В.7 Трехкомпонентная пружинно-демпферная система. Упругие витые пружины с многокомпонентными (3D) вязкоупругими демпферами

⇐ ПредыдущаяСтр 34 из 34

В.7.1 Система ТПДС состоит из упругих витых пружин, несущих статическую и сейсмическую нагрузку и параллельно включенных многокомпонентных ВД, обеспечивающих в широких пределах необходимое демпфирование для сейсмоизолированной системы (рисунки В.12, В.13).

Рисунок В.12 - Установка ТПДС при параллельном размещении блока витых пружин и ВД

Рисунок В.13 - Принципиальная схема разрезного фундамента с сейсмоизоляцией ТПДС

В.7.2 Варьирование параметрами витых пружин позволяет получить необходимые первые собственные частоты сейсмоизолированной системы в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно доминантной частоты сейсмического воздействия (рисунок В.14, а), а демпферы ВД обеспечивают систему необходимым демпфированием во всех степенях свободы, что позволяет существенно сократить перемещения сейсмоизолированной системы при сохранении ее высокой изолирующей способности (рисунок В.14, б).

В.7.3 Несущая способность блоков витых пружин находится в диапазоне от 1 до 7000 кН.

Блок витых пружин имеет линейную зависимость "сила-перемещение" во всем диапазоне нагрузок и перемещений в вертикальном и горизонтальном направлениях (рисунок В.14, б).

В.7.4 Максимальные сейсмические перемещения блоков пружин могут достигать 300 мм и более.

Рисунок В.14 - Блок витых пружин для пространственной 3D изоляции (а); линейная зависимость "сила-перемещение" для витой пружины (б)

В.7.5 Многокомпонентные ВД (рисунок В.15) имеют нелинейную частотную демпфирующую характеристику. Их динамическая жесткость состоит из упругой и неупругой (вязкой) частей и описываются 4-звенной динамической моделью Максвелла (рисунок В.16).

Рисунок В.15 - Вязкоупругий пространственный 3D демпфер (а); зависимость "сила-перемещение" для ВД (б)

Рисунок В.16 - Зависимость вязкоупругой реакции демпфера от частоты нагружения

Приложение Г

Методика расчета сооружений на воздействия, соответствующие контрольному землетрясению, во временной области с применением инструментальных или синтезированных акселерограмм

Г.1 При выполнении расчетов сооружений с учетом сейсмических воздействий следует применять две расчетные ситуации:

- сейсмические нагрузки соответствуют РЗ;

- сейсмические нагрузки соответствуют КЗ.

На действие КЗ рассчитывают законструированные по результатам РЗ сечения и элементы здания, сооружения. Целью расчетов на действие КЗ является оценка общей устойчивости, неизменяемости, однородности конструкций сооружения, допустимости уровня ускорений, перемещений, скоростей в элементах здания, сооружения, способности конструкций здания к перераспределению внешнего сейсмического воздействия за счет формирования пластических шарниров и иных нелинейных эффектов.

Расчеты по перечислению б) следует применять для зданий и сооружений, перечисленных в позициях 1 и 2 таблицы 4.2.

Г.2 При выполнении расчетов по уровням РЗ и КЗ принимают одну карту сейсмичности района строительства в соответствии с 4.3.

Г.3 При выполнении расчетов, соответствующих КЗ, во временной области с применением инструментальных или синтезированных акселерограмм следует задавать жесткостные характеристики конструкций здания, соответствующие прогнозируемому или назначаемому уровню деформирования или повреждения его элементов. Учет нелинейного характера зависимости между величиной внешнего воздействия и деформациями (перемещениями) конструкций может выполняться как путем прямого задания диаграммы деформирования, так и с применением различных способов линеаризации. Для расчетов во временной области максимальные амплитуды инструментальных или синтезированных ускорений в уровне основания сооружения следует принимать не менее 1,0; 2,0 или 4,0 м/с при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно и умножать на коэффициент по таблице 4.2.

В расчетах с учетом нагрузок, соответствующих КЗ, во временной области следует принимать коэффициент =1.

Г.4 При расчетах во временной области, соответствующих КЗ, с применением инструментальных или синтезированных акселерограмм рассматриваются вынужденные колебания системы под влиянием внешнего воздействия. Решается задача вида:

где K - матрица жесткости системы;

М - матрица масс;

С - матрица демпфирования;

U(t) - вектор перемещений;

F(t) - вектор узловых сил, характеризующий внешнее динамическое воздействие.

Расчеты следует выполнять с применением акселерограмм, разработанных или адаптированных для площадки строительства, а также с учетом возможности развития в элементах неупругих деформаций и локальных хрупких разрушений с использованием апробированных программных комплексов.

Г.5 Для определения сейсмических воздействий допускается использовать перечисленные ниже методы или их комбинации, которые можно объединить в три основные группы:

Г.5.1 Методы, использующие записи сильных землетрясений максимального расчетного уровня, имевших место на площадке, или имеющиеся аналоговые записи сильных землетрясений.

Г.5.2 Методы, основанные на моделях разлома:

- теоретический метод;

- полуэмпирический метод.

Г.5.3 Методы, использующие стандартные спектры:

- методы синтезирования расчетных акселерограмм и спектров действия с установленными оценками параметров движений грунта при расчетных воздействиях во временной и (или) спектральной форме.

Г.6 Сейсмические воздействия в зависимости от степени изученности сейсмотектонических и грунтовых условий площадки могут быть определены любым из методов или несколькими методами одновременно: нормативным, эмпирическим, полуэмпирическим и аналитическим. Должны быть получены наиболее вероятные значения параметров сейсмических воздействий и оценка их неопределенности. Применимость каждого из использованных методов должна быть обоснована.

Г.7 При выборе методов определения сейсмических колебаний грунта для проектных основ следует отдавать предпочтение эмпирическому методу, использующему записи сильных движений от землетрясений на площадке максимального расчетного уровня, поскольку они наиболее удовлетворяют реальной площадке.

Г.8 Применение полуэмпирического метода предпочтительно в случае отсутствия записей сильных движений, но при наличии данных о параметрах разлома и распределении скоростей между разломом и площадкой.

Г.9 Теоретический метод следует применять при наличии записи движений на площадке при слабых землетрясениях, а также параметров разлома, генерирующего РЗ.

Г.10 Нормативный метод применяется при ограниченной сейсмологической информации о площадке строительства, такой как магнитуда РЗ и расстояние до очага. В этом методе сейсмические воздействия синтезируются по стандартному спектру реакции или спектральной плотности, продолжительности и огибающей, зависящей от времени.

Г.11 Аналитический метод применяется в случае отсутствия конкретной информации о площадке. Данный метод рекомендуется для ограниченного применения и получения предварительных оценок.

Г.12 Сейсмические колебания могут быть представлены в виде записей ускорения грунта во времени и соответствующими параметрами (скоростью и перемещением).

Г.13 Если для расчета требуется пространственная модель сооружения, сейсмические колебания должны состоять из трех одновременно действующих акселерограмм. Одна и та же акселерограмма не может быть использована одновременно вдоль обеих горизонтальных направлений.

Г.14 В зависимости от характера применения и фактически имеющейся информации описание сейсмического воздействия может быть выполнено с использованием искусственных акселерограмм (см. Г.15), а также записанных или синтезированных акселерограмм (см. Г.19).

Г.15 Искусственные акселерограммы должны быть созданы таким образом, чтобы соответствовать форме упругого спектра отклика максимальных ускорений для соответствующих категорий грунта по сейсмическим свойствам для вязкого затухания 5% критического ( =5%).

Г.16 Продолжительность акселерограмм должна соответствовать магнитуде и другим важным параметрам сейсмического события, лежащим в основе установления расчетного максимального ускорения .

Г.17 Если отсутствуют данные, характерные для конкретной площадки, минимальная продолжительность установившейся части акселерограмм должна равняться 10 с.

Г.18 Набор искусственных акселерограмм должен соответствовать требованиям Г.18.1-Г.18.3:

Г.18.1 Следует использовать не менее трех акселерограмм.

Г.18.2 Среднее значение спектральных ускорений нулевого периода (вычисленное по отдельным записям колебаний во времени) не должно быть меньше значения для рассматриваемой площадки.

Г.18.3 В диапазоне периодов от 0,2 до 2 , где - основной период колебаний сооружения в направлении, для которого будет применяться акселерограмма, ни одно среднее значение упругого спектра отклика с затуханием 5%, вычисленное по всем записям колебаний во времени, не должно быть меньше 90% соответствующего значения упругого спектра отклика с затуханием 5%.

Г.19 Записанные или синтезированные акселерограммы могут применяться с использованием физического моделирования механизмов источника, эпицентрального расстояния и пути прохождения сейсмической волны через грунты при условии, что записи разработаны с учетом сейсмогенных свойств источника воздействия и грунтовых условий, характерных для площадки, а их значения нормированы к значению для рассматриваемого района.

Г.20 Анализ свойств грунта на возможное увеличение эффектов при сейсмических воздействиях и проверку динамической устойчивости склона следует проводить в соответствии с СП 22.13330 .

Г.21 Используемый набор записанных или синтезированных акселерограмм должен соответствовать требованиям Г.15.

Г.22 Сейсмические колебания грунта на площадке зависят от следующих основных факторов:

- положение активных разломов и их параметров (длина, глубина заложения, направление движения, скорость движения);

- положение зон ВОЗ и их параметров (максимальная магнитуда, глубина очага, механизм очага, параметры сейсмического режима);

- удаление площадки от центра активного разлома или зоны ВОЗ;

- характеристика затухания интенсивности сейсмических волн и изменения спектрального состава колебаний на пути распространения колебаний от потенциального очага землетрясения до площадки;

- сейсмические характеристики грунтовых условий площадки (скорость распространения поперечных сейсмических волн, их коэффициенты демпфирования, плотность и мощность слоев грунта).

Г.23 Исходные сейсмические колебания грунта должны быть получены с учетом конкретных сейсмотектонических грунтовых условий площадки.

Г.24 Должны быть определены две ортогональные горизонтальные и одна вертикальная компоненты колебаний грунта.

Г.25 Максимальные значения параметров сейсмических колебаний грунта следует определять по результатам СМР на площадке строительства.

Г.26 В качестве источника (функций Грина) при моделировании расчетного сейсмического воздействия необходимо принять широкополосные процессы, отражающие степень неопределенности доминирующих частот исходного сейсмического колебания.

Г.27 При синтезировании трехкомпонентных акселерограмм необходимо обеспечивать их статистическую независимость. Две акселерограммы считаются статистически независимыми, если абсолютное значение коэффициента корреляции не превышает 0,3: