Свободные и вынужденные колебания пространственных пластинчатых систем тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

ГЛАВА 1. КРАТКИМ ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЗДАНИИ И С (ЮРУ- • ЖЕНИИ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ.

§ 1.1. Пространственные расчетные модели зданий

§ 1.2. Взаимодействие сооружения с грунтом и учет податливости основания

§ 1.3. Способы учета внутреннего трения

§ 1.4. Взаимодействие протяженных сооружений с сейсмическими волнами

ГЛАВА П. МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗАДАЧАХ О СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЯХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ СИСТЕМ.

§ 2.1. Расчетные предпосылки

§ 2.2. Вариационная постановка задачи о собственных колебаниях пластинчатых систем и конечно-элементная аппроксимация

§ 2.3. Алгоритм решения задачи о собственных колебаниях систем

§ 2.4. Собственные колебания консольной пластинки

§ 2.5. Сходимость и достоверность результатов расчета коробчатых моделей

§ 2.6. Исследование влияния размеров коробчатого сооружения на частоты и формы собственных колебаний

§ 2.7. Влияние перекрытий на формы и частоты собственных колебаний высотного сооружения

§ 2.8. Влияние.податливости основания на частоты и формы собственных колебаний пространст

- 3 венных сооружений

ГЛАВА III. УСТАНОВИВШИЕСЯ КОЛЕБАНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЛАСТИНЧАТЫХ СИСТЕМ.

§ 3.1. Вариационная постановка задачи и вывод уравнений

§ 3.2. Решение задачи о вынужденных колебаниях вязкоупругих пластинчатых систем

§ 3.3. Исследование сходимости расчета для различных моделей сооружений

§ 3.4. Исследование напряженно-деформированного состояния протяженной пространственной модели с учетом податливости основания

ГЛАВА 1У. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕЩЕНИЯ ПРОТЯЖЕННОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО СООРУЖЕНИЯ ПРИ СЕМСМИЧЕСКСМ ВОЗДЕЙСТВИИ.

§ 4.1. Постановка задачи

§ 4.2. Воздействие проходящей волны на протяженное сооружение

§ 4.3. Воздействие стоячей волны на протяженное сооружение

§ 4.4. Исследование напряженно-деформированного состояния жесткого кирпичного здания с учетом взаимодействия с основанием

Массовое строительство крупнопанельных и каркасных зданий в сейсмически-активных районах ставит перед исследователями задачу, имеющую первостепенное народохозяйственное значение -совершенствование методов расчета и проектирования зданий и сооружений.

Необходимость повышения сейсмостойкости, надежности и экономичности промышленного и гражданского строительства требует уточнения характера поведения и дальнейшего развития методов расчета зданий и сооружений при различных динамических нагрузках. Дальнейшее развитие методов инженерного расчета на сейсмостойкость существенно зависит от степени изученности динамических характеристик и динамического поведения зданий и сооружений при любых внешних воздействиях. А это в значительной мере связано с возможностью замены традиционных плоских расчетных схем зданий усложненными моделями, наиболее приближенными к реальным конструкциям и поэтому точнее описывающими их действительную работу при зешгетрясении. Замена плоских расчетных схем зданий пространственными даст реальную возможность детального изучения как динамического поведения так и напряженно-деформированного состояния пространственных конструкций.

Совершенствование расчетных моделей зданий нельзя вести без учета характерных особенностей поля колебаний грунта при землетрясении и без учета грунтовых условий. Как процесс, сейсмические колебания почвы содержат в себе множество компонент с различными амплитудами и частотами и, следовательно, обладают волнами различной длины, распространяющимися вдоль сооружения с конечной скоростью. И здесь наиболее существенным параметром, определяющим характер колебаний при сейсмическом воздействии, выступает протяженность сооружения вдсль распространения волны и соизмеримая с ней. Допущение о равномерности поля колебаний грунта, принятое в Нормах, приводит к выводу, что для зданий, симметричных в плане, не должны возникать ни крутильные, ни другие кососимметричные (по длине) колебания, что явно противоречит экспериментальным данным.

Поэтому проблема совершенствования методов расчета зданий на базе пространственных моделей с учетом неоднородности поля сейсмических колебаний грунта, с учетом податливости основания является весьма актуальной. Возможность решения этой проблемы возрастает с применением дискретных схем континуальных объектов и дальнейшего использования современных вычислительных средств.

Основная цель диссертации заключается в разработке алгоритма расчета и исследовании динамического поведения пространственных пластинчатых систем, представляющих собой модели коробчатых сооружений, на сейсмическое воздействие, с учетом неупругих реологических свойств материала панелей, влияния геометрических размеров исследуемой системы, с учетом неоднородности сейсмического поля и взаимодействия сооружения с грунтовым основанием.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проведенные в диссертационной работе, позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложены пространственные расчетные модели зданий в виде коробчатых систем и разработан алгоритм численного расчета их динамического поведения при сейсмическом воздействии. Получены результаты, близкие к экспериментальным данным.

2. Определены динамические характеристики пространственных сооружений. При этом выявлено различие в спектрах частот и в формах колебаний для протяженных и высотных сооружений с учетом и без учета промежуточных перекрытий. Показано, что уже при длине невысокого сооружения,втрое превосходящей его ширину, недопустимо использование плоской расчетной схемы.

3. На основе анализа сходимости результатов расчета динамического поведения различных по габаритам коробчатых сооружений установлено количество форм собственных колебаний, которое необходимо учитывать при расчетах на сейсмостойкость.

4. Учтено влияние сдвиговой податливости основания на динамические характеристики и напряженно-деформированное состояние пространственных сооружений. Показано, что в зависимости от податливости грунта происходит перераспределение усилий по высоте сооружения.

5. Исследовано динамическое поведение протяженного сооружения при бегущем и стоячем гармоническом воздействии в основании. Выявлены наиболее неблагоприятные случаи воздействия, которые необходимо учитывать при расчете на сейсмостойкость

- 124 подобных сооружений. Уточнена максимально допустимая длина зданий, возводимых на глиничтых грунтах в сейсмически активных районах.

6. Проведенные исследования показали, что для получения полной картины динамического поведения сооружения необходимо использовать пространственную расчетную схему, описывающую фактические конструктивные особенности сооружения и учитывать в математической модели воздействия его многокомпо-нентность.

1. Шагин П.П. Статический расчет каркасно-панельных жшгых зда-ний большой этажности.-М.:Стройиздат,1966,123с,

2. Калманок А.С. Практические методы расчета многоэтажных зданий на горизонтальные нагрузки. В сб.Вопросы расчета конструкций жилых и общественных зданий со сборными элементами.-М.:Стройиздат,1968.

3. Ржаницын А.Р. Теория составных стержней строительных конструкций. -М. :Стройиздат, 1948,192 с.

4. Подольский Д.М. Пространственный расчет зданий повышеннойэтажности.-М.:Стройиздат,1975,158 с. '5. Лишак В.И. К расчету крупнопанельных зданий повышенной этажности.-Строительная механика и расчет сооружений, 1969,№ I.

5. Чачуа Т.Л. Определение жесткостных характеристик элементовмногоэтажных конструкций при их пространственном расчете на динамические воздействия.-В сб.Сейсмостойкое строительство, вып.3,1975.

6. Чачуа Т.Л. Определение форм и частот колебаний многоэтажныхконструкций при их пространственном расчете на динамические воздействия.-В сб.Сейсмостойкое строительство,вып.3,19 75.

7. Сойбельман С.М. Пространственный расчет зданий на действиегоризонтальных сил с учетом кручения и упругости перекрытия.-Известия Высших Учебных Заведений, Строительство и архитектура, 1971,М,с.16-21.

8. Васильков B.C. Расчет зданий из крупнопанельных и объемных элементов как тонкостенных пространственных систем.-Строительная механика и расчет сооружений ,1964,№2.

9. Репях В.И. О расчете крупнопанельных зданий как пространственных систем.-Строительная механика и расчет сооружений, 1963,165 •

10. Косицын Б.А. Статический расчет крупнопанельных и каркасных зданий.-М.:Издательство литературы по строительству и архитектуре,1971, 215 с.

11. Ценов Л.Д. Исследование свободных колебаний крупнопанельных зданий с учетом их протяженности.-Строительство и архитектура Узбекистана, 1969,М>.

12. Николаенко Н.А.,Назаров Ю.П. О пространственных колебаниях сооружений при сейсмических воздействиях.-Строительная механика и расчет сооружений, 1979,ЖЗ,с.57-63.

13. Егупов В.К.,Командрина Т.А. Расчет зданий на сейсмическиевоздействия.-Киев:Будивельник,1969,-208 с.

14. Напетваридзе Ш.Г. Влияние протяженности сооружения на величину сейсмической силы.-Труды института строительной механики и сейсмостойкости АН ГрузССР, 1963,т.IX,с.213-215.

15. Кооидзе Г.И. Вопрос о совместном учете пространственностиколеоаний и протяженности многоэтажного здания при расчете его на сейсмические воздействия.-Сообщения АН ГрузССР,1971,т.61,^2,с.373-376.

16. Марджанишвили М.А. Методика учета пространственной работыи протяженности современных зданий при расчете- 127 их на сейсмические воздействия.-М.:Стройиздат, 1976,-112 с.

17. Шамсиев У.Ш.,Бахтияров А.К.,Фасахов В.Г. Сейсмостойкостьзданий с учетом пространственных факторов.-Ташкент :Фан,1974,-152 с.

18. Шамсиев У.Ш. 0 динамическом методе расчета прямоугольнойпространственной корооки на сейсмическое воздействие.-Изв.АН УзССР,с.т.н. ,1965,М.

19. ЫсЛйъбо/г S.M.; .rfccr$urton G.B. ViSratton о/ fiox ~ty/эе structure!t £f, JltecA, See.9J ,1967.

20. Лажечникова К.и;. Применение МкЭ к расчету крупнопанельныхзданий как пространственных систем.-Киев:КиевЗНИИЭП, диссертация на соискание ученой степени канд.техн. наук,1973,1Ь0с.

21. Шамсиев У.Ш.,Мушеев Р.Н. Динамический анализ и оценка сейсмостойкости коробчатых сооружений с локально присоединенной массой.-Изв.АН УзССР,с.т.н.,1981,Ж5, с.32-37. .

22. Макеев В.В. Статический расчет зданий из объемных блоковметодом конечных элементов.-МИСИ им.Куйбышева,- 128 диссертация на соискание уч.ст.канд.техн.наук, 1975, 140 с.

23. Hcubda, К.Я. У/ьр-бсь/ъе vcSrcction, с?/ t^/b-e,structure^, — Уос/г/ьа^ о/ Sound сспс/

24. Vdrcutio/г , -1972, 2/(2), />. 107~

25. Назаров А.Г. Метод инженерного анализа сейсмических сил.

26. Изд.АН Арм.ССР,Ереван,1959,286 с.

27. Деркачев А.А. Методы регуляризации некорректных задачтеории сейсмических нагрузок.-Душанбе,Дониш,1972, 352с.

28. Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов.-Стройвоенмориздат,1948,411с.

29. Гороян Т.А. Учет податливости основания при определениипериодов свободных колебаний каркасных зданий.-Изв.АН Арм.ССР,с.т.н.,1970,т.ХХШД»6,с.39-43.

30. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании.

31. Киев:Будивельник,1967,184с.

32. Смолин Е.С. 0 сейсмической нагрузке на каркасные зданияпри податливости и вязкости основания.-В сб.Сейсмостойкость зданий и инженерных сооружений.-М.:1975, вып.59,с.200-208.

33. Хачиян Э.Е.,Амбарцумян В.А. Динамические модели сооруженийв теории сейсмостойкости.-М. .-Наука, 1981,204 с.

34. Ильичев В.А. К построению импульсной переходной функциисистемы "твердый штамп полупространство"- Механика твердого тела,1973,М,с.107-П9.

35. Баркан Д.Д.,Голубцова М.Н.,Шехтер О.Я. Учет влияния податливости основания на динамические характеристики- 129 зданий.-В сб.Труды НИИоснований и подземных сооружений им.Н.М.Гарсеванова,вып.67.-М.:Стройиздат,1976, с.77-85.

36. Карапетян Б.К. Колебания сооружений, возведенных в Армении.

37. Ереван:Айастан,1967,172 с.40. Ай* B.R., /W м Cccr.1.ejht^Jb. Г М-т.

38. Wedpa>t/uzA tt.V.j fiznotct С и Асе S.M. dott~/оммс/а.tco/ъ L/bt&vcbcko/b u/zeteb ^isut-iocatcd а /ut impact t^fte. о^/га-тсс &>aa?ts. 3 ^О^г/ Jy/zip. Soi/ttruct У^асйо^ Aoaritet, tS/fo/,/>. 445- 452.

39. Рашидов Т.P. Динамическая теория сейсмостойкости сложныхсистем подземных сооружений.-Ташкент:Фан, 1973, 179 с.

40. Рашидов Т.Р.Дожметов Г.Х. Колебания сооружений, взаимодействующих с грунтом.Ташкент:Фан,1975,-163 с.

41. Рассказовский В.Т. Основы физических методов определениясейсмических воздействий.-Ташкент:Фан,1973,-159 с.- 130

42. Виру-дя Д.Н. Исследование взаимодействия сооружения с грунтовым основанием при сейсмических воздействиях. Диссертация на соискание уч.ст.канд.т.н.4/1.: 1973,146 с.

43. Сорокин Е.С. К теории внутреннего сопротивления при колебаниях упругих систем.-Ш.:Госстройиздат,I960,131 с.

44. Сорокин Е.С.,Кочнева Л.Ф. Линейная теория наследственногочастотно-независимого внутреннего трения в материалах и конструкциях при колебаниях.В сб.Исследования по теории сооружений.-Ш.:1975,с.74-79.

45. Клаф Р.,Пензиен Дж. Динамика сооружений.-М.:Стройиздат,1979,320с.49. кш/ М., С£ои^Л} SoJLec£ M^'taAedt. 'Sa/ctAyuciIe геуЬо/гбе$ kudu го/ J^/uunic^ р. M-W.

46. Сигал Ф.Р. Экспериментальные исследования соединений навысокопрочных болтах.-Строительство и архитектура Узбекистана, I98I,I°2.

47. Артунян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести.-Гостехиздат,1952.

48. Кочнева Л.Ф. Внутреннее трение в твердых телах при колебаниях. -М. :Наука,1979,96с.

49. Мирсаидов М. Установившиеся колебания осесимметричных вязкоупругих оболочек. Диссертация на соискание уч.ст.к.-ф.-м.н.-М.:1976,120 с.

50. Челомей В.Н. Динамическая устойчивость элементов авиационных конструкций.-М.:Аэрофлот,1939. 5э. Ильюшин А.А.,Победря Б.Е. Основы математической теории термо-вязко-упругости.-М. .-Наука, 1970, <;80с.- JL3JL

51. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций.-М.:Наука,1967,752 с.

52. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация.-М.:Высшая школа,1976,277 с.

53. Трояновский И.Е. Вынужденные колебания вязкоупругой системы с конечным числом степеней свободы.-Механика полимеров,19 73,№5,с.927-929.

54. Синицын А.П. Влияние бегущей сейсмической волны на массивные сооружения.-Труды Института физики Земли М 7(184) М.,АН СССР,1961.

55. Корчинский И.Л. Влияние протяженности (в плане) здания навеличину действующей на него сейсмической нагрузки. В кн. .'Сейсмостойкость промышленных зданий и инженерных сооружений.-М.:Госстройиздат,1966, с.42-50.

56. Назаров А.Г. 0 взаимодействиях между фундаментами сооружения и основания при землетрясении.Труды Тбил. геофизического института,1939,т.1У,с.35-63.

57. Напетваридзе Ш.Г.,Ильясов Б. Сейсмические силы и деформации,возникающие в протяженном сооружении. Труды ИСМиС

58. АН ГССР Сейсмостойкость сооружений.-Тбилиси:1968. 65. Петров А.А. Оценка сейсмических нагрузок в зданиях с дефор

59. Уеъ/ьеь A, Li C/Li /.ее) Ml. Wong, Л Л Тгс/иъае,

60. Щро/гбг to ttcufe/ifup б&л/ъсс wfrcret-о/ itu/ch-to/ dccrcA&o/tj tr Щ /

61. Ньюмарк Н.,Розенблюэт Э. Основы сейсмостойкого строительства. -М. : С тройиз дат, 1980.

62. Абдалимов Э. Гармонические составляющие акселерограмм.

63. В сб.Сейсмостойкое строительство,1980,ЖЗ.

64. Зенкевич 0. Метод конечных элементов в технике.-М.:Мир,1975,-541 с.

65. Розин Л.А. Расчет гидротехнических сооружений на ЭВМ. Метод конечных элементов.-I.:Энергия,1971,-211с.

66. Синицын А.П. Метод конечных элементов в динамике сооружений .-М.:Стройиздат,19 78.

67. Постнов В.А.Дархурим И.Я. Метод конечных элементов в расмируемыми перекрытиями при учете взаимодействия с сейсмическими волнами.-Сейсмостойкое строительство, 19 74, .№2.четах судовых конструкций.-Л.Судостроение,1974, 34<!с.

68. Kict^Acu/^^ //. УЛг Усьеа^с. яге/^ос/ fat tea,/ $jy/??/7?efuc- 133

69. Кханна Д.,Гули Р. Сравнение и оценка матриц жесткости.

70. Ракетная техника и космонавтика, 1966,№ 12.

71. Нсь/bda КН. Jt/vOsfytU о^ с/ь а/isAeaturaJfc fy a, fuicte- e&sne/i,? /пе^Аа/. о/ сии* 1/сШсо^ Ztfafi Ш-Ш

72. Калманок А.С. Расчет пластинок.-М.гГосстройиздат,1959,212 с.копия1. УТВЕРЖДАЮ" "УТВЕРЖДАЮ"

73. Директор института механики Директор ОАО "Теплоэлектроi сейсмостойкости сооружений проекта"

74. Л УзССР подпись В.И.MACЛОВиф.-м.н.,профессор печать п п г.подпись Т.Д.ДДУРАЕВ JL"марта 1979 г.1. АКТпередачи-приема на внедрение законченной научно-исследовательской работы.г.Ташкент " I " марта 1979 г.

75. Ожидаемый эффект от внедрения методики расчета позволит повысить надежность строительных конструкций главных корпусов при сейсмическом воздействии. Расчет передан в виде отчета в количестве 4-х экземпляров.

76. Подпись представителя •л и СС АН УзССР,зав.лабораториейпечатьподпись К.С.АБДУРАШИДОВ

77. Подпись представителя САО "Теплоэлектропроекта"1. Гл,специалист тех.отделапечатьподпись В.А.СЛЕСАРЕВ

78. УТВЕРЖДАЮ" Руководитель Директор