паипа. Вопросы для экзамена МРЦПК ответы. Вопросы для экзамена по предмету

• Название: Вопросы для экзамена по предмету
• Анкор: паипа
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 388.05 Kb.
• Имя файла: Вопросы для экзамена МРЦПК ответы.docx
• Тип: Вопросы для экзамена; #1150655
• страница: 5 из 8

25 Явление резонанса и квазирезонанса при сейсмическом воздействии.

Землетрясения относятся к числу наиболее поразительных и грозных явлений природы. Это настоящее бедствие для жителей высокосейсмичных районов. Города и селения превращённые в руины,множество погибших, колоссальный материальный ущерб – вот та страшная дань,которую ежегодно собирает с человечества подземная стихия. Долгое время люди не понимали природы происходящего. Города, а в древности и целые государства погибали от сильнейших подземных толчков. Не удивительно, что изучению землетрясений и описанию их последствий посвящено большое количество работ. В них изложены геофизические, главным образом сейсмологические, методы изучения землетрясений, достаточно полно показан современный уровень наших знаний о природе землетрясений и о способах ослабления сейсмической угрозы. Однако следует отметить некоторую однобокость современного направления сейсмической науки, которая выражается в непомерном увлечении силовой составляющей сейсмического воздействия – ускорениемсейсмических волн. Очень важная составляющая землетрясений – частотный состав остаётсяза пределами внимания и,как следствие, здания не получают защиты от резонансного воздействия. (Материал изложен в статье «Пределы применимости теории сейсмостойкости». Такой подход оправдывает себя при слабых землетрясениях, когда продолжительность воздействия мала и резонансное состояние просто не возникает. При сильных землетрясениях, с продолжительностью 40 – 100 сек. резонанс, как правило, проявляет своё воздействие и приводит к неожиданным, подчас трагическим результатам. Представляется целесообразным проследить степень накопления научной информации в процессе изучения последствий разрушительных землетрясений. Давно замечено, что большинство разрушительных землетрясений происходят в годы «спокойного солнца» т.е.при минимальной солнечной активности. Ещё А.Л. Чижевский в своей работе «Земное эхо солнечных бурь» отмечает выраженную зависимость тектонических движений земной коры от состояния солнечной активности. Ниже приводится перечень землетрясений принимаемых к рассмотрению: Верненское 1887 год, М=7,3; Кеминское 1911 год, М=8,2; Скопле (Югославия) 1963 год, М=6; Вартское 1967 год, М=7; Мехико 1965 год, М=7; Каракас 1967 год, М=7; Газли 1976 год, М=7,3; Спитакское (Армения) 1988 год, М=6,9. Перечисленные землетрясения являются хорошо изученными и дают возможность проведения серьёзного анализа как в сейсмике, так и в сейсмологии. Рассмотрим их по наличию частотного состава.

1. Верненское землетрясение. (1) Магнитуда = 7,3, очаг располагался

в 10-12 км к югу от Верного. По определению профессора Петербургского Горного института И.В. Мушкетова площадь землетрясения составляла около 2,0 тыс. вадратныхкилометра. Землетрясение имело очаг близко от поверхности. Разрушено 1799 каменных 839 деревянных одно и двухэтажных здания. В черте г. Верного образовались трещины до 1,5 м шириной. В течение двух последующих лет зафиксировано около 600 афтершоков. Научные выкладки И. Мушкетова легли в основу «Правил о возведении зданий наиболее устойчивых от разрушительных действий землетрясений на основании науки и опыта», которые были утверждены Семиреченским областным правлением. В 1892 году был приобретён сейсмограф и начата регистрация сейсмических воздействий.

26. Пластичность материала конструкций. Влияние свойства пластичности на несущую способность конструкций.

Упругостью называют свойство материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой формы материала деформируются. В качестве примера упругих материалов можно назвать резину, сталь, древесину.

Пластичность — это способность материала под влиянием действующих усилий изменять свои формы и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившуюся форму и размеры после снятия нагрузки.

Свойство материалов давать остаточные деформации называется пластичностью.

Пластичность  это положительное свойство материала. Она играет большую роль в обеспечении безопасности и надежности материалов конструкций. Чем длительнее развитие пластических деформаций, тем больше предел несущей способности (начало пластического деформирования) отдален от предела прочности (фактического разрушения материала).

Вследствии больших значений пластических деформаций, в десятки и сотни раз превышающих упругие, их развитие в перенапряженных элементах сложных конструктивных комплексов приводит к перераспределению и выравниванию усилий за счет догрузки менее напряженных элементов. Тем самым повышается работоспособность конструктивного комплекса в целом по сравнению с расчетными пределами.

Таким образом, работа материала в пластической стадии представляет огромный резерв прочности, благодаря которому конструкция, как правило, не разрушается в прямом смысле (нарушение целостности), а теряет несущую способность из-за больших остаточных деформаций.

Хрупкостью называется свойство материала, противоположное пластичности, т.е. склонность к разрушению при весьма малых остаточных деформациях.

Для оценки пластичности материала служат две характеристики: относительное остаточное удлинение  и относительное остаточное сужение .

Относительное остаточное удлинение определяют по формуле:

, (1)

где l₁  длина разорванного образца.

Как мы уже отмечали, в месте образования шейки получается значительное удлинение образца, поэтому величина  зависит от соотношения длиныl и диаметра образца. Для длинных образцов l=10d, для коротких  l=5d, соответственно  .

Относительное остаточное удлинение можно определить по диаграмме растяжения (см. рис. 1.). С точки разрыва образца М проводят линию параллельную ОА до пересечения с осью абсцисс. Отрезок OM₁ представляет собой остаточную деформацию образца, т.e.  , а отрезокM₁M₂  упругую деформацию в момент разрыва. Упругая деформация, как известно, исчезает со снятием нагрузки. Если образец разорван, то нагрузка исчезла. Упругая деформация изменяется по закону Гука, что на диаграмме изображается наклонной прямой ОА. Следовательно, для определения упругой деформации нужно провести линию параллельно ОА.

Относительное остаточное сужение определяют по формуле:

, (2)

где   площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Относительное остаточное сужение не зависит от длины образца.

Чем больше значения  и , тем пластичнее материал. К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь. Например, для стали Ст. =23-27%, =60-70%.

Менее пластичными являются дюраль и бронза, а слабопластичными материалами  большинство легированных сталей.

К хрупким материалам относятся чугун, камень, кирпич, бетон, стеклопластики и др. У них  <5%, а у некоторых материалов составляет доли процента, например, у чугуна 0,5%.

Деление материалов на пластичные и хрупкие носит условный характер, так как при некоторых условиях хрупкие материалы получают пластичные свойства (например, стекло при большом всестороннем сжатии приобретает свойства пластичного материала и разрушается как пластичный материал) и, наоборот, пластичные материалы приобретают хрупкие свойства (например, образец из пластичной слали при низкой температуре разрушается без образования шейки как хрупкий материал). Поэтому правильнее говорить не о пластичных и хрупких материалах, а об их пластическом и хрупком разрушении.

27. Из чего складывается и чем обеспечивается прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций и здания в целом.

Конструктивные схемы.

При проектировании здания после определения объемно – планировочного решения производится выбор конструктивной системы. Прочность, жесткость, устойчивость здания зависит от его конструктивной схемы. Конструктивная схема – это взаимное расположение конструктивных элементов здания. Конструктивные элементы – это самостоятельные части или элементы здания, каждый из которых имеет свое определенное назначение:

- фундаменты — это подземные конструкции, служащие опорой здания и предназначенные для передачи нагрузок на основание (грунт); стены наружные и внутренние — это ограждающие и несущие конструкции, служащие ограждением помещения от внешнего пространства или от соседних помеще-ний, воспринимающие нагрузку от других частей здания и передающие ее на фундаменты; колонны (столбы) — это вертикальные опоры, предназначенные для поддержания перекрытий и передающие нагрузку на фундаменты;

- перекрытия – это конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи, а также воспринимающие нагрузку и передающие ее на стены и столбы (колонны). Фундаменты, стены, колонны и перекрытия образуют жесткую коробку, которая называется несущий остов здания – это конструктивная основа здания.

Назначение несущего остова состоит:

в восприятии нагрузок, действующих на здание,

в обеспечении устойчивости к усилиям от этих нагрузок.

Любое здание или сооружение, независимо от его назначения, несет нагрузки и воздействия. Воздействия по своему характеру делятся на две группы

- силовые,

- несиловые.

К силовым (или механическим) относятся: нагрузки от собственной массы частей здания, от людей, мебели, оборудования, снега, от давления ветра и т. п. К несиловым относятся: атмосферные осадки, потоки тепла и влаги, вызванные разностями температур или разностями влажности наружного и внутреннего воздуха, шум и вибрация. Нагрузки делят на две группы: постоянные и временные. Постоянные — это нагрузки, которые действуют на конструкцию в течение всего периода ее существования – это собственный вес частей, элементов зданий и сооружений, вес и давление грунтов. Временные – это нагрузки, величины которых могут изменяться в процессе эксплуатации. К ним относятся: полезные нагрузки, т. е. функционально необходимые – это нагрузки от периодически пребывающих в помещениях людей, стационарного или передвижного оборудования, временных перегородок и т. п.

28. Закручивание симметричных и несимметричных зданий в плане при сейсмическом воздействии. Причины появления деформаций закручивания.

