паипа. Вопросы для экзамена МРЦПК ответы. Вопросы для экзамена по предмету
 Скачать 388.05 Kb.
|
|
12. Причины приращения сейсмической балльности по отношению к основным категориям грунтов. Влияние грунтовых условий на повреждаемость зданий.
В условиях сейсмического воздействия прочность сооружений, конструкций и строительных материалов зависят от частоты и количества циклов нагружения, т. е. определяются не только общепринятыми физическими свойствами. К основным динамическим характеристикам строительных материалов и конструкций, представляющим большой интерес при проектировании в сейсмических условиях, относятся: прочность при немногочисленных повторных динамических нагружениях, динамическая жесткость, затухание. Эти характеристики определяются на основе экспериментальных исследований. Известно, что независимо от внешнего воздействия сооружения, как правило, колеблются с частотой, близкой к частоте их собственных колебаний, т. е. порядка 0,5 – 10 Гц. Если учесть, что повторяемость сильных землетрясений за редким исключением значительно превышает срок службы сооружения, то вполне обоснованным выглядит требование соблюдения при землетрясении частичной сохранности здания, т. е. допущения в нем деформаций, не приводящих к обрушению, или достижения конструкциями предельной несущей способности. В этих условиях несущая способность конструкции обусловливается предельными прочностными характеристиками материалов. Обработка многочисленных акселерограмм реальных землетрясений показала, что число повторений нагрузки большой интенсивности составляет в основном 40–50 циклов, что позволило ограничить число нагружений при изучении динамических характеристик при сейсмических воздействиях до 100–200 циклов. Общими свойствами для основных применяемых строительных материалов являются: 1. При снижении скорости нагружения уменьшаются значения прочностных характеристик, причем скорость нагружения существенно влияет на прочность материалов как при однократном, так и при циклическом нагружении. 2. С уменьшением величины нагрузки возрастает количество циклов нагружения, необходимых для разрушения конструкции. 3. Усталостная прочность материалов зависит от пределов изменения напряжений при каждом цикле динамической нагрузки – коэффициента асимметрии (соотношение минимальных и максимальных значений напряжений). 4. Значения статических и динамических модулей упругости (при сравнении только упругой части деформаций) достаточно близко совпадают. 5. Значение коэффициента, характеризующее затухание, является сугубо ориентировочным, так как фактическая жесткость элементов строительных конструкций в зависимости от жесткости воображаемых конструкций из идеального линейно-упругого изотропного однородного материала не может быть определена как некоторая постоянная величина. Она зависит не только от материала и его напряженного состояния, но и от качества изготовления, типа конструкции, температуры, влажности, степени повреждения, что позволяет назначить ее только для простейших конструкций. Важной проблемой при проектировании зданий и сооружений, воспринимающих сейсмические нагрузки, является учет нелинейного поведения материалов под нагрузкой [13]. Как показали исследования, спектральный метод, лежащий в основе современных нормативных расчетов, вполне обоснован для расчета простых систем, работающих в упругой стадии, а также при слабо нелинейном характере работы конструкций, что наблюдается на примере слабых и умеренных землетрясений. В настоящее время в нормативных документах отсутствуют научно обоснованные и подтвержденные современными теоретическими и экспериментальными исследованиями подходы к расчету зданий и сооружений при сильных землетрясениях, когда проявляется существенно нелинейный характер работы конструкций. При учете нелинейного поведения материалов при сейсмических воздействиях важным показателем является коэффициент редукции (или соответствующий ему в нормах РФ коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений). Учеными проведены исследования, которые позволили установить примерные значения коэффициентов редукции, учитывающих нелинейный характер работы конструкций: –для зданий с полным рамным стальным каркасом коэффициент редукции равен 5, соответствующий коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения, – 0,2; –для зданий с полным рамным железобетонным каркасом коэффициент редукции равен 1,3, соответствующий коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения, – 0,77; –для многоэтажных железобетонных монолитных зданий с перекрестно-стеновой конструктивной схемой коэффициент редукции вводиться не должен, т. е. он равен 1. Виды колебаний. Что такое гармоническое колебание. Период, амплитуда и частота колебаний. Затухающие и незатухающие колебания. механические. электромагнитные. электромеханические • По природе колебательного движения, различают три основных вида колебаний: механические. электромагнитные. электромеханические. • По характеру физических процессов в системе, которые вызывают колебательные движения, различают три основных вида колебаний: свободные. вынужденные. автоколебания. Гармоническим называют колебание, в процессе которого величины, характеризующие движение (смещение, скорость, ускорение и др.), изменяются по закону синуса или косинуса (гармоническому закону). В общем виде этот закон задается формулой: где — значение изменяющейся величины в момент времени, — амплитуда колебаний, — циклическая (круговая) частота колебаний, — начальная фаза колебаний. Гармонические колебания являются периодическими. Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия. Период – это время одного полного колебания. Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени. Фаза колебаний – это физическая величина, определяющая отклонение колеблющейся величины от положения равновесия в данный момент времени. Затухающие колебания — это колебания, амплитуда которых уменьшается с течением времени (пока не станет равна нулю), так как колебательная система теряет энергию. Энергия может расходоваться на преодоление сопротивления воздуха, на увеличение внутренней энергии, на преодоление сил трения (в механической системе). В электромагнитном контуре энергия уменьшается из-за тепловых потерь. Вывод: когда запас энергии закончится, колебания прекратятся. Незатухающие колебания — колебания, энергия которых с течением времени не изменяется. В реальных физических системах всегда существуют причины, вызывающие переход энергии колебаний в тепловую (например, трение в механических системах, активное сопротивление в электрических системах). Поэтому незатухающие колебания можно получить только при условии, что эти потери энергии восполняются. 14. Что понимается под числом степеней свободы колебаний. Определение числа степеней свободы для простейших механических систем – точки, твердого тела. Числом степеней свободы механической системы называется количество независимых величин, с помощью которых может быть задано положение системы в пространстве. Положение материальной точки в пространстве определяется значениями трёх её координат, например декартовых координат x, y, z или сферических координат r, θ, φ и т.д. В соответствии с этим материальная точка имеет три степени свободы. Числом степеней свободы твердого тела называется число независимых параметров, которые однозначно определяют положение тела в пространстве относительно рассматриваемой системы отсчета. Движение твердого тела во многом зависит от числа его степеней свободы. 15. Расчетная динамическая модель сооружения (РДМ). Число степеней свободы (места сосредоточения массы) у 1-этажного промздания с мостовым и без мостового крана; у многоэтажного здания, у дымовой трубы, у водонапорной башни. Упругая (линейная или нелинейная) система, содержащая инерционные элементы. РДМ служит для решения задач динамики сооружения при определении сейсмической нагрузки (сил и моментов) или перемещений и углов поворота. Расчетная статическая и динамическая модель здания разработаны в соответствии с конструктивными особенностями проектируемого здания. При расчете остов здания смоделирован как каркасная система в монолитном исполнении с жесткими рамными узлами. Перекрытия (монолитные железобетонные плиты) и диафрагмы моделировались конечными элементами типа изгибно-плосконапряженный конечный элемент (элемент плоской оболочки). Наружные стены в расчете учитывались в виде линейно распределенной нагрузки на перекрытие Расчетная динамическая модель здания принята в виде пространственной многомассовой дискретной системы с сосредоточенными в узлах массами. 16. Статическая теория сейсмостойкости. Статическая теория сейсмостойкости является наиболее простой, но она игнорирует деформацию здания. Начало разработки этой теории положено трудами Омори и Сано в 1900 г. По этой теории колебания здания сводятся к идентичному движению вместе с основанием. Ускорение всех точек здания равны ускорению основания, а распределение сейсмических инерционных сил по высоте подобно распределению масс. 17. Динамическая теория сейсмостойкости. Начало зарождения теории сейсмостойкости можно отнести к рубежу конца XIX - начала XX века, когда в результате японскими учеными были впервые получены данные о максимальных сейсмических ускорениях грунта, позволившие поставить задачу об определении сейсмических сил, воздействующих на сооружение при землетрясениях. 18. Как определяется сейсмичность района строительства при проектировании сооружений, а также учитываемые особенности при выборе площадки под строительство. Здания должны иметь простую форму плана. Здание сложной формы должно быть разделено на отсеки простой формы. В каждом отсеке необходимо соблюдать жесткость и симметричность расположения вертикальных несущих конструкций. Фундамент необходимо закладывать на одной отметке. В зданиях повышенной этажности глубину заложения фундаментов рекомендуется увеличивать за счет устройства коробчатых фундаментов. При свайных фундаментах рекомендуется применять забивные сваи, а не набивные. Для многоэтажных каркасных зданий часто применяют фундаменты в виде перекрестно- ребристой или сплошной плиты. Ограждающие навесные конструкции следует выполнять из легких навесных панелей. Крупнопанельные здания следует проектировать с продольными и поперечными стенами одинаковой жесткости. Расстояния между поперечными стенами не более 6м. Этажность зданий с несущими каменными стенами не должна превышать в районах с сейсмичностью 7,8,9 соответственно 6, 5 и 4 этажей. Расстояние между осями поперечных стен от 9 до 18м. Во всех продольных и поперечных стенах устраивают антисейсмические пояса, ширина которых принимается на все толщу стены или меньше на 0,5кирпича с наружной стороны, высота пояса не менее 150мм. Антисейсмический пояс (с опорным участком перекрытия) должен устраиваться, как правило, на всю ширину стены; в наружных стенах толщиной 500 мм и более ширина пояса может быть меньше на 100-150 мм. Высота пояса должна быть не менее 150 мм, марка бетона— не ниже 150. В уровне перекрытий и покрытий должны устраиваться антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам, выполняемые из монолитного железобетона или сборными с замоноличиванием стыков и непрерывным армированием. Антисейсмические пояса верхнего этажа должны быть связаны с кладкой вертикальными выпусками арматуры. Несущие конструкции первых этажей, включающие магазины, выполняют из монолитного жб. Устройство лоджий допускается в районах с сейсмичностью до 8 баллов. Лестницы – крупносборные с заделкой опорных частей в кладку не менее чем на 250мм. Несущие кирпичные и каменные стены должны возводиться, как правило, из кирпичных или каменных панелей или блоков, изготавливаемых в заводских условиях с применением вибрации, или из кирпичной или каменной кладки на растворах со специальными добавками, повышающими сцепление раствора с кирпичом или камнем. Расчет каменных конструкций должен производиться на одновременное действие горизонтально и вертикально направленных сейсмических сил. В сопряжениях стен в кладку должны укладываться арматурные сетки. Сейсмостойкость каменных стен здания следует повышать сетками из арматуры, созданием комплексной конструкции, предварительным напряжением кладки или другими экспериментально обоснованными методами. Перемычки должны устраиваться, как правило, на всю толщину стены и заделываться в кладку на глубину не менее 350 мм. Демпфер— устройство для гашения (демпфирования) колебаний или предотвращения механических колебаний. Виброконтроль является системой устройств для уменьшения сейсмической нагрузки на здания и сооружения. Все эти устройства можно классифицировать как пассивные, активные и гибридные . Ниже кратко описаны некоторые устройства и методы виброконтроля. Обычно, инерционный демпфер, называемый также инерционный гаситель, который является одним из устройств для вибрационного контроля, представляет собой массивный бетонный блок, установленный на высотном здании или другом сооружении, который колеблется с резонансной частотой данного объекта с помощью специального пружин подобного механизма под сейсмической нагрузкой. Для этой цели, например, инерционный демпфер небоскреба Тайбэй 101 оборудован двумя маятниковыми подвесками, на 92-ом и 88-ом этажах, весящими 660 тонн каждая. Демпфирование вертикальной конфигурацией предназначено для улучшения работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой за счёт предотвращения резонансных колебаний с помощью дисперсии сейсмической энергии проникающей в эти здания и сооружения. Пирамидальные постройки не перестают привлекать внимание архитекторов и инженеров также благодаря их большей устойчивости при ураганах и землетрясениях. Конический профиль здания не является обязательным для этого метода вибрационного контроля. Аналогичный эффект может быть достигнут с помощью соответствующей конфигурации таких характеристик как массы этажей и их жесткости. Пружинный демпфер является изолирующим устройством, подобным по замыслу свинцово-резиновой опоре. Два небольших трехэтажных дома с такими устройствами, расположенными в Санта Монике (Калифорния), были проэкзаменованы Нортриджским землетрясением в 1994 году. Свинцово-резиновая опора— это сейсмическая изоляция, предназначенная для улучшения работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой за счёт интенсивного демпфирования сейсмической энергии, проникающей через фундаменты в эти здания и сооружения. На фото справа показано испытание свинцово-резиновой опоры сделанной из резинового цилиндра со свинцовым сердечником. Однако механически податливые системы, какими являются сейсмически изолированные сооружения со сравнительно низкой горизонтальной жесткостью, но со значительной так называемой демпфирующей силой, могут испытывать значительные перегрузки, вызванные при землетрясении как раз этой силой Проектирование зданий в условиях сухого и жаркого климата. Особенности объемно-планировочных и конструктивных решений в условиях сухого и жаркого климата (сквозное горизонтальное и вертикальное проветривание, солнцезащитные системы,). В районах с жарким климатом, к которым относятся в основном районы среднеазиатских республик, расположенные южнее 45-й параллели, а также некоторые районы Кавказа, специфическими мероприятиями являются рациональная ориентация оконных проемов и защита помещений от избыточной солнечной радиации. Для снижения уровня радиационных воздействий рекомендуют окраску и отделку стен и покрытий зданий материалами светлых тонов и другие защитные устройства, соответствующие местным условиям: увеличенные свесы кровель, солнцезащитные экраны и козырьки над оконными проемами, лоджиями, балконами и т. п. Важнейшее мероприятие — применение конструкций стен и покрытий, исключающих перегрев зданий летом. В этих целях применяют, например, слоистые конструкция стен и покрытий с продухами, расположенными за теплоотражающими экранами. В продухах обеспечивают движение наружного воздуха, что способствует охлаждению конструкций в условиях летнего перегрева. |