ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 329
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Сейсмический толчок вызывает низкочастотные колебания сооружений. Поскольку они обладают большой массой, то при колебаниях возникают значительные силы инерции, в результате чего в различных местах конструкций генерируются высокие механические напряжения (сжатия-растяжения и сдвига), которые могут превысить прочность материала в том или другом месте и привести к повреждениям или даже к обрушению всего сооружения. Поэтому в сейсмичных районах возводятся здания с антисейсмическим усилением в уязвимых местах конструкции. Проектирование осложняется тем, что в зависимости от спектра толчка, угла подхода волн к поверхности, типа и жесткости сооружения, формы и глубины заложения фундамента и других факторов могут одновременно возбуждаться разные пространственные формы (или моды) колебаний как сооружения в целом, так и его конструктивных частей. В общем случае сооружение как свободное тело в пространстве имеет шесть степеней свободы и соответствующие им разные пространственные формы, или моды колебаний: три простых поступательных перемещения (вертикальное и два горизонтальных) и три вращательных перемещения: маятниковые колебания, или боковая качка, - колебания вокруг продольной оси; галопирование, или продольная качка, - колебания вокруг поперечной оси; виляние - колебания вокруг вертикальной оси. Вибрации произвольного сооружения с фундаментом являются результатом наложения разных мод колебаний, для каждой из которых существует собственная частота колебаний.
12. Причины приращения сейсмической балльности по отношению к основным категориям грунтов. Влияние грунтовых условий на повреждаемость зданий.
| Тип грунтов | Название грунтов | V, км/час | Приращение бальности |
| Скальные | Граниты | 5,6 | |
| Известняки, сланцы, гнейсы (плотные) | 3,5-4,5 | 0,2-0,4 | |
| Песчаники плотные | 2,2-3 | 0,3-0,6 | |
| Известняки, сланцы, песчаники нарушенные | 1,5-2,3 | 0,7-1,1 | |
| Полускальные грунты | Гнейсы | 2,4-3 | 0,3-0,6 |
| Мергели | 2-2,6 | 0,7-1 | |
| Сцементированные пески | 1,4-1,9 | 1-1,2 | |
| Крупнообломочные грунты | Щебнистые и галечниковые | 1,3-2,1 | 0,9-1,3 |
| Гравийные (из кристаллических пород) | 1,2-1,9 | 1-1,4 | |
| То же из осадочных пород | 1,1-1,7 | 1,1-1,5 | |
| Песчаные грунты | Пески гравелистые и крупные | 1,1-1,6 | 1,2-1,4 |
| То же средней крупности | 1-1,4 | 1,3-1,6 | |
| Мелкие и пылеватые пески | 0,7-1,2 | 1,4-1,8 | |
| Глинистые грунты | Глины | 0,9-1,5 | 1,2-1,6 |
| Суглинки | 0,8-1,4 | 1,3-1,7 | |
| Супеси | 0,7-1,2 | 1,4-1,8 | |
| Суглинки и супеси рыхлые | 0,5-0,8 | 1,7-2,1 | |
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.