Determination of dynamic parameters of models of buildings and structures based on engineering seismometric information
Authors: Мамаев С.А. , Дорофеев В.М. , Мамаев А.С. 
Published: August 2021

Представлены результаты исследований, направленных на создание динамических моделей сооружений, пригодных для расчета на сейсмостойкость. Рассмотрен метод определения параметров моделей на основе инженерно-сейсмометрической информации. Приведены примеры определения динамических параметров одномассовой модели для детерминированного и статистического случаев. Динамические нагрузки на сооружения характеризуются изменением динамических характеристик сооружения, возникающие колебаниями при землетрясениях и взрывах, при ударах массивных тел и т.д. Колебательный характер имеют не только перемещения точек сооружения, но и внутренние усилия и напряжения в его элементах. Определение ожидаемых амплитуд перемещений, внутренних усилий и напряжений в сооружении при его колебаниях под действием динамической нагрузки, т.е. при вынужденных колебаниях и сравнение их с допустимыми значениями составляют основное содержание динамического расчёта сооружения. Допустимые значения амплитуд внутренних усилий обусловлены требованиями прочности и долговечности строительных конструкций, а значения амплитуд скоростей и ускорений колебаний зданий и сооружений, в которых находятся люди или помещение производства с точной технологией, требованиями безвредного влияния колебаний на здоровье людей и на качество выпускаемой продукции Савович, 2005. По записям сейсмометрических приборов, установленных на покрытии здания, приблизительно определяются собственные периоды колебаний сооружений. В основном эти измерения соответствуют действительному периоду собственного колебания сооружения (основному тону собственных колебаний) лишь при небольших сейсмических воздействиях, микросейсмах или специально возбуждаемых для подобных исследований искусственных колебаний, т.к. при достаточно сильных сейсмических воздействиях выделение видимого периода значительно осложнено. Для определения динамических параметров зданий и возможности использования методов расчета сооружений с применением импульсных передаточных функций разработаны статистические методы решения обратных задач по восстановлению подобных передаточных функций на базе инженерно-сейсмометрической информации. Анализ зарегистрированных на инженерно-сейсмометрических станциях процессов входа и (основание, фундамент) и выхода (покрытие, перекрытия) позволяет определять импульсные передаточные функции, после чего решить приведенные интегральные уравнения Дейч, 1979 Denisov et al., 1986.

The results of studies aimed at creating dynamic models of structures suitable for calculating earthquake resistance are presented. A method for determining model parameters based on engineering-seismometric information is considered. Examples of determining the dynamic parameters of a single-mass model for deterministic and statistical cases are given. Dynamic loads on structures are characterized by a change in the dynamic characteristics of the structure, arising from vibrations during earthquakes and explosions, when massive bodies are struck, etc. Not only the movement of the points of the structure, but also the internal forces and stresses in its elements are oscillatory. Determination of the expected amplitudes of displacements, internal forces and stresses in the structure during its oscillations under the action of dynamic load, i.e. in case of forced vibrations and their comparison with acceptable values are the main content of the dynamic calculation of the structure. The permissible values of the amplitudes of internal forces are determined by the requirements of strength and durability of building structures, and the amplitudes of the velocities and accelerations of vibrations of buildings and structures in which people or a production room with precise technology are located, by the requirements of the harmless effect of fluctuations on peoples health and on the quality of products Savovich, 2005. According to the records of seismometric instruments installed on the buildings cover, their own periods of oscillation of the structures are approximately determined. Basically, these measurements correspond to the actual period of the buildings own vibration (the fundamental tone of natural vibrations) only with small seismic effects, microseisms or artificial vibrations specially excited for such studies, because with sufficiently strong seismic effects, the selection of the visible period is significantly complicated. To determine the dynamic parameters of buildings and the possibility of using methods for calculating structures using pulsed transfer functions, statistical methods have been developed for solving inverse problems to restore such transfer functions on the basis of engineering-seismometric information. An analysis of the input and (base, foundation) and output (cover, overlap) processes recorded at the engineering-seismometric stations allows determining the impulse transfer functions, and then solving the given integral equations Deutsch, 1979 Denisov et al., 1986.