Расчетные исследования колебаний системы «Массивное сооружение - сжимаемое основание» при сейсмических воздействиях

РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ СИСТЕМЫ «МАССИВНОЕ СООРУЖЕНИЕ - СЖИМАЕМОЕ ОСНОВАНИЕ» ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

CALCULATIONS OSCILLATION OF THE SYSTEM "A MASSIVE STRUCTURE - A COMPRESSIBLE FOUNDATION" FOR SEISMIC

EFFECTS

Мохаммад Агхаеи Асл Mohammad Aghaei As!

МГСУ

В статье представлена методика расчета, основанная на использовании упруго-пластической модели для описания нелинейного деформирования грунта под нагрузкой, при этом статическое напряженно-деформированное состояние грунтового основания учитывается в качестве начального при расчетах полной системы «сооружение - основание» на сейсмические воздействия.

This Paper represents a method to estimate the bearing capacity of foundations using elasto-plastic model and nonlinear deformation of soils. For this purpose at first step the soils under the foundation, foundation and super structure were modeled as a complete system and the initial state of stress-strain of soil under foundation in the static condition was considered as the base for seismic evaluation offoundation bearing capacity.

Прочность и устойчивость зданий и сооружений при статических и сейсмических воздействиях определяется характером взаимодействия несущих конструкций с грунтовым основанием.

Для грунтов характерны нелинейные законы деформирования и развитие пластических деформаций при нагружении, а если напряжения под подошвой фундамента достигают больших значений (предела прочности грунтов), то в основании возникают зоны предельного состояния. При этом, так же как и для сооружений, статическое напряженно-деформированное состояние основания должно учитываться в качестве начального при расчетах полной системы «сооружение - основание» на сейсмические воздействия.

Нормативный метод не позволяет учесть вышеизложенные факторы, что приводит к значительным отклонениям результатов расчета и проектирования от фактического характера работы конструкций при реальных землетрясениях.

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

В связи с этим, для решения сложных практических задач, каждая из которых практически уникальна по своим граничным условиям, свойствам среды и конструкции сооружения, в настоящее время используются численные методы, основанные на приближенном решении дифференциальных уравнений.

Как известно, в линейных системах без затухания совпадение частоты гармонического воздействия с собственной частотой колебаний рассматриваемого объекта приводит к возникновению резонансных явлений, т.е. к бесконечному возрастанию во времени амплитуды колебаний объекта.

В тоже время, при колебании реальных сооружений и грунтовых оснований происходят энергетические потери, которые, в первую очередь, обусловлены действием сил сухого трения. Эти энергетические потери приводят к демпфированию колебаний, т.е. к их затуханию.

Другим наиболее существенным фактором, влияющим на сейсмостойкость сооружения, является интенсивность сейсмических воздействий в районе его строительства.

На основе проведения динамических расчетов по вычислительной программе «ANSYS», реализующей метод конечных элементов, рассмотрим влияние перечисленных выше факторов на колебания системы «сооружение - сжимаемое основание» при сейсмическом воздействии, заданном как перемещения нижней горизонтальной границы расчетной области.

Поскольку в основании сооружений сжимаемые грунты на территории Ирана встречаются лишь на юго-западе, рассмотрим колебания массивного сооружения -реакторное отделение АЭС (РО) для грунтовых условий этого района при 3-х компонентном сейсмическом воздействии, заданном расчетными сейсмограммами землетрясений, зарегистрированных на территории Ирана.

В качестве сжимаемого основания, мощностью 34м, рассматривался песчаный грунт, подчиняющийся математической модели Друкера - Прагера. Сооружение РО моделировалось приведенным объемом с массой, положением центра тяжести и приведенной жесткостью, соответствующими реальному сооружению.

Результаты выполненных расчетов (в трехмерной постановке) показали что, несмотря на наличие зон предельного состояния в основании под углами РО, возникающих при статической нагрузке, при последующем сейсмическом воздействии (г. Поле-Абгине) небольшой интенсивности (Ашах=0.01^), частотный состав которого наиболее близок к частотам собственных колебаний системы «сооружение - сжимаемое основание», колебания системы происходят упруго и грунт в основании не разрушается (рис. 1).

В то же время, при сейсмическом воздействии с пиковом ускорением акселерограммы Ашах=0^ (г. Бам), в грунтовом основании развиваются значительные зоны предельного состояния (рис. 2), превосходящие по размерам допустимую нормами проектирования величину - 0.25 ширины фундамента.

Таким образом, из анализа выполненных исследований можно сделать вывод, что для рассмотренных грунтовых условий Ирана с учетом частотного состава расчетных сейсмограмм при колебаниях массивных сооружений не наблюдается резонансных явлений, приводящих к потере несущей способности грунтовых оснований. И основное влияние на работоспособность основания должна оказывать интенсивность сейсмического воздействия.

В заключение следует отметить, что, учитывая некоторую осредненность принятых в расчетных исследованиях значений деформационных и прочностных свойств

грунтов сжимаемого основания и условность моделирования сооружений сплошным объемом с приведенными характеристиками, расчетное обоснование конкретных сооружений необходимо проводить по изложенной выше методике с учетом реальных грунтовых условий и конструкции здания.

- -------1

Т I жи

• Тп 1 __

Рис. 1. Зоны предельного состояния в грунтовом основании РО после сейсмического воздействия г. Поле-Абгине

-

;

♦ С 4 Р

Рис. 2. Зоны предельного состояния в грунтовом основании РО после сейсмического воздействия г. Бам (разрез по оси здания).

Литература:

1. Зарецкий Ю.К., Орехов В.В. Математическая модель участка застройки ММДЦ "МОСКВА-СИТИ". "Основания, Фундаменты и механика грунтов", 2001, N4, стр.2-4.

2. Орехов В.В. Расчет методом конечных элементов колебаний штампа на водонасыщенном основании. Межвуз. СБ. "Численные методы в геомеханике и оптимальное проектирование фундаментов", МарПИ, Йошкар-Ола, 1989, стр.28-31.

3. Хафез Кеуроиг, Мустафа Ердик, анализ сейсмической опасности Иран, конференции сейсмостойкого строительства и дизайна, 1994, Балкема, Роттердам.

4. Ешги С., Заре М., Предварительные Доклад Бам землетрясения 26 декабря 2003. ПЕЕБ разведки команды. ИРАН 04.01.2004.

1/2011 ВЕСТНИК

_1/го12_мгсу

5. Иранские кодекс практики сейсмостойкого Проектирование зданий. Стандартный 2800 БИЯС. 2003 год.

Literature

1. 3aretsky JK, Orekhov, V.V. A mathematical model of plot construction of MMDTS "Moscow City ". Grounds, Foundations and Soil Mechanics, 2001, N4, p.2-4

2. Orekhov, V.V. The calculation of the finite element method vibration stamp on water-saturated ground. Intercollege. SB. "Numerical Methods in Geomechanics and optimal design of foundations, MarPE, Yoshkar-Ola, 1989, p.28-31.

3. Hafez Keypour, Mustafa Erdik, Seismic Hazard Analysis of Iran, Conference Earthquake Resistant Construction and Design, 1994, Balkema, Rotterdam.

4. Eshghi S., Zare M. Preliminary Report of Bam Earthquake December 26, 2003. IIEES Reconnaissance Team. IRAN 04.01.2004.

5. Iranian code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings. Standard 2800 BHRC. 2003.

Ключевые слова: Амплитуды, Сейсмостойкость, Деформирования, Предельного состояния, Сейсмических воздействиях, Гармонического воздействия, Демпфированию, Метод конечных элементов, Резонансных явлений, Предельного состояния, Акселерограммы

Keywords: Amplitude, Seismic stability, Deformation, Limit state, Seismic effects, Harmonic effects, Damping, Finite element method, Resonance phenomena (fact), Limit state, Accelerogram.

E-mail автор: Aghaei_asl@,vahoo.com , asl_mo@mail.ru

Рецензент: проф., д.т.н. B.B.Орехов, МГСУ