9844
.pdf
80
создана пространственная конечно-элементная модель каркасного здания гостиницы (рис.4а цв. вклейки). При расчете задавалась характеристическая ветровая нагрузка. Согласно методике, предложенной в [12,13], была выполнена оценка податливости здания, определена круговая частота и форма собственных колебаний здания (рис.4,б цв. вклейки), которая составила: = 15,87 с−1.
По результатам расчета конечно-элементной модели гостиницы были определены статические напряжения в наиболее опасном сечении колонны от ветровой нагрузки при характеристическом значении скорости ветра (5 м/с). Однако скорость ветрового потока не является постоянной величиной, реальное ее распределение за определенный период времени приводится на рис. 2.
Рис.2. Инструментальная запись изменения скорости ветра во времени
Динамические напряжения, возникающие в колонне, зависят от двух факторов:
-реальной скорости ветра, увеличивающей статическую составляющую напряжения;
-соотношения частоты ветровых порывов и собственной частоты
здания.
Таким образом, динамическое напряжение может быть определено по формуле:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σд = σст ∙ ν ∙ μ, |
(1) |
где ν = |
p |
– коэффициент увеличения скорости; |
|
|||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
p – реальная скорость потока; |
|
|||||||||
0 – характеристическая скорость ветрового потока; |
|
|||||||||
μ = |
|
|
|
|
1 |
|
|
– динамический коэффициент; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
√(1− |
θ2 |
)2+γ2 |
θ2 |
|
||||||
|
ω |
2 |
ω |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
θ – круговая частота ветровых порывов (определена по рис. 6)
81
ω – круговая частота собственных колебаний здания (1 форма СК); γ =0,1 – коэффициент неупругого сопротивления здания, стеновые
заполнения которого существенно влияют на рассеивание энергии.
На рис.3 приводится история напряжений, определенных с помощью рис.6. и соотношения (1).
Рис.3. График изменения реальных напряжений
Для оценки поврежденности материала в наиболее опасном сечении был использован скалярный параметр Ψ (х,y,z,t), характеризующий относительную плотность равномерно рассеянных в единице объема микродефектов. Этот параметр равен нулю, когда повреждения отсутствуют, и близок к единице в момент образования макродефектов, способствующих разрушению конструкции [4-8].
Для определения количества циклов до разрушения может быть использована методика, предложенная в [5], основанная на построении кривой усталости Веллера [14] для стали С440 [14] (рис. 4).
Рис. 4. Диаграмма Веллера для углеродистой стали С440. [N] – количество циклов до разрушения при размахе напряжений σв.
По сопоставлению истории напряжений с наибольшим размахом 0,8 кН/см2 (рис. 3) и построенной кривой усталости Веллера (рис. 4), можно сделать вывод, что при действии только характеристической ветровой нагрузки, накопления повреждений в колонне не происходит, несмотря на динамические эффекты, а материал обладает условно-неограниченным ресурсом.
В то же время, в районе строительства наблюдаются частые штормовые ветры со скоростью до 35-40 м/с, что может привести к увеличению
82
коэффициента ν. При этом собственная частота здания лежит в диапазоне возможных частот штормовых порывов (рис. 5), в результате чего здание находится в околорезонансной зоне.
В результате происходит резкое увеличение динамических нагрузок в наиболее опасном сечении колонны. История напряжений при штормовом ветре представлена на рис. 6.
Рис. 5. Инструментальная запись изменения скорости штормового ветра
Рис.6. График изменения реальных напряжений при штормовых порывах
83
Кривая усталости показывает, чему равняется количество циклов до разрушения при заданном размахе напряжений. Таким образом, может быть получено значение приращения параметра поврежденности при различных значениях напряжений. Реальная диаграмма изменения напряжений (рис. 6) имеет ряд максимальных значений, каждому из которых будет соответствовать определенно приращение поврежденности. По сопоставлению диаграммы и построенной кривой усталости Веллера (рис. 4),
приращение поврежденности за 140 секунд составляет |
5,0169 ∙ 10−4. |
По данным гидрометцентра по Камчатскому краю за последние три года, штормовые ветры повторяются 2-3 раза в год, скорость порывов ветра может достигать 36 м/с, а постоянная скорость ветра – 28 м/с. Такой ветер может продолжаться на протяжении нескольких часов (около 5 часов) [15]. За это время происходит примерно 75 циклов с максимальным размахом напряжений равным 43,5 кН/см2 (рис. 6). При близости частот приращение поврежденности за время штормового ветра может достичь 0,0376. Иначе говоря, ресурс материала в опасном сечении снижается на 3-4%.
Увеличение поврежденности приводит к общей деградации свойств материалов, уменьшению модуля упругости, прочности. В результате этих необратимых процессов может произойти изменение отношений жесткостей, что приведет к изменению расчетной схемы и к итоговому изменению расчетных усилий, а также повлияет на динамические характеристики здания (частоты и формы собственных колебаний).
Таким образом, рекомендуется проведение анализа остаточного ресурса конструкций, а также динамической паспортизации ответственных зданий не только после средних и сильных землетрясений, но и после штормовых ветровых воздействий в случае возникновения резонансных эффектов, регистрируемых ИСС, с целью обеспечения безопасной эксплуатации в данном регионе.
3. Общие рекомендации по организации самостоятельной работы
Для эффективного освоения дисциплины необходимо:
1.Знакомство с основной и дополнительной литературой, включая справочные издания, зарубежные источники, конспект основных положений, терминов, сведений, требующихся для запоминания и являющихся основополагающими в этой теме. Составление аннотаций к прочитанным литературным источникам и др.
2.Работа с конспектом лекций, подготовка ответов к контрольным вопросам.
3.Поиск литературы и составление библиографии, использование от 3 до 5 научных работ, изложение мнения авторов и своего суждения по выбранному вопросу, изложение основных аспектов проблемы.
84
4.Ознакомиться со структурой и оформлением РР.
5.Выполнение домашних заданий.
6.При подготовке к экзамену необходимо ориентироваться на конспекты лекций, рекомендуемую литературу, выполненные РР и др.
Вопросы для подготовки к экзамену
1.Общие сведения динамики конструкций и сооружений.
2.Виды динамических нагрузок.
3.Виды расчетных схем конструкций.
4.Определение собственных колебаний систем с одной степенью свободы.
5.Определение собственных колебаний систем с несколькими степенями свободы.
6.Определение форм собственных колебаний.
7.Особенности и причины возникновения крутильных колебаний строительных конструкций при землетрясении.
8.Причины возникновения землетрясения. Волновая теория землетрясения.
9.Механизм возникновения кручения здания.
10.Причины возникновения крутильных деформаций.
11.Основные принципы проектирования зданий в районах с повышенной сейсмичностью.
12.Теоретические аспекты определения частот собственных колебаний многоэтажных зданий.
13.Определение центра масс здания.
14.Определение центра жесткости здания.
15.Определение масс в уровне перекрытий.
16.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний здания без учета упругого основания.
17.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний здания с учетом податливости основания.
18.Расчет частот поступательных колебаний здания с учетом и без учета податливости основания.
19.Составление матрицы податливости.
20.Определение эквивалентной жесткости.
21.Определение собственной частоты изгибных колебаний.
22.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний на примере однопролетного стержня на жесткой опоре
85
и упругом основании, используя комплекс программ, входящих в
SCAD.
23.Определение первой собственной частоты крутильных колебаний здания.
24.Определение первой собственной частоты крутильных колебаний здания.
25.Определение первой собственной частоты крутильнопоступательных колебаний с учетом и без учета податливости основания.
Печатные и электронные издания
1.Амосов А.А.. Основы теории сейсмостойкости сооружений : учебное пособие. / Амосов А.А., Синицын С.Б. ; Амосов А.А.; Синицын С.Б.. – Москва
:АСВ,2010.–136c. https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930930832.html. URL:– ISBN ISBN 978-5-93093-083-2.
2.Бирюлев Владимир Владимирович. Проектирование металлических конструкций : спец. курс : учеб. пособие для вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / Бирюлев Владимир Владимирович, Кошин И. И., Крылов И. И., Сильвестров А. В. ; под ред. В. В. Бирюлева. – Ленинград : Стройиздат.
Ленингр. отд-ние, 1990. – 431 с. – ISBN ISBN 5-274-01065-2.
3.Городецкий А.С.. Компьютерные модели конструкций : учебник. / Городецкий А.С., Евзеров И.Д. ; Городецкий А.С.; Евзеров И.Д.. – Москва :
АСВ, 2009. – 360 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930936384.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-638-4.
4.Добромыслов А.Н.. Проектирование строительных конструкций на динамические воздействия : учебное пособие. / Добромыслов А.Н. ; Добромыслов А.Н.. – Москва : АСВ, 2020. – 282 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785432303035.html. – ISBN ISBN 978- 5-4323-0303-5.
5.Добромыслов А.Н.. Примеры динамических расчетов железобетонных сооружений : учебно-методическое пособие. / Добромыслов А.Н. ; Добромыслов А.Н.. – Москва : АСВ, 2013. – 224 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930939750.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-975-0.
6.Добромыслов Андрей Николаевич. Проектирование строительных конструкций на динамические воздействия : учебное пособие. / Добромыслов Андрей Николаевич ; Москва : Издательство АСВ, 2019. – 282 с. – ISBN ISBN 978-5-43230303-5.
7.Ильяшев Алексей Сергеевич. Пособие по проектированию промышленных зданий : учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / Ильяшев Алексей Сергеевич, Тимянский Юрий Самуилович, Хромец Юрий
86
Николаевич ; под общ. ред. Ю. Н. Хромца. – Москва : Высш. шк., 1990. – 304
с. – ISBN ISBN 5-06-001041-4.
8.Перельмутер А.В.. Управление поведением несущих конструкций : учебное пособие. / Перельмутер А.В. ; Перельмутер А.В.. – Москва : АСВ, 2011. – 184 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930938043.html. – ISBN ISBN 978-5-93093-804-3.
9.Перельмутер Анатолий Викторович. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / Перельмутер Анатолий Викторович, Сливкер Владимир Исаевич ; Москва : ДМК, 2007. – 596 с. – ISBN ISBN 5-94074-352-
10.Синицын С. Б.. Теория сейсмостойкости : Курс лекций. / Синицын С. Б. ; Синицын С. Б.. – Москва : Московский государственный строительный университет, ЭБС АСВ, 2014. – 88 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/23752.html. – ISBN ISBN 978-5-7264-0789-0.
11.Синицын С.Б.. Лекции по теории сейсмостойкости : учебное пособие. / Синицын С.Б. ; Синицын С.Б.. – Москва : АСВ, 2014. – 88 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785432300478.html. – ISBN ISBN 978- 5-4323-0047-8.
12.Хазов П. А.. Резонансный анализ каркасного здания при сейсмических воздействиях различных частотных диапазонов / Хазов П. А., Генералова А. А., Воробьева А. Е. // Приволжский научный журнал2019. – № 4. - С. 56-64 ..
13.Хазов П. А.. Резонансный анализ конструктивных схем каркасного здания с учетом податливости основания при ветровых и штормовых воздействиях / Хазов П. А., Санкина Н. В. // Приволжский научный журнал2019. – № 3. - С.
18-27..
14.Хазов П. А.. Оценка коэффициентов пульсации ветровой нагрузки на большепролетное покрытие спортивно-зрелищного сооружения / Хазов П. А., Лампси Б. Б, Цветкова Т. С., Борискина Е. С. // Приволжский научный журнал2021. – № 2. - С. 16-25..
15.Хечумов Револ Артемьевич. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций : Учеб. пособие для студентов строит. спец. втузов. / Хечумов Револ Артемьевич, Кепплер Хартмут, Прокопьев Валерий Иванович ; Под общ. ред. Р.А. Хечумова. – Москва : Изд-во АСВ, 1994. – 351 с. – ISBN ISBN 5-87829-013-8.
16.Чернов Ю.Т.. ВИБРАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ. (Аналитические методы расчета. Основы проектирования и нормирования вибраций строительных конструкций, подвергающихся эксплуатационным динамическим воздействиям) : монография. / Чернов Ю.Т. ; Чернов Ю.Т.. – Москва : АСВ, 2011. – 384 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930937862.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-786-2.
17.Шерешевский Иосиф Абрамович. Конструирование промышленных зданий и сооружений : учеб. пособие для строит. спец. вузов. / Шерешевский Иосиф Абрамович ; Санкт-Петербург : ООО "Юнита", 2001. – 167 с.
87
18.Шляхов, С. М.. Сейсмостойкость сооружений. В 2 частях. Ч. 1 : учебное пособие. / Шляхов, С. М., Кривулина, Э. Ф. ; С. М. Шляхов, Э. Ф. Кривулина.
– Саратов : Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина, ЭБС АСВ, 2020. – 84 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/108700.html. – ISBN ISBN 978-5-7433-3406-3.
19.Шумейко В. И.. Об особенностях проектирования уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений / Шумейко В. И., Кудинов О. А. // Инженерный вестник Дона2013. – № 4. - С. 1-11.. – URL: URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2164.
Методические материалы по дисциплине
1.Лампси Борис Борисович. Устойчивость и основы динамики сооружений : учеб.-метод. пособие по подгот. к лекциям по дисциплине "Устойчивость и основы динами сооружений" для обучающихся по направлению подгот. 08.05.01 Стр-во уникал. зданий и сооружений специализация Стр-во высот. и большепролет. зданий и сооружений. / Лампси Борис Борисович, Юдников Сергей Георгиевич ; Нижегор. гос. архит.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2016. – 1 CD ROM. – URL: URL: http://catalog.nngasu.ru/MarcWeb2/.
2.Лампси Борис Борисович. Сборник задач и упражнений по устойчивости стержневых систем : учеб.-метод. пособие по подгот. к практ. занятиям и выполнению расчет.-граф. работы по дисциплине "Устойчивость и основы динамики сооружений" для обучающихся по направлению подгот. 08.05.01 Стр-во уникал. зданий и сооружений специализация Стр-во высот. и большепролет. зданий и сооружений. / Лампси Борис Борисович, Юдников Сергей Георгиевич ; Нижегор. гос. архит.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2016. – 1 CD ROM. – URL: URL: http://catalog.nngasu.ru/MarcWeb2/.
88
Хазов П.А.
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям и практическим занятиям по дисциплине Б.1.В.07 «Теория расчета и проектирования»
(включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) для обучающихся по направлению подготовки
08.04.01 «Строительство», направленности (профили) Промышленное и гражданское строительство: проектирование Искусственный интеллект в строительной отрасли
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru