Влияние коэффициента трения-скольжения опорных элементов и параметров сейсмического воздействия на реакцию и надежность сооружений с сейсмозащитой
Автор: Абакаров А.Д., Зайнулабидова Х.Р.
Статья в выпуске: 2, 2021 года.
Бесплатный доступ
Объектом исследования является сооружение, представленное в виде многомассового упругого консольного стержня с сейсмоизолирующими элементами сухого трения в опорной части, испытывающее горизонтальное случайное воздействие сейсмического типа. Целью работы является изучение сейсмической реакции и выбор рациональных параметров системы сейсмоизоляции с учетом случайных характеристик воздействия и предельных параметров сооружения и системы сейсмоизоляции. Исследования основаны на динамических расчетах, воздействия и колебания системы являются случайными процессами. Динамическая модель сооружения с рассматриваемой сейсмоизоляцией представлена в виде консольного стержня с сосредоточенными массами, составлена система дифференциальных уравнений, описывающая движение сооружения с сейсмоизолирующими скользящими элементами в уровне верха фундаментов, смоделировано сейсмическое воздействие в виде нестационарного случайного процесса, разработан алгоритм интегрирования системы дифференциальных уравнений движения и определения методом статистических испытаний статистических характеристик сейсмической реакции и показателей надежности сооружений с сейсмоизоляцией. Приведена методика оценки эффективности системы сейсмоизоляции и выбора ее рациональных параметров. Расчетная динамическая модель сооружения с сейсмоизолирующими скользящими элементами, установленными в уровне верха фундаментов, и упругими и жесткими ограничителями перемещений скользящих опор разработана в виде многомассового консольного стержня, учитывающего относительные перемещения масс и упоры системы об ограничители перемещений. Движение сооружения при сейсмическом воздействии описано системой дифференциальных уравнений, учитывающей условия переходов сооружения из состояния «залипания» в состояние скольжения и наоборот. Определены статистические характеристики сейсмической реакции и показатели надежности сооружения в процессе колебаний при различных значениях максимального ускорения колебания грунтов, преобладающего периода воздействия, количества масс в расчетной модели и коэффициента трения-скольжения опорных элементов. Оценена степень влияния параметров воздействия и системы на эффективность сейсмоизоляции сооружений со скользящими элементами. Предложенный подход к выбору рациональных параметров системы сейсмоизоляции может быть применен как метод, направленный на повышение эффективности систем с разными конструктивными вариантами сейсмической изоляции сооружений.
Сейсмическое воздействие, многомассовые системы, коэффициенты трения, сейсмоизоляция, реакция, статистический анализ, надежность
Короткий адрес: https://sciup.org/146282043
IDR: 146282043 | УДК: 69.04 | DOI: 10.15593/perm.mech/2021.2.02
The influence of the friction-sliding coefficient of support structures and parameters of seismic actions on reactions and reliability of structures with seismic protection
The study is focused on a structure represented by a multimass elastic cantilever rod with dry friction seismic isolation elements in the support part under a horizontal random impact of a seismic type. The paper aims at investigating the seismic reaction and selecting optimal parameters of the seismic isolation system involving random impact characteristics, limit parameters of the structure, and the seismic isolation system. The researches are based on dynamic computations; the impacts and fluctuations of the system are random processes. The dynamic model of the structure with the considered seismic isolation is presented in the form of a cantilever rod with concentrated masses; a system of differential equations describing the displacement of the structure with the seismic-isolating sliding elements at the level of the top of the foundations is compiled; and a seismic impact is modeled in the form of a nonstationary random process. An algorithm is developed to integrate the system of differential equations of motion and to determine the statistical characteristics of the seismic reaction and reliability indicators of the structures with the seismic isolation. A method aimed at evaluating effectiveness of the seismic isolation system and selecting its rational parameters is suggested. We developed the computational dynamic model of the structure with the seismic-isolating sliding elements installed at the top level of the foundations, and elastic and rigid limiters for the movement of the sliding supports. This model is made in the form of a multimass cantilever rod that takes into account the relative movements of the masses and the stops of the system on the movement limiters. The structure’s movement under a seismic impact is described by a system of differential equations that takes into account the conditions of transitions of the structure from the state of sticking to the state of sliding and vice versa. The statistical characteristics of the seismic reaction and the reliability indicators of the structure in the process of vibrations are determined for different values of the maximum acceleration of the ground vibration, the prevailing period of impact, the number of masses in the calculated model and the coefficient of friction-sliding of the support elements. The influence of the impact parameters and the system on the efficiency of the seismic isolation of the structures with sliding elements is estimated. The proposed approach to selecting the optimal parameters of the seismic isolation system can be used as a research method aimed at improving efficiency of systems with different design options for seismic isolation of structures.
Список литературы Влияние коэффициента трения-скольжения опорных элементов и параметров сейсмического воздействия на реакцию и надежность сооружений с сейсмозащитой
- Chamindalal Sujeewa Lewangamage, Masato Abe, Yozo Fujino, Junji Yoshida. Design Criteria for Seismic Isolation Rubber Bearings [Электронный ресурс]. - 2004. - URL: http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_183 (дата обращения: 23.07.2018).
- Chopra A.K. Dynamic of structures. Theory and Applications to Earthquake Engineering. - New Jersey: Prentice-Hall: 2006. - 794 p.
- Chopra A.K. Dynamics of structures. Theory and Applications to Earthquake Engineering. - University of California at Berkeley Fourth Edition: 2012. - 980 р.
- Chris Gannon, Dr. Bill Robinson. How do base isolators work? [https://www.sciencelearn.org.nz/resources/ 1022 -how -do - base - Isolators - work LORE (дата обращения: 23.07.2018).
- Datta T.K. Seismic Analysis of Structures. - Iohn Wiley and Sons(Asia). Pte Ltd, 2010. - 454 p.
- European standard. Draft pren. 15129 - Anti - Seismic Devices. JCS. 91. 120. 25. April, 2007. - 152 p.
- Gupta V.P. Absorber system for earthquake excitations // Chandrasekaran Proc.4 WCEE, chile. -1969. - Vol .2, № 3. -P. 139-148.
- Gordon P., Warnand Keri, Ryan L. A Review of Seismic Isolation for Buildings // Historical Development and Research Needs. Buildings. - 2012. - № 2. - P. 300-325.
- Килимник Л.Ш., Солдатова Л.Л., Ляхина Л.И. Анализ работы зданий со скользящим поясом с использованием многомассовой расчетной модели // Строительная механика и расчет сооружений. - 1986. - № 6. - С. 69-73.
- Поляков В.С., Килимник Н.Ш., Черкашин А.В. Современные методы сейсмозащиты зданий. - М.: Стройиздат, 1989. - 320 с.
- Дональд Кнут. Искусство программирования. - Т. 2. -М.: Вильямс, 2007. - С. 129-130.
- Волков Е.А. Численные методы. - М.: Физматлит, 2004. - 248 с.
- Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. - М.: Сов. Радио, 1971. - 328 с
- 14 Сборник научных программ на Фортране: руководство для программиста / пер. с англ. С.Я. Виленкина. - М.: Стати-стика,1974. - 316 с
- Айзенберг Я.М. Сооружения с выключающимися связями для сейсмических районов. - М.: Стройиздат, 1976. - 232 с.
- СП 14.13330.2014. Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81* (актуализированного СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» (СП 14.13330.2011)) (с Изменением № 1).
- Островская Н.В. Метод расчета и оптимизации параметров пластических демпферов в системах сейсмоизоляции: дис. ... канд. техн. наук. - СПб., 2015. - 127 с.
- Рутман Ю.Л., Ковалева Н.В., Давыдова Г.В. Определение оптимальных параметров демпфирования в системах сейсмоизоляции // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - № 5 (40). - С. 107-115.
- СП. Здания сейсмостойкие и сейсмоизолированные. Правила проектирования. Центр исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, Институт ОАО НИЦ Строительство. - М.: Мин. Регион России, 2013. - 45 с.
- Сидоров В.Н. Об учете результатов экспериментальных исследований сооружения при формировании его расчетной модели // Строительная механика и расчет сооружений. - 2014. - № 5. - С. 38-41.
- Смирнов В.И., Никитина Е.А. Демпфирование как элемент сейсмозащиты сооружений // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2007. - № 4. - С. 44-47.
- Seismic Rubber Bearings products. - URL: http://www.3lgm.gov.my/rpec/prd_seismic.htm.
- The Technical Regulators for the Design, Assessment and Seismic Retrofit of Buildings, Chapter 10 «Isolated Buildings» (Norme Techniche per - Progetto, LaValutazionee L'Adeguamento Sismico Degli Edifice, Ordinanza 3274 DEL PCM, 20.03.2003.
- Айзенберг Я.М. Сейсмоизоляция. Теория и реальное поведение при // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2006. - № 4. - С. 28-33.
- Айзенберг Я.М., Смирнов В.И., Акбиев Р.Т. Методические рекомендации по проектированию сейсмоизоляции с применением резинометаллических опор. - М.: РАСС, 2008. - 46 с.
- Альберт И.У. Методы количественной оценки надежности системы «Основание - Фундамент - Сооружение» с устройствами сейсмоизоляции и сейсмозащиты: дис. ... д-ра техн. наук. - СПб., 2011. - 195 с.
- Белостоцкий А.М., Пеньковой С.Б., Шербина С.В. Разработка и верификация методики численного моделирования НДС, прочности и устойчивости многоэтажных панельных зданий // Строительная механика и расчет сооружений. -2014. - № 6. - С. 24-30.
- Бубис А.А., Петряшев С.О. Методика расчета здания с системой сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. -2012. - № 2. - С. 31-35.
- Готовский Д.С. Дискретные математические модели в процессах динамического взаимодействия Сложных технических сооружений с упругопластическими сейсмоизоляторами: дис. ... канд. техн. наук. - Иркутск, 2011. - 141 с.
- Перспективы развития систем сейсмоизоляции современных зданий и сооружений / Г.А. Джинчвелашвили [и др.] // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. -2009. - № 6. - С. 27-31.
- Мкртычев О.В., Бунов А. А. Надежность железобетонных зданий с системой сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор при землетрясении. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 121 с.
- Саргсян, А.Е., Джинчвелашвили, Г.А. Оценка сейсмостойкости и сейсмоустойчивости сооружений с сейсмоизоли-рующими Опорами // Транспортное строительство. - 1998. -№ 11. - С. 19-23.
- Разработка и верификация методики численного моделирования НДС, прочности и устойчивости многоэтажных панельных зданий / А.М. Белостоцкий, С.Б. Пеньковой, С.В. Шербина, Т.Б. Кайтуков, П.А. Акимов // Строительная механика и расчет сооружений. - 2014. - № 6. - С. 24-30.
- Журавлев В.Ф. Плоская динамика однородного параллелепипеда с сухим трением / Изв. РАН. МТТ. - 2021. - № 1. -С. 3-5.
- Эшматов Б.Х. Нелинейные колебания вязко-упругой анизотропной армированной пластины // Изв. РАН. МТТ. -2018. - № 5. - С. 106-111.