Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634655)
Контекстум
.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ (110,00 руб.)

0   0
АвторыСапожников Адольф Иосифович
Издательство[Б.и.]
Страниц38
ID314569
АннотацияВ книге рассмотрен широкий круг вопросов, в том числе и ранее не обсуждаемых: - методика решения системы дифференциальных уравнений при нагрузке общего вида и учете собственных и собственных сопутствующих колебаний; - причины появления в колоннах эксцентриситетов разного знака и их разрушение по наклонным сечениям с последующим ветвлением арматуры; - данные об упругих характеристиках сборных железобетонных перекрытий при их работе в своей плоскости, характер раскрытия швов между плитами и трещин в поясах и обвязках, степень снижения в результате этого их жесткости; - характер разрушения стен панельных зданий при горизонтальных нагрузках и способы его недопущения путем рационального конструирования; - конструирование особо прочных колонн, их использование в качестве системы амортизации для зданий, расположенных на колоннаде; - способы усиления стен из штучной кладки обжатием их вертикальными затяжками. Приведены методики и формулы для выполнения прочностных и деформационных расчетов обсуждаемых конструкций
УДК624.1504:699.841
ББК38.5-0.28.8
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ / А.И. Сапожников .— : [Б.и.], 2015 .— 38 с. : ил. — URL: https://rucont.ru/efd/314569 (дата обращения: 23.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

А. И. Сапожников ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ Астрахань 2015 2 А. И. Сапожников ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ Допущено НМС по редакционно-издательской деятельности при министерстве образования и науки Астраханской области, приказ № 629 от 25.06.2007г. <...> 19 Обеспечение безаварийной эксплуатации зданий и сооружений при действии землетрясений и ураганов /А. И. Сапожников. <...> В брошюре приводится методика динамического расчета объектов с учетом их собственных, собственных сопутствующих и вынужденных колебаний, дан анализ особенностей поведения несущих элементов зданий и сооружений при динамических нагрузках, предложены пути повышения их прочности и жесткости. <...> Забегая вперед и опираясь на разумную внушаемость читателя, берусь заявить, что обсуждаемые разрушения происходят из-за неправильного определения сейсмических и ветровых нагрузок и из-за несоответствия действительного поведения нагруженных конструкций характеру их разрушения, принимаемому в расчете. <...> Определение сейсмической и ветровой нагрузки на здания и сооружения, приведенные к осциллятору Выбор осциллятора в качестве расчетной модели в данной работе вызван не столько ее практической пользой, сколько желанием добиться высокого уровня понимания студентами проблем, связанных с определением динамических нагрузок на здания и сооружения (ЗиС), поскольку повышение точности определения нагрузки – одна из основных задач качественного проектирования ЗиС. <...> В том и другом варианте нагружения объекта его математическое описание может представлять собой импульс, гармоническое воздействие, воздействие системы гармонических сил–полигармоническое воздействие, негармоническое и комплексное воздействие. <...> Следует отметить, что для зданий и сооружений, имеющих достаточно широкий спектр частот, в то же время <...>
ОБЕСПЕЧЕНИЕ_БЕЗАВАРИЙНОЙ_ЭКСПЛУАТАЦИИ_ЗДАНИЙ_И_СООРУЖЕНИЙ_ПРИ_ДЕЙСТВИИ_ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ_И_УРАГАНОВ.pdf
А. И. Сапожников ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ Астрахань 2015
Стр.1
2 А. И. Сапожников ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И УРАГАНОВ Допущено НМС по редакционно-издательской деятельности при министерстве образования и науки Астраханской области, приказ № 629 от 25.06.2007г. Астрахань 2015
Стр.2
3 ББК 38.5-0.28.8 С. 19 УДК 624.15.04.699.841 Рецензент: В.В. Микитянский, академик ИА, докт. техн. наук профессор, Засл. Деятель науки РФ, заведующий кафедрой в АГТУ С.19 Обеспечение безаварийной эксплуатации зданий и сооружений при действии землетрясений и ураганов /А. И. Сапожников. – Астрахань: АГТУ, 2015. – 35с.: 11илл. В брошюре приводится методика динамического расчета объектов с учетом их собственных, собственных сопутствующих и вынужденных колебаний, дан анализ особенностей поведения несущих элементов зданий и сооружений при динамических нагрузках, предложены пути повышения их прочности и жесткости. © А. И. Сапожников, 2015 © АГТУ, 2015.
Стр.3
4 Введение Разгадать причину обрушения зданий и сооружений при землетрясениях и ураганах, - значит сохранить жизнь десяткам тысяч людей и обеспечить целостность многих городов и целых районов. В настоящее время такая разгадка еще не состоялась, комиссии, обследующие последствия землетрясений и ураганов, постоянно находят причину разрушения зданий и сооружений в низком качестве строительных работ. Однако строительство происходит в полевых условиях и это достигнутый уровень качества, присущий имеющимся условиям проведения работ. Причину разрушений следует искать в кабинетах ученых и проектировщиков. Они должны обеспечить устойчивость объектов к проявлениям стихии при имеющемся качестве строительства. Забегая вперед и опираясь на разумную внушаемость читателя, берусь заявить, что обсуждаемые разрушения происходят из-за неправильного определения сейсмических и ветровых нагрузок и из-за несоответствия действительного поведения нагруженных конструкций характеру их разрушения, принимаемому в расчете.
Стр.4
5 1. Определение сейсмической и ветровой нагрузки на здания и сооружения, приведенные к осциллятору Выбор осциллятора в качестве расчетной модели в данной работе вызван не столько ее практической пользой, сколько желанием добиться высокого уровня понимания студентами проблем, связанных с определением динамических нагрузок на здания и сооружения (ЗиС), поскольку повышение точности определения нагрузки – одна из основных задач качественного проектирования ЗиС. Следует сразу же уяснить разницу в передаче объекту сейсмической и ветровой нагрузок. Первая передается кинематическим путем, т.е. в результате поступательно-возвратного перемещения основания (по осям Х, Y, Z), по результирующему направлению, вторая – фактическим воздействием на объект. В том и другом варианте нагружения объекта его математическое описание может представлять собой импульс, гармоническое воздействие, воздействие системы гармонических сил–полигармоническое воздействие, негармоническое и комплексное воздействие. Следует отметить, что для зданий и сооружений, имеющих достаточно широкий спектр частот, в то же время с близкорасположенными значениями, импульс следует рассматривать в контексте отношения времени его действия t и величины Т/4, где Т – период колебания объекта. Импульсом следует считать воздействие относительно только тех форм колебаний, для которых t Ti /4   В настоящее время нет методов определения точного значения сейсмической нагрузки, и ее вычисляют на основе записей прошлых землетрясений. Такой подход может дать лишь условные значения нагрузки, во-первых, потому что каждое землетрясение индивидуально, во-вторых, записи колебания на незастроенной территории и на основании здания могут (должны) заметно отличаться. Вместе с тем, следует учесть, что грунт пропускает конкретный спектр частот, наполняемость которого так или иначе, в конце концов, удастся определить. Сложнее, если вообще возможно, установить значения амплитудных параметров движения земли, привязанных к той или иной частоте ее колебания. Здесь остается принимать их значения на основе записей прошлых землетрясений и, чтобы не полагаться на авось, проблему сейсмостойкости зданий и сооружений решать не только путем все более тщательного уточнения величины сейсмической нагрузки, но и путем изучения , Ti - период колебания объекта по i - й форме. При значениях t , близких к величине Ti / 4 , наблюдается так называемый ударный резонанс.
Стр.5
6 их способности ее воспринимать. Из этого вытекает еще одна важная задача, решение которой будет способствовать динамической устойчивости сооружений. Речь идет о соответствии предполагаемого в расчете и реального поведения нагруженных конструкций. Но вернемся к определению сейсмической нагрузки. Приняв ее в виде одного или системы импульсов, следует вначале определить периоды нескольких низших форм колебания рассматриваемого объекта, с целью сравнения величин TК / 4    r t и / 4 iT , где i =1; 2; 3; …, К, при которых выполняется условие, что  t TК / 4, и эти К форм рассчитывать на импульсивное воздействие. Для номеров i > К следует осуществлять расчет на «ударный резонанс», когда форм колебания со значениями TК /4  5,1 описывается функцией Psin t i tt i i t T / 4, где между К и r располагается несколько t . В этом интервале нагрузка 1 , действующей на полупериоде – от ti = 0 до ti+1 = T/2, или на четверти периода – от ti=0 до ti+1=T/4. Давление ветра на здание статическим называется условно, на самом деле это длинопериодное воздействие, продолжительность которого существенно превышает четверть периода, т.е. пульсации ветра, у которых g T g / 4. Поскольку эти воздействия проявляются одновременно, их математическая характеристика описывается простейшей функцией S t( )   fg sin t Tg  fK sin t TK . в ряд Фурье ветрового воздействия, т.е. содержать еще и члены f cos имеющие в момент времени t=0 численное значение, т. к. c 0 1 В общем случае это равенство должно представлять собой разложение t T , os  . Иными словами, как и при землетрясении, нагрузка порождает начальные условия: косинусы – начальные смещения; синусы – скорости (или импульсы). Ветровое воздействие передается зданию, в отличие от сейсмического воздействия, динамическим, а не кинематическим путем. Начальные условия вносят свой вклад в величину ветрового воздействия. Приведем качественные характеристики ветрового воздействия: gT =15с, TK =3с, fg kq og , fK kq oK , где k – ветровая характеристика района. g T g / 4, где Т – период колебания здания. Помимо длинопериодных, имеются еще динамические краткопериодные      
Стр.6
7 Рассмотрим решение задачи при действии импульса. Его величина So определяется из известного равенства теоретической механики для количества движения mV = F Δt = So, т. е. Vk= So/m. Уравнение колебаний осциллятора имеет вид Μy t( ) (1   0 dt Cy t q t d ) где M – масса осциллятора; С – коэффициент его жесткости; γ _ характеристика демпфирования; ω0 – преобладающая частота воздействия; y – смещение осциллятора; q – величина нагрузки, решение, которого при q(t) = 0 и начальных условиях y(0) y , y(0) V y V 0 вид y t( )  e A( sin 2  t   2 , t Bcos  t)  e  t    y0 cos t  0  0 sin При q(t) ≠ 0 решение уравнения (1) принимает вид  y t( )  e A( sin  t t Bcos  t) 1  где А и В – произвольные постоянные. С учетом начальных условий ( )  нагрузки q t Pcos y t   t ( ) e      y0 cos где R  P/  2  t  0t имеем y V 2 2 0   4 2 2 0 0  0 sin t Rcos       t 2 q e ( ) 0 y(0) y , y(0) 0  cos  Rcos( 0t  ) , ,  arctg2 0 / 2   0 V S mпри значении 0 / t  cos  0 sin  0 2, P=q/M. Если нагрузка представляет собой функцию P t Psin cos , sin в последнем равенстве меняются местами. ( )  0t , то члены sin t  (2)      (t ) t    , где  0 - преобладающая частота внешнего воздействия. sin (t  )d , 0 имеет 2 2/ 0 , ( )  ( ) , (1)                                                   
Стр.7
8 2. Определение характера колебания зданий и сооружений как системы с n степенями свободы при действии динамической нагрузки Изучение теории колебаний зданий и сооружений (а именно в этом случае важно исследование гармонических колебаний, наиболее простых для изучения и в то же время самых опасных) должно состоять в освоении студентами ее алгоритмов. Теория включает две важные задачи: - методику исследования свободных колебаний, т.е. определения собственных колебаний и соответствующих им изменения формы объектов; - методику определения изменения положения объекта в течение времени под действием приложенных к нему динамических (в том числе гармонических) нагрузок. Для простоты понимания материала методики излагаются на примере системы с двумя степенями свободы. 2.1. Свободные колебания Уравнения колебаний системы с двумя степенями свободы имеют вид    M V r V r V M V r V r V 2 2 21 1 22 2 1 1 11 1 12 2      t       0, 0, где Mi - массы; ijr - коэффициенты жесткости; Vi - смещения масс. Решение задачи ищем в виде V t1( ) V sin(1 ) , V t2( ) V sin(2 которое, придадим равенствам (4) следующий вид ) V1 V sin(1      t  11   (r M 2 r21  1 ) (r M2 22   , V2  V1 V sin(1 Подстановка (5) в (3) приводит к уравнениям  r12  0, 2) 0, которые определят уравнение частот (r M 2 11 1 ) (r M 2  22  2 )  0 и, r12 2 соответственно, частоты собственных колебаний 1 и 2 , а также соотношения t  2 1 t  ) , амплитуды отклонения образуют соотношение V V/ V /V  2 1 ) (3) (4) , используя (5)                   
Стр.8
9        Приняв теперь V V  V /V1 (1) (1) 2 / 1 (1) колебания по первой форме V V  V /V1 (2) 2 / 1 (2) (2) 2 второй форме     V1 V2 (2) соответствующая 1 (2) (2)   (1) 2     V sin( (2) (2) 1 V1 V2 (1) , V2 1    2    r11 M 2 r12 r11 M r12 (1) 1 1   2 1 2   ( 22  V sin( (1) 1 (2)  2V1  1, V (1) (1) 2  1 1V sin( (2) r M r 21 ( 22  r M r 21 2 2 2  1V1 1t  1), 1t  1), ) (1) 2 1 ) 2 , . , получим уравнения где 1 - начальная фаза, ; индекс сверху (1) – номер формы колебания; а приняв 2 , получим уравнения колебания по 2t  2), 2 1V sin( 2t  2). Из полученного решения можно увидеть, что по каждому из главных колебаний обе массы проходят нулевое положение и достигают максимальных отклонений одновременно. По каждому из главных колебаний их амплитуды находятся в постоянном соотношении ( 1 или 2 ). Полное решение задачи имеет вид      V V1  1 V V (1) 2  2 (1) V1 (2) V2 (2) V sin( (1) (1) 1  1 1V sin( 1t  ) V sin( 1 1 (2) 1 1t  ) V sin( 2 1 (2) 2t  2), 2t  2). (6) Оно описывает результирующее движение объекта, которое не является простым гармоническим колебанием, т.к. суммирует движения с различными частотами. 1 V2 )0( V 20 , В равенствах (6) имеются четыре произвольные постоянные V1 , V1 , и 2, определяемые из следующих начальных условий V1 )0( V ,   , (1) V1 )0( V  10 V2 )0( V   . 20 2.2. Вынужденные колебания Их появление вызывают силы 1  P1sin( kt  ) , 1p 2  P2 sin( kt  ) , представляющие правую часть уравнений (3). Решение ищем в виде V1p V sin( kt ) , V2p V sin( kt ) 2p (8) (7) (2) 10                                          
Стр.9
10 Тогда    11  V1 p  V sin(2 1pk (r M k )V1p  r12V2 р  Р1, 2 2 1 r V (r M k )V2 p  Р2, 21 1р  22  1 откуда kt  ) , V2 p  V 2 2 pk        V 1p 11  sin( kt  ) . Подставив эти равенства в уравнение (3) с правой частью (7), получим 1 ( 22  1 V 2 p (r M k r M k )  r12 11  P r M k )  Pr1 12 2 2 ( 11  2 1 22  1 )( 22  2 Подставив Vip в (8), устанавливаем: вынужденные колебания являются гармоническими и имеют частоту и фазу возбуждающих сил. Полное решение задачи будет таким (1) V2  1 1V sin 1t  1 V1  V sin 1t  1 1V sin 2t  2 V1p sinkt  (1) (2) 1 2 1V sin 2t  (2) , 2 V2 p sinkt  . 2.3. Вынужденные колебания при нагрузке общего вида Рассматривается решение уравнений (3) с силами, представляющими ее правую часть, P1( )t и P2( )t . Имеем систему уравнений    M V t  2 2 V t  1 i 1 V t  ( ) ( ) i 2 11 1 21 1 ( ) V sin( ( ) ( ) V sin( ( ) i i 2 it  i , 1 1 ( ) r V t( )  r V t P t( ), M V t( )  r V t( )  r V t P t( ) 12 2( )  1 22 2( )  2 Представим решение однородной части уравнений (9) в виде ) it  i ) , где i – номер формы колебания, i=1,2. Подставим их в однородную часть уравнения (9). Тогда амплитудные значения смещений V определятся из уравнений      r V11 1 r V21 1 ( ) i i ( )  r V  r V ( ) 12 2 i ( ) 22 2 i M1 i M 2 2 i V 2V , i ( ) i 1 ( ) 2 Если умножить каждое уравнение (10) соответственно на V1 ( )K и (10) ( ) V2 K и сложить результаты, придавая затем индексам i и К конкретные значения (i,К=1;2) и вычитая равенства с различными индексами, получим следующее условие ортогональности: M i K M V V ( ) 1 1V V1 ( )  ( ) 2 2 i K ( ) 2  0, Ki  (11) Условие (11) позволяет построить общее решение системы уравнений (9), для чего ее грузовые члены (силы) представим в виде линейной (9) (r M k r M k )  r12 2 P r M k )  P r2 12 2 2 2 )( 2 2 2 , 2 ,                    
Стр.10