Аннотация. Крутильные воздействия при землетрясениях подтверждаются повреждением или обрушением торцевых стен. В строительные нормы требования по учету кручения зданий введены в 1981 г. При Спитакском землетрясении 1988 года (Армения) разрушилось много 9 этажных каркасно-панельных зданий. Характер их разрушения показал большие деформации стен и перекрытий от кручения. Пространственный расчет существующего пятиэтажного здания в г. Петропавловске-Камчатском подтвердил увеличение сейсмической нагрузки на торцевую раму, которая почти в 2 раза превысила нагрузку на среднюю раму. Давно замечено, что после серьезного землетрясения чаще и сильнее повреждаются, а иногда и обрываются торцевые стены. В каменных зданиях особенно чувствительны к разрушениям верхние менее пригруженные крайние углы здания, являющиеся элементами торцевых стен. При этом, чем длиннее здание, тем эти повреждения проявляются в большей степени. Такие разрушения характерны как для несимметричных, так и для симметричных зданий, как для жестких, так и для гибких зданий. Все это указывает на наличие крутильных воздействий при землетрясении.

Исследователи, в частности С. В. Поляков [1] еще в 1969 г. писал: «При определении сейсмических воздействий обычно исходят из предположения, что сооружение колеблется как система, у которой на одном и том же уровне в любой момент времени все точки плана находятся в одинаковой фазе по перемещениям, скорости и ускорениям при одинаковой амплитуде. В действительности в связи с тем, что прохождение сейсмических волн не мгновенно, а происходит с определенной конечной скоростью, зависящей от плотности и характеристик грунта, различные участки основания по длине здания колеблются синхронно с различными величинами ускорений, что вызывает в здании дополнительные продольные усилия сжатия-растяжения и горизонтального сдвига. В случае, если длина здания достигает величин, соизмеримых с длиной сейсмической волны, крутящий момент, возникающий в плане здания в связи с действием инерционных сил, может достичь очень больших величин».

Сказано лаконично и понятно для строителей. Сейсмологи здесь могли бы развить теорию «немгновенного» подхода волн к зданию и положению их друг на друга в связи с разноудаленностью здания от протяженности и направления очаговой зоны. В пересеченной, горной местности, как например, на Камчатке, особую роль играют интерференция (сложение-вычитание) и дифракция (огибание) волн, проявляющиеся из-за чередования рельефа из гор, равнин и впадин.

Вместе с тем, до недавнего времени строительные нормы игнорировали кручение от сейсмических волн и боролись с ним исключительно уменьшением габаритов здания, за счет разбивки длинных зданий деформационными швами на блоки длиной не более 60 м.

Первые требования по учету кручения зданий появились в строительных нормах в 1981 г. [2]. Там предлагалось кручение учитывать косвенным путем, т. е. при помощи смещения инерционных масс в здании на условный эксцентрисктет, равный 0.02 L, где L-длина здания. При этом считалось, что такой расчет необходимо делать для зданий длиной 30 м и более. Это увеличивало нагрузку на более удаленные от центра рамы и стены, в том числе торцовые, порядка на 10-15%, но и это был шаг вперед.

После Спитакского землетрясения 1988 года, когда разрушилось очень много 9- этажных каркасно-панельных зданий, характер разрушения которых показал очень большие деформации стен и перекрытий от кручения (несмотря на то, что все здания были более-менее симметричными, так как были типовыми), в строительные нормы с 1995 года было внесено изменение от увеличений в 5 раз условного эксцентриситета масс, который стал теперь равным 0.1 L.

Однако и этот эксцентриситет полагалось учитывать только для зданий длиной, равной и более 30 м. Чтобы проанализировать, что дает учет такого эксцентриситета, автор статьи сделал пространственный расчет существующего пятиэтажного здания терапевтического корпуса областной больницы в г. Петропавловске-Камчатском [4]. Здание запроектировано институтом «Камчатгражданпроект» в 1980 г. по региональной каркасно-панельной серии КПСМ. Длина здания 72 м, ширина 15 м, высота этажей 2.8 м. Шаг колонн в поперечном направлении 6+3+6 м, в продольном 6 м. Таким образом здание состоит из 13 поперечных рам, отстоящих друг от друга на расстоянии 6 м. Каркас имеет жесткие ригели в обоих направлениях и навесные шлакобетонные стеновые панели. Какие-либо диафрагмы жесткости и связи существуют. Колонны жестко заделаны в фундаменты, перекрытия выполнены из сборных железобетонных плит, замоноличенных в каждой ячейке рам 6х6 м, так что диски перекрытия можно считать жесткими в горизонтальной плоскости.

В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

Причины возникновения деформации твёрдых тел

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

Упругая и пластическая деформация

Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае, полностью). Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.