Зарождение теории сейсмостойкости

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒

Началом зарождения теории сейсмостойкости сооружений как научной дисциплины следует считать период конца XlX и начала XX века, следующий за разрушительными японскими землетрясениями в 1891 году Мино-Овари. При обследовании последствий этой крупнейшей кастрофы японскими учёными был произведён анализ смещения и опрокидывания памятников, массивов и т. д.; на основе этого были получены первые приближённые данные о максимальных сейсмических ускорениях грунтов, позволившие поставить задачу количественного исследования сейсмического эффекта. С целью анализа сейсмических сил в сооружениях японский ученый Омори в 1900 году провел специальные опыты с кирпичными столбиками. На основе результатов этих опытов Омори и Сано была разработана методика определения сейсмических сил, получившая название статической теории сейсмостойкости.

2. Первый этап - статическая теория

Рис. 1.1 Модель статической теории

Колебания грунта при землетрясении носят хаотический (“дикий”) характер не укладывающийся в четкие формы математической закономерности. Создание обоснованной теории сейсмостойкости затруднялось так же малой продолжительностью землетрясений (секунды) и их редкой повторяемостью. В связи с этим в первой теории сейсмосойкости, называемой статической использовалась самая простая модель здания (сооружения) в виде абсолютно жесткого тела (рис. 1.5). Кроме этого предполагается, так же, что здания не имеют вращательных перемещений. Поэтому ускорения всех масс сооружения равны ускорениям в его основании. Последние принимаются совпадаюшими с ускорениями земной поверхности.

В связи с указанными выше предпосылками сейсмичекая сила (сила инерции) определяется по следующей формуле

(1.27)

где - максимальное ускорение грунта;

- масса в уровне .

(1.28)

где: -коэффициент сейсмичности,

- вес массы ( ускорение силы тяжести).

Коэффициент имеет следующие значения:

=0,025 (для 7,0 баллов),

=0,05 (для 8,0 баллов),

=0,1 (для 9,0 баллов).

2. Второй этап - переход от статического к приближенному динамическому методу расчета

Анализ последствий ряда разрушительных землетрясений показал несовершенство статического метода расчета, приводившего в ряде случаев к большим разрушениям зданий и сооружений (землетрясение в Ленинакане 1926г. и в Крыму 1927г.). Поэтому в нормах СССР до 1957г. (ПСП-101-51) был введен в формулу (28) дополнительный множитель

(1.29)

Однако, указанное усовершенствование нормативной формулы для сейсмичеких сил оказалось явно недостаточным. Назрела необходимость перехода к динамическим методам расчета.

Первую попытку создания динамической теории сейсмостойкости сделал Мононобэ (Япония) в 1920г. Приняв синусоидальный закон движения грунта для системы с одной степенью свободы Мононобэ получил следующую формулу для определения сейсмической силы

(1.30)

где - динамический коэффициент определяемый по формуле

(1.31)

где

- период собственных колебаний сооружения

- период колебаний основания при землетрясении.

Независимо от Мононобэ, К.С. Завриев в 1927г. сформулировал задачи динамической теории сейсмостойкости, приняв косинусоидальный закон колебаний грунта. К.С. Завриев обосновал недостаточность исследования установившихся (стационарных) колебаний и необходимость рассмотрения переходных процессов.

Однако из-за ограниченной информации о характере землетрясений указанные выше исследования не нашли применения в области практических расчетов.

Рис. 1.6 Динамические модели Био

Впоследствии с помощью приборов был выявлен сложный многочастотный состав сейсмических движений грунта. В связи с этим наметился принципиально новый подход, именуемый спектральным методом или методом расчета по спектральным кривым.

Идею спектрального метода впервые высказал М. Био В 1933г., которая иллюстрируется схемой движения тележки с маятниками (Рис.1.6) В спектральном методе определяются лишь максимальные величины ускорений, скоростей и смещений как функций от изменения перио-дов собственных колебаний маятников (осциляторов). В результате таких экспериментов получаются спектральные кривые. Впоследствии расчетный аппарат построения спектральных кривых был развит в работах Хаузнера, Альферда, Мартела и Корчинского [2,3].

Спектральный метод впервые был использован в нормах США. Нормируется величина суммы всех сейсмических сил (поперечная сила в основании)

(1.32)

Рис. 1.7 Нормативный спектр ускорений С

где - максимальное ускорение (в долях от g), определяемое по спектральной кривой (Рис.1.7) в зависимости от периода собственных колебаний здания (сооружения). Последний определяется приближенно по модели упругой одномассовой системы (Рис.1.8). При распределении сейсмических сил по высоте применяется другая, более простая расчетная модель здания (сооружения) в виде абсолютно жесткого тела, основание которого поворачивается (Рис.1.9).

Сейсмические силы определяются по формуле

(1.33)

Указанная процедура расчета в основном сохранена в нормах США и по настоящее время.

Рис. 1.8 Одномассовая модель Рис. 1.9 Жесткая модель при распределе

при определении Т по высоте нии S_k

Отличие заключается в основном в том, что спектральная характеристика С становится более универсальной, зависящей лишь от двух факторов - периода собственных колебаний и грунтовых условий. Другие факторы, влияющие на формирование других сил, учитываются в виде постоянных множителей. В современных обозначениях американских норм [4] формула (1.32) имеет вид:

(1.34)

(1.35)

где

- вес здания

- коэффициент, учитывающий ответственность сооружения,

- сейсмический (зональный) коэффициент,

- коэффициент, учитывающий грунтовые условия,

- конструктивный коэффициент.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: