диссертация. Общероссийский математический портал
 Скачать 0.73 Mb.
|
Концепция нормативного документа нового поколения по сейсмостойкому строительствуВозможный сейсмический риск определяется вероятностью наступления землетрясения с учетом расчетных критериев — параметра RQ, I и пограничных условий, полученных в Q(Ip). Для этого в Европе [Eurocode 8, 2003; European Standard, 2002] и во многих других странах [ATC-40, 1996; ATC-55, 2005; FEMA-273, 1997; FEMA-274, 1997; FEMA-356, 2000; NEHRP, 1997] принято рассчитывать сейсмостойкие сооружения на землетрясение, которое может произойти с вероятностью 10 % в течение 50 лет. На основании распределения Пуассона по времени (приближение касается малых вероят- ностей наступления события): k k PT, I I 1 e pIkT 1 1 p IT . (10) Отсюда следует период повторяемости T 475 лет. В течение этого времени расчетное землетрясение произойдет с вероятностью 63 %. В общем случае при оценке полной вероятности отказа сооружения могут учитываться: ре- акция объекта на сейсмические события разной интенсивности, спектральный состав различных землетрясений, последовательность разных характеристик сейсмической активности (моментов времени, мест, магнитуд, направлений и т. п.). Все эти факторы также могут выражаться через условные вероятности [Ломнитц, Розенблюэт, 1981; Стефанишин, 2012]. Основы такого подхода к оценке сейсмического риска с учетом действия землетрясений разной интенсивности с исполь- зованием формулы полной вероятности были заложены в 60-х годах прошлого столетия и бази- ровались они на работах Р. Уитмена и С. Корнелла [Ломнитц, Розенблюэт, 1981]. Тем не менее, несмотря на перспективы, которые открывает количественное оценивание сейсмического риска в рамках вероятностного подхода [Мкртычев, Джинчвелашвили, Дзер- жинский, 2016; Мкртычев, Джинчвелашвили, 2012; Стефанишин, 2012], вопрос полезности та- ких оценок для решения практических задач минимизации сейсмической опасности все еще остается без ответа. Общепринятый расчет сооружений на сейсмостойкость основан на сопоставлении усилий (или напряжений), вызываемых внешней нагрузкой, с предельно допустимыми величинами внутренних сил (или напряжений), которые могут быть восприняты в соответствующих сече- ниях конструкции. В зависимости от того, рассматривается ли только упругая работа материала или учитываются также и его пластические деформации, меняются значения предельно допус- тимых внутренних усилий в сечениях конструкции. Сказать что-либо о сейсмостойкости, таким образом, запроектированной конструктивной системы вообще-то ничего нельзя. Следовательно, мы получаем сооружение с неизвестным уровнем сейсмостойкости. Расчет конструкций с учетом пластического и нелинейного поведения и даже с учетом раз- рушения отдельных элементов конструкций сооружений требует использования более сложных механико-математических моделей и теорий, т. е. допущения контролируемых повреждений. Необходимо учитывать и перераспределение усилий по конструкции, связанное с появлением в ней зон пластических деформаций. Однако во всех случаях критерием для оценки несущей способности сооружения является принцип сопоставления внешних и внутренних усилий. Решение данной проблемы, по нашему мнению, здесь видится прежде всего в необходи- мости разработки нормативных документов нового поколения и внедрения в практику методов проектирования с заданным уровнем сейсмостойкости. В МГСУ разработан Стандарт организации (СТО) «Строительство в сейсмических рай- онах» [Денисенкова, Джинчвелашвили, 2016; Мкртычев, Джинчвелашвили, 2012; Мкртычев, Джинчвелашвили, Дзержинский, 2016; Мкртычев, Джинчвелашвили, 2016]. В разработанном документе сделан шаг вперед в отношении оптимального проектирова- ния сейсмостойких конструкций. Включено положение о двухуровневом расчете на сейсмические воздействия на ПЗ и МРЗ.За срок службы сооружения на данной строительной площадке: с большой долей вероятности произойдет «умеренное» землетрясение, такое земле- трясение принято называть ПЗ (проектное землетрясение с повторяемостью раз в 100 лет); с определенной вероятностью произойдет «сильное» или «катастрофическое» земле- трясение; такое землетрясение принято называть МРЗ (максимальное расчетное зем- летрясение с повторяемостью раз в 500 лет). Введены четкие критерии сейсмостойкости:прочностной критерий (по I группе предельных состояний) при расчете на ПЗ; критерий необрушения (по особому предельному состоянию: устойчивость к прогрес- сирующему обрушению при расчете на МРЗ. Сейсмостойкостью сооружения назовем такую ее реакцию на различные сейсмические события: при частых землетрясениях «умеренной силы» ПЗ в несущих конструкциях не имеется остаточных деформаций, ее элементы не имеют остаточных перекосов, полностью со- храняют свою прочность и жесткость и не нуждаются в капитальном ремонте; при редком сейсмическом воздействии МРЗ несущие конструкции могут быть значи- тельно повреждены, и в них возможно развитие остаточных пластических деформаций при сохранении вертикальной несущей способности и значительной остаточной проч- ности и жесткости. Элементы концептуального проектирования.Общемировой опыт проектирования сейсмостойких зданий свидетельствует о том, что в наибольшей степени обеспечению сейсмостойкости отвечает свойство регулярности здания и конструктивного решения, которые включают: регулярность сооружения в плане и по высоте; регулярность конструктивного решения. Необходимые пояснения и иллюстрации к данным положениям можно найти в работах [Мкртычев, Джинчвелашвили, 2012; Немчинов и др., 2012; Chopra, 2000; Eurocode 8, 2003] и других публикациях. Перед началом проектирования конструктор, архитектор, ГИП, заказчик-инвестор соби- раются вместе и выбирают конструктивную систему сооружения в рамках заданных парамет- ров (материал, высоту, конструктивную систему, класс пластичности, т. е. места образования пластических шарниров и зон рассеяния энергии). При назначении зон пластических деформаций и локальных разрушений следует прини- мать конструктивные решения, снижающие риск прогрессирующего разрушения сооружения или его частей и обеспечивающие живучесть сооружений при сейсмических воздействиях. Не следует применять конструктивные решения, допускающие обрушение сооружения в случае разрушения или недопустимого деформирования одного несущего элемента. Согласно Еврокоду-8 [Eurocode 8, 2003] проектирование ведется таким образом, что опре- деленные элементы конструктивной системы выбираются, соответствующим образом проекти- руются и детализируются в расчете на рассеяние энергии под действием больших деформаций, а для всех остальных элементов конструкции предусматривается достаточная прочность, чтобы обеспечить возможность эксплуатации выбранных средств рассеяния энергии. Отдается пред- почтение рассеивающим конструкциям — конструкциям, способным рассеивать энергию на основе пластического гистерезиса и/или других механизмов. В конструктивной системе назна- чаются зоны рассеяния: заранее определенные части рассеивающей структуры, в которых сконцентрирована основная часть возможностей рассеивания. Эти зоны называются также кри- тическими областями. При этом нерассеивающая конструкция — конструкция, запроектированная в расчете на оп- ределенную расчетную сейсмическую ситуацию без учета нелинейности поведения материала. Введены категории сложности конструктивной схемы здания.Классификация зданий по категории сложности конструктивной схемы приведена в таб- лице 1. Таблица 1
Применение различных методов расчета (в том числе нелинейных) в зависимости от конструктивных систем сооружений.В расчетах на сейсмические воздействия используются следующие методы: линейный спектральный метод (ЛСМ) на основе линейно-спектральной теории (ЛСТ); нелинейный статический метод (НСМ); нелинейный динамический метод (НДМ). Нелинейный статический метод широко применяется в зарубежных нормах [АТС-40, 1996; АТС-55, 2005; FEMA-273, 1997; FEMA-356, 2000; Eurocode 8, 2003], может быть относительно легко введен в практику проектирования [Джинчвелашвили, Булушев, Колесников, 2016; Со- снин, 2016] сооружений в сейсмических районах в качестве нормативного (рис. 6).  Рис. 6. Привязка кривой несущей способности сооружения к степени повреждаемости В зависимости от категории сложности конструктивной схемы зданий и сооружений вы- полняются указанные в таблице 2 типы расчетов на сейсмические воздействия. В принципе эти положения являются достижениями теории сейсмостойкости и не должны вызывать никаких сомнений у специалистов. Таблица 2
|