй н сооружений// Экспресс-информация ВНИИИС, Сер. 14. Сейсмостойкое строительство, 1995, Вып.5, с.35-42,

52. Встошкнн В,А., Костарев B,B. Щукин А.Ю, Вопросы практического использования современных методов расчетов энергооборудовання на сейсмостойкость/У Труды ЦКТИ, 1984, вып. 212, с. 3-13.

53. Гольденблат И,И., Ннколаенко Н.А., Поляков С В., Ульянов С-В- Модели сейсмостойкости сооружен ий//М. .Строй издат, 1979.251 с

54. Гусев А.А. Некоторые вопросы сейсмологического обоснования норм сейсмостойкого проектирования И Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений .,2003, №1, с.32-37

55. Долгая А.А. Моделирование сейсмического возлействня коротким временным процессом. К Э-И. ВННИНТТТИ Сер. "Сейсмостойкое строительство". Вып. 5-6. 1994, с.56-63

56. Елисеев О.Н. Уздин A.M. Сейсмостойкое строительство. Учебник. СПб,, Иэд.ПВВИСУ, 1997,37 U,

57. Индсйкин А.В. Долгая А.А. оценка параметров максимумов сейсмических ускорений в зависимости от преобладающего периода воздействия// Экспресс-информация ВНИИИС. Сер.!4. Сейсмостойкое строительство, 1995, Вып.5, сЛ 9-24.

58. Клячко М-А, «Концепции приемлемого риска и сейсмические нормы» Сейсмостойкое строительство, Безопасность сооружений, №1-2004,

59. Карпинский И.Л, Жуку сов Т.Ж,. Кардинальные вопросы сейсмостойкого стронтел ьетва //Алма-Ата.-Казиромстой кии проект.-1988,-131,

60. Медведев С,В. Инженерная сейсмологня/Гос, изд. по строительству и арх итектуре.М-, 1962,284 с,

61. Полтавцев С.И,, Айзенберг ЯМ., ПЛ.Кофф, Мелепгьев A.M., У ломов В.И. Сейсмостойкое районирование и сейсмостойкое строительство (методы, практика, перспектива), М, ГУН ЦПП, 1998,259 с.

62. Райзер В.Д. Методы теории надежности в задачах нормирования расчетныхпараметров строительных конструкций. М-, Стройнздаг, 19S6,193 с.

63. Рекомендации по заданию сейсмических воздействий для расчета зданий разной степени ответственности. С.-Петербург - Петропавловск-Камчатский, КамЦентр, 1996,12с.

64. Савинов OA, Сандовнч Т А. О некоторых особенностях применения системы сейсмонзоляцин зданий и сооружений.// Известия ВНИИГ.-1982.-т.61.- с-26-39.

65. S9 Савинов О,А., Сахарова В.В Оптимизация параметров сейсмокзолирукниего фундамента с демпфером сухого трения и уиругопластнчсским 01раничителем перемещений// Строительная механика и расчет сооружений, 1985,*е1,с.1-7

66. Савинов О.А., Сахарова В.В., Узднн A.M. Многокаскадное демпфирование сейсмоизолирущнх фундаментов АЭС. // Известия ВНИИГ им, Б.Е.Ведеиеева. -1989.-Т.212.с. 115-121.

67. Сахаров О.А. К вопросу задания сейсмического воздействия при многоуровневом проектирований сейсмостойких конструкций Сейсмостойкое строительство, Безопасность сооружений, №4. 2004 г. С.7-9

68. Сахаров О.А. Назначение расчетного ускорения с учетом новых карт сейсмического районирования. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, №2,2002 г. С.48-49

69. Синицы" А.П. Расчет конструкций на основе теории риска. М., Стройнздат, 1985, 304 с.

70. Смирнов А.Ф-. Александров А.В., Лащеников Б Л,. Шапошников Н.Н. Строительна* механика. Динамика и устойчивость сооружений!'/ М„Строй кздат, 1984,416 с.

71. Смирнов В.И. Моделирование на ЭЦВМ сооружений с переменной структуроЙ//Экспреес-ннформвцня ВНИИИС. Сер. 14. Сейсмостойкое строительство, 1981,Вып.7,с,!8-23

72. Узднн A.M. Оценка статистических характеристик расчетного воздействия при заданной сейсмичности площадки строительства. Сейсмостойкое строительство, 2000, №2, с,3-4.

73. Уздин А.М., Долгая АА. Расчет элементов и оптимизация параметров сейсмои'солирующих фундаментов, М , ВНИИНГ11И,1997, 76 с

74. Узднн A.M., Сандович Т.А., Аль-Насер~Мохомад Самих Амин. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. С.Петербург, Изд. ВНИИГ, 1993,175 с,

75. Черепннский Ю.Д., Филиппов О.Р., Шершнев А.В. Оценка сейсмостойкости крупнопанельных домов на кинематических (КФ) фундаментах. В сб. «Исследование сейсмостойкости сооружений» Казахский Промстройпроект. Алма-Ата, Казахстан, V982- Выл. 13(23), с.82-99.

76. Чуднецов В.П., Солдатова Л.Л. Здания с сейсмоиэоляцнонным скользящим поясом и упругими ограничителями перемещений-Юкспресс-ннформация ВНИИИС.Сер, 14. Сейсмостойкое строительство -|979.-Вын.5.- с.1-3-.

77. Яременко В.Г. Современные системы защиты зданий и сооружений от землетрясений. Киев. РДЭНТП, 1990,19 с.

78. Jonson G.R. Epstein H.R. Short duration Analytic Earthquake //Proc. of the ASCE, 1976,v. 102,N ST5,pp.993-1001

79. Skiner R.L, Robinon W.H., Mc Verry G.H. An introduction to seismic isolation-New Zealand. John Wiley & Sons.1993,353p.

80. Rosenbluelh, E„ "Optimum Expenditures in Seismic Design," Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol. 105, No. EMI, Proc. Paper 14396, Feb., 1979, pp. 177-187

81. Gallagher, R, H , and Zienkiewicz, О. C, Optimum Structural Design, John Wiley and Sons, Inc., New Yoik, N Y., 1973.

82. Hasofer, A. M., Time-Dependent Maximum of Floor Live Loads," Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol. 100, No. EM5, Proc, Paper 10856, Oct, 1974, pp. 1086-1091,

83. Moses, F„ "Approaches to Structural Reliability and Optimization," An Introduction to Structural Optimization, M. Z Cohrt, ed. Solid Mechanics Study. No. I, University of Waterloo, Ontario, Canada, 1969, pp. 81-120.

84. Ray, D„ Pister, K., S., and Chopra, A, K„ "Optimum Design of Earthquake-Resistant Shear Buildings," Report F-ERC 7-J-. ., Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley. Calif., 1974.

85. Елизаров С В. Анализ сейсмостойкости упругоплаегнчееких рамных систем с учетом случайного характера сейсмического процесса/ Н.т. реферативный сборник -М : ЦИНИС, 1993,-Сер. 13,59. -Вып. 10

86. Елизаров С.В. Оценка надежности многоэтажных рам с учетом пластических деформаций ригелей. Строительная механика и расчет сооружений, -1981, -№677