«Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21» г. Москва, 23 апреля 2014 г. Приближенные методики расчета зданий с системой сейсмоизоляции. - презентация

1 «Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office 21» г. Москва, 23 апреля 2014 г. Приближенные методики расчета зданий с системой сейсмоизоляции на сейсмические воздействия. Бубис А.А., Юн А.Я., Петряшев С.О., Петряшев Н.О. ЦИСС ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.

2 Специалистами Центра Исследования Сейсмостойкого Строительства ЦНИИСК им. Кучеренко был предложен метод расчета зданий с резинометаллическими опорами на действие сейсмических нагрузок, с использованием модифицированных спектров ускорений. Для учета нелинейного характера работы системы сейсмоизоляции, при определении расчетных значений узловых сейсмических нагрузок используется специально полученный график спектра ускорений. Построение графика спектра ускорений осуществляется в программном «фильтре», написанном на языке Fortran, на основе анализа региональных особенностей, конструктивных решений и грунтовых условий непосредственно на площадке строительства. При расчете сейсмических нагрузок спектр ускорений задается в расчетный комплекс вместо графика коэффициентов динамичности.

3 Типы сейссмоопор W Проектная несущая способность при напряжении 15 МПа, кН d Проектные перемещени я, мм Qd Горизонтальн ая сила в точке начала пластических деформаций, кН Ku Начальная горизонтальн ая жесткость, кН/мм Kd Касательная горизонтальн ая жесткость в пластической стадии, кН/мм Keq Секущая жесткость при 100% проектном перемещени и, кН/мм GZY300V5A GZY350V5A GZY400V5A GZY500V5A GZY600V5A GZY700V5A GZY800V5A GZY900V5A GZY1000V5A Характеристики резинометаллических сейсмоопор.

4 Физико – механические характеристики опор Типы сейсмоопор Кu-период сейсмоопоры в упругой стадии, сек Кd- период сейсмоопоры в пластической стадии, сек d – перемещения в точке начала пластических деформаций, см CD- коэффициент демпфирования GZY300V5A (или 10%) GZY350V5A GZY400V5A GZY500V5A GZY600V5A GZY700V5A GZY800V5A GZY900V5A GZY1000V5A

5 Модификация динамического воздействия. Собственные периоды колебания системы. - круговая частота W – вес здания; Ku – начальная горизонтальная жесткость; Kd – горизонтальная жесткость в пластической стадии - затухание, CD – коэффициент затухания. -максимальное значение ускорений до начала пластических деформаций в опоре. - жесткость опоры - ускорение в уровне верха сейсмоопоры.

6 Диаграммы деформирования используемые в программе «фильтре».

7 Принципы моделирования. Одномассовая модель. Многомассовая модель. При расчете одномассовой модели жесткость системы описывается диаграммой работы РМО. В многомассовой системе – для надопорных конструкций принята упругая модель работы, а жесткость нижнего этажа также описывается диаграммой работы РМО. Жесткость надопорных конструкций была подобрана таким образом, чтобы периоды собственных колебаний двухмассовой и пятимассовой систем были равны.

8

9 Спектры ускорений исходных акселерограмм

10 Расчетный спектр ускорений

11 Ф резинометаллическая опора производства Китай, испытания проходили в Японии. А) Экспериментальная диаграмма б) Диаграмма, полученная расчетным путем Зависимость Нагрузка-Перемещение для резинометаллической опоры ф 1000 при напряжении 10 МПа при циклической нагрузке 50%-250% от проектной.

12 Исходные воздействия. Землетрясение, дата Направление Магнитуда, эпицентр Длитель- ность, сек Максимальное ускорение, см/с 2 Шаг записи, с Бухарест (Румыния) Buch Buch9025 км Газли (Узбекистан) Gazl Gazl9040 км 600 Эль Центро (США) Elcn Elcn9050 км Акита (Япония) Akit Akit90190 км 90 Нортридж (США) NOR_S00E NOR_S90W503.4 Япония IBR016 IBR EW IBR NS 338 км

13 Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных типоразмеров РМО. Одномассовая система. Землетрясение Бухарест OX. Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа) для разных типоразмеров РМО. Землетрясение Бухарест OX. Одномассовая система. Диаграммы зависимости «Ускорение- Перемещение» Одномассовая система. Землетрясение Бухарест OX.

14 Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа). Землетрясение в г.Газли OX. Диаграммы зависимости «Ускорение- Перемещение» в верхней части сейсмоопоры для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в г.Газли OX. Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в г.Газли OX.

15 Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных типоразмеров РМО. Одномассовая система. Землетрясение в Японии OX.

16 Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа) для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в Японии OX. Одномассовая система. Диаграммы зависимости «Ускорение- Перемещение» для разных типоразмеров РМО. Одномассовая система. Землетрясение в Японии OX.

17 Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных типоразмеров РМО. Двухмассовая система. Землетрясение в г.Бухарест OX. Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа) для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в г.Бухарест OX. Двухмассовая система Диаграммы зависимости «Ускорение- Перемещение» в верхней части сейсмоопоры для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в г.Бухарест OX. Двухмассовая система

18 Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных типоразмеров РМО. Двухмассовая система. Землетрясение в г.Газли. Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа) для разных типоразмеров РМО. Землетрясение в г.Газли. Двухмассовая система Диаграммы зависимости «Ускорение- Перемещение» в верхней части сейсмоопоры для разных типоразмеров РМО. Двухмассовая система. Землетрясение в г.Газли.

19 Исходная акселерограмма (вверху) и модифицированные сигналы (внизу) для разных характеристик верхней части системы. Землетрясение в г.Эль-Центро OY. Спектр реакции исходной акселерограммы (слева) и спектры реакции модифицированных сигналов (справа) для разных характеристик верхней части системы. Землетрясение в г.Эль-Центро OY.

20 Исходная акселерограмма и модифицированные сигналы для разных типоразмеров РМО. Одно- и двухмассовая система. Землетрясение в г.Бухарест. Спектр реакции исходной акселерограммы и модифицированных сигналов для разных типоразмеров РМО. Одно- и двухмассовая система. Землетрясение в г.Бухарест.

21 Выводы и анализ результатов: При использовании РМО любого типоразмера происходит сглаживание сигнала, фильтруются высокочастотные колебания. Для низкочастотных землетрясениях при использование РМО с собственными частотами колебаний, близкими к частотам воздействия, происходит усиление сигнала. Наблюдается увеличение максимальных ускорений сигнала и максимального значения спектра реакции (максимальный пик реализуется на более низкой частоте – происходит сдвиг вправо). Это можно наблюдать для Бухаресткого землетрясения при использовании РМО небольших размеров (GZY300V5A). Пиковые значения спектра реакции для высокочастотного землетрясения уменьшаются в разы. Так, для землетрясения в г.Газли (направление OX) максимальное значение реакции уменьшилось в 4.43 раза (опора GZY300V5A), но если сравнивать значения на соответствующих периодах, то значения могут отличаться более, чем в 10 раз. Стоит отметить, что максимальные ускорения для данного землетрясения после модификации через «фильтр» уменьшились в 3,5 раза. Для РМО более высокой размерности изменения еще больше. С увеличением размера РМО снижаются пиковые ускорения, но, в большинстве случаев, увеличиваются максимальные перемещения верха сейсмоопоры. Данное явление хорошо прослеживается на диаграммах «ускорение-перемещение» (уменьшается относительная жесткость элемента). РМО больших размеров менее чувствительны к частотному составу исходного землетрясения, так для низкочастотного землетрясения в г. Бухарест или высокочастотного землетрясения в г.Газли происходит значительное уменьшение спектра реакции по сравнению с РМО малой размерности (для низкочастотных землетрясений может быть даже увеличение пика).

22 Верификация метода. Одномассовая модель.

23 Двухмассовая модель.

24 Пятимассовая модель.

25 Результаты расчета. Землетрясение в г. Газли

26 Землетрясение в г. Эл Центро

27 Землетрясение в г. Акита

28 1) В высокочастотной области (область частот выше Гц) значения спектров реакций, полученных для многомассовых систем, не превосходят значения спектров реакции, полученных для одномассового осциллятора. В низкочастотной области, напротив, значения спектров реакции, полученных для многомассовых систем, могут иметь более высокие значения. 2) Расхождение результатов, полученных для 2-х и 5-и массовой систем, незначительно. Спектры реакции для многомассовых систем хорошо коррелируются между собой. В случае, когда требуется уточнение результатов с учетом периода колебаний надопорной конструкции, рекомендуется использование модели конструкции в виде 2-х массовой системы (учет жесткости РМО и надопорной конструкции). Данная модель обеспечивает необходимую практическую точность результатов, нет необходимости учитывать большее количество масс (для данной постановки задачи). 3) Поскольку сейсмоизоляция в виде РМО используется для гашения высокочастотных воздействий, то можно сказать, что расчеты с использованием спектров реакций, полученных по одномассовой системе, будут выполнены с некоторым запасом прочности конструкций. Данный тип расчета особенно актуален, когда надопорная конструкция достаточно жесткая, и ее период колебаний составляет менее 0.5 сек.

29 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!