Построение расчетной Построение расчетной динамической модели с динамической модели с

использованием результатов использованием результатов инженерно-сейсмометрических инженерно-сейсмометрических

исследованийисследований сооруженийсооружений

Киселёв Д. В. (ОАО Сибирский «Оргстройпроект», г. Ангарск)Киселёв Д. В. (ОАО Сибирский «Оргстройпроект», г. Ангарск)

Бержинский Ю.А. (Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск)Бержинский Ю.А. (Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск)

ВведениеВведение

Основные этапы построения динамической модели Основные этапы построения динамической модели сооружениясооружения

  

Под Под физической модельюфизической моделью сооружения следует понимать по возможности сооружения следует понимать по возможности полное описание этого процесса в физически содержательных терминах. полное описание этого процесса в физически содержательных терминах.

  

Расчетная модельРасчетная модель сооружения описывает процесс в сооружения описывает процесс в физически физически содержательныхсодержательных терминах, но в отличие от физической модели в ней не терминах, но в отличие от физической модели в ней не учитываются факторы, не оказывающие заметного влияния на ход процесса.учитываются факторы, не оказывающие заметного влияния на ход процесса.

  

Под Под математической модельюматематической моделью процесса следует понимать уравнения и другие процесса следует понимать уравнения и другие соотношения, приведенные в расчетной модели, а также алгоритмы решения соотношения, приведенные в расчетной модели, а также алгоритмы решения уравнений.уравнений.

  

При формировании расчетной динамической модели при помощи При формировании расчетной динамической модели при помощи программных комплексов мы основываемся на физической модели сооружения. программных комплексов мы основываемся на физической модели сооружения. Под физической моделью сооружения следует понимать работу конструкций Под физической моделью сооружения следует понимать работу конструкций здания при внешнем нагружении. Физическая модель также должна содержать здания при внешнем нагружении. Физическая модель также должна содержать имеющиеся экспериментальные данные, относящиеся к рассматриваемому имеющиеся экспериментальные данные, относящиеся к рассматриваемому процессу, изложение гипотез, которые могут быть сформулированы по поводу процессу, изложение гипотез, которые могут быть сформулированы по поводу еще не изученных связей и соотношений между параметрами системы. Другими еще не изученных связей и соотношений между параметрами системы. Другими словами, физическая модель представляет собой содержательное отражение словами, физическая модель представляет собой содержательное отражение реальных явлений или процессов на уровне современных знаний.реальных явлений или процессов на уровне современных знаний.

При создании РДМ расчетчик часто сталкивается с рядом проблем При создании РДМ расчетчик часто сталкивается с рядом проблем использования типов КЭ и их жесткостей. В зданиях из монолитных использования типов КЭ и их жесткостей. В зданиях из монолитных конструкций, где все узлы жесткие, этих проблем меньше. Но при расчетах конструкций, где все узлы жесткие, этих проблем меньше. Но при расчетах зданий из сборных конструкций часто возникает множество проблем при учете зданий из сборных конструкций часто возникает множество проблем при учете податливости их соединения. податливости их соединения.

При создании РДМ можно придумать множество вариантов решения этих При создании РДМ можно придумать множество вариантов решения этих проблем, но насколько это соответствует реальности трудно сказать. Для этих проблем, но насколько это соответствует реальности трудно сказать. Для этих решений рассмотрены три реальных объекта, на которых проводились решений рассмотрены три реальных объекта, на которых проводились экспериментальные исследования. экспериментальные исследования.

Объекты, расчеты которых, основаны на результатах Объекты, расчеты которых, основаны на результатах инженерно-сейсмометрических исследований инженерно-сейсмометрических исследований

1. Трехэтажный фрагмент серии 1.120с.1. Трехэтажный фрагмент серии 1.120с.

Вибрационные испытания (г. Иркутск, 2004 г.)Вибрационные испытания (г. Иркутск, 2004 г.)

2.2. Лучевая 9-ти этажная блок-секция серии 1.120с. Лучевая 9-ти этажная блок-секция серии 1.120с.

Микродинамические испытания (г. Иркутск, 2008 г.)Микродинамические испытания (г. Иркутск, 2008 г.)

3. Зимний дворец спорта «Ермак» в г. Ангарске.3. Зимний дворец спорта «Ермак» в г. Ангарске.

Микродинамические испытания (г. Ангарск, 2009 г.)Микродинамические испытания (г. Ангарск, 2009 г.)

Фото трехэтажного фрагмента Фото трехэтажного фрагмента безригельного каркаса серии 1.120.сбезригельного каркаса серии 1.120.с

Конечно-элементная модель Конечно-элементная модель трехэтажного фрагмента трехэтажного фрагмента

безригельного каркаса серии 1.120.сбезригельного каркаса серии 1.120.с

Фото 9-ти этажной лечевой блок-Фото 9-ти этажной лечевой блок-секции серии 1.120с на улице секции серии 1.120с на улице

Баррикад в ИркутскеБаррикад в Иркутске

Конечно-элементная модель 9-ти Конечно-элементная модель 9-ти этажной лучевой блок-секции серии этажной лучевой блок-секции серии 1.120с на улице Баррикад в Иркутске1.120с на улице Баррикад в Иркутске

Фото зимнего дворца спорта Фото зимнего дворца спорта «Ермак» в г. Ангарске«Ермак» в г. Ангарске

Конечно-элементная модель Конечно-элементная модель зимнего дворца спорта «Ермак» в зимнего дворца спорта «Ермак» в

г. Ангарскег. Ангарске

1.1.Установка вибромашин на покрытие здания.Установка вибромашин на покрытие здания.2.2.Вибрационное воздействие на здание при помощи установленных вибромашин.Вибрационное воздействие на здание при помощи установленных вибромашин.3.3.Запись кинематических параметров здания в процессе испытания, с помощью Запись кинематических параметров здания в процессе испытания, с помощью

сейсмометрической станции. сейсмометрической станции. 4.4.Осмотр и запись поврежденных конструкций здания.Осмотр и запись поврежденных конструкций здания.Работа конструкций здания в упруго-пластической стадии.Работа конструкций здания в упруго-пластической стадии.

Вибромашины на покрытии здания

График ускорений при прохождении зоны резонансов

фрагмента

Методика проведения вибрационных испытаний

Методика проведения инструментальных измерений динамических характеристик здания при

микросейсмических воздействиях

1.1.Установка датчиков на конструкции здания.Установка датчиков на конструкции здания.2.2.Записи динамических характеристик здания под воздействием микросейсмических Записи динамических характеристик здания под воздействием микросейсмических

колебаний грунта.колебаний грунта.3.3.Обработка полученных данных.Обработка полученных данных.Здание представляет собой систему с дискретными массами, которая обладает Здание представляет собой систему с дискретными массами, которая обладает

фильтрационными свойствами. Такая система способна пропускать упругие волны с фильтрационными свойствами. Такая система способна пропускать упругие волны с определенными длинами, зависящими от конструкции и размеров здания. Под определенными длинами, зависящими от конструкции и размеров здания. Под воздействием микросейсмических колебаний грунта в здании возникают установившиеся воздействием микросейсмических колебаний грунта в здании возникают установившиеся микроколебания. На этом основана методика определения динамических характеристик микроколебания. На этом основана методика определения динамических характеристик зданий. Указанная методика известна как «метод стоячих волн».зданий. Указанная методика известна как «метод стоячих волн».

Работа конструкций здания в упругой стадии. Работа конструкций здания в упругой стадии.

1. Учет крепления сборных диафрагм жесткости и стеновых панелей.1. Учет крепления сборных диафрагм жесткости и стеновых панелей.2. Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментами.2. Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментами.3. Учет жесткости кирпичного заполнения.3. Учет жесткости кирпичного заполнения.4. Учет податливости сборных плит перекрытия.4. Учет податливости сборных плит перекрытия.5. Учет жесткости утеплителя для мембранных покрытий.5. Учет жесткости утеплителя для мембранных покрытий.

РЯД ПРОБЛЕМ ПРИ СОЗДАНИИ РАСЧЕТНО-РЯД ПРОБЛЕМ ПРИ СОЗДАНИИ РАСЧЕТНО-ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ (РДМ)ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ (РДМ)

Схема установки сборной ж.б.диафрагмы в домах серии Схема установки сборной ж.б.диафрагмы в домах серии 1.120с1.120с

Узел крепления сборной колонны с фундаментомУзел крепления сборной колонны с фундаментом

Крепление сборных плит перекрытияКрепление сборных плит перекрытия

Мембранное покрытие зимнего дворца спорта «Ермак» в г. Мембранное покрытие зимнего дворца спорта «Ермак» в г. АнгарскеАнгарске

Один из вариантов заключается в искусственном уменьшении жесткости самих Один из вариантов заключается в искусственном уменьшении жесткости самих диафрагм путем снижения модуля упругости с помощью понижающих коэффициентов.диафрагм путем снижения модуля упругости с помощью понижающих коэффициентов.

В 2004 году в г. Иркутске Институт земной коры совместно с ЦНИИСК им. В.А. В 2004 году в г. Иркутске Институт земной коры совместно с ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и ИрГТУ провел вибрационные испытания каркаса серии 1.120с, которые Кучеренко и ИрГТУ провел вибрационные испытания каркаса серии 1.120с, которые показали, что наибольшие повреждения получили не сами диафрагмы, а их шпоночные показали, что наибольшие повреждения получили не сами диафрагмы, а их шпоночные соединения с элементами каркаса и сварные стыки. Поэтому при формировании адекватной соединения с элементами каркаса и сварные стыки. Поэтому при формировании адекватной конечно-элементной модели основное внимание уделялось оценке жесткостей не столько конечно-элементной модели основное внимание уделялось оценке жесткостей не столько диафрагм, сколько их соединений с элементами каркаса.диафрагм, сколько их соединений с элементами каркаса.

При расчетах податливость закладных деталей учитывалась с помощью конечного При расчетах податливость закладных деталей учитывалась с помощью конечного элемента КЭ 55 (упругой связи). При изменении линейной жесткости упругих связей в элемента КЭ 55 (упругой связи). При изменении линейной жесткости упругих связей в диапазоне от 9х10диапазоне от 9х108 8 т до 1 т наблюдались изменения форм и периодов колебаний здания. В т до 1 т наблюдались изменения форм и периодов колебаний здания. В результате установлено, что решающую роль в формировании жесткости динамической результате установлено, что решающую роль в формировании жесткости динамической модели каркаса играет подбор жесткостей закладных деталей соединения диафрагм с модели каркаса играет подбор жесткостей закладных деталей соединения диафрагм с элементами каркаса.элементами каркаса.

Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментом моделировался с помощью Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментом моделировался с помощью КЭ 51 (связь конечной жесткости).КЭ 51 (связь конечной жесткости).

Пути решения проблем:Пути решения проблем:

1. Учет крепления сборных диафрагм жесткости и стеновых панелей;1. Учет крепления сборных диафрагм жесткости и стеновых панелей;2. Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментами.2. Учет податливости стыка сборных колонн с фундаментами.

Жесткости специальных КЭ использованных , при расчете Жесткости специальных КЭ использованных , при расчете трехэтажного фрагмента серии 1.120с.трехэтажного фрагмента серии 1.120с.

Динамические характеристики трехэтажного фрагмента Динамические характеристики трехэтажного фрагмента серии 1.120с.серии 1.120с.

Влияние жесткости упругих связей на Влияние жесткости упругих связей на динамические характеристики каркаса динамические характеристики каркаса

9-ти этажной лучевой блок-секции9-ти этажной лучевой блок-секции

Были выполнены динамические расчеты 9-ти этажной лучевой блок-секции Были выполнены динамические расчеты 9-ти этажной лучевой блок-секции с изменением модуля упругости кирпичного заполнения от минимальной с изменением модуля упругости кирпичного заполнения от минимальной величины до расчетного значения, соответствующего случаю монолитного (то величины до расчетного значения, соответствующего случаю монолитного (то есть абсолютно жесткого) крепления кирпичного заполнения к элементам есть абсолютно жесткого) крепления кирпичного заполнения к элементам каркаса.каркаса.

Анализ расчетных динамических характеристик здания, позволил подобрать Анализ расчетных динамических характеристик здания, позволил подобрать приведенное значение модуля упругости кирпичного заполнения с точки зрения приведенное значение модуля упругости кирпичного заполнения с точки зрения совпадения расчетных данных с результатами инструментальных измерений:совпадения расчетных данных с результатами инструментальных измерений:

•для внутренних кирпичных стен толщиной 250 мм Е = 2·10для внутренних кирпичных стен толщиной 250 мм Е = 2·105 5 т/мт/м22;;•для наружных стен слоистой конструкции (внутренний слой из кирпичной для наружных стен слоистой конструкции (внутренний слой из кирпичной

кладки толщиной 250 мм, наружный – из кирпичной кладки толщиной 120 мм и кладки толщиной 250 мм, наружный – из кирпичной кладки толщиной 120 мм и слой утеплителя толщиной 150 мм) Е = 2,5·10слой утеплителя толщиной 150 мм) Е = 2,5·105 5 т/мт/м22..

Пути решения проблем:Пути решения проблем:

3. 3. Учет жесткости кирпичного заполненияУчет жесткости кирпичного заполнения

Влияние приведенной жесткости заполнения на Влияние приведенной жесткости заполнения на динамические характеристики каркаса 9-ти этажной динамические характеристики каркаса 9-ти этажной

лучевой блок-секциилучевой блок-секции

Сравнение расчетных и экспериментальных Сравнение расчетных и экспериментальных динамических характеристик каркаса 9-ти этажной динамических характеристик каркаса 9-ти этажной

лучевой блок-секции серии 1.120случевой блок-секции серии 1.120с

При моделирование сборных плит перекрытия многие расчетчики При моделирование сборных плит перекрытия многие расчетчики пользуются способом объединения перемещений между совпадающими узлами пользуются способом объединения перемещений между совпадающими узлами плит перекрытия и ригелями. плит перекрытия и ригелями.

При моделировании податливости сборных плит перекрытия в РДМ зимнего При моделировании податливости сборных плит перекрытия в РДМ зимнего дворца спорта «Ермак» были использованы КЭ 55 (упругая связь) с жесткостями дворца спорта «Ермак» были использованы КЭ 55 (упругая связь) с жесткостями ХХ, Y, Z = 9, Y, Z = 9··101099т/м и т/м и UX, UY, UZUX, UY, UZ = 0,001 т·м/рад. Положительная сторона этого = 0,001 т·м/рад. Положительная сторона этого способа в том, что изменяя жесткости КЭ 55 можно контролировать податливость способа в том, что изменяя жесткости КЭ 55 можно контролировать податливость соединения как по поступательным направлениям, так и момент заделки. соединения как по поступательным направлениям, так и момент заделки.

Пути решения проблем:Пути решения проблем:

4. Учет податливости сборных плит перекрытия.4. Учет податливости сборных плит перекрытия.

При проектировании зимнего дворца спорта «Ермак» в г. Ангарске было выполнено При проектировании зимнего дворца спорта «Ермак» в г. Ангарске было выполнено несколько расчетов конструкций данного здания. В результате были получены периоды несколько расчетов конструкций данного здания. В результате были получены периоды первой формы колебания мембранного покрытия Т = 5,0 сек и Т = 2,5 сек. первой формы колебания мембранного покрытия Т = 5,0 сек и Т = 2,5 сек.

В 2009 году были проведены микродинамические обследования данного здания, В 2009 году были проведены микродинамические обследования данного здания, согласно которым был получен период Т = 0,533 сек.согласно которым был получен период Т = 0,533 сек.

При сравнении данных полученных расчетным путем и при испытаниях было При сравнении данных полученных расчетным путем и при испытаниях было выявлено, что утеплитель влияет на жесткость мембранного покрытия. В дальнейшем были выявлено, что утеплитель влияет на жесткость мембранного покрытия. В дальнейшем были проведены испытания образцов мембранного покрытия на статическую нагрузку.проведены испытания образцов мембранного покрытия на статическую нагрузку.

В результате было доказано, что утеплитель увеличивает жесткость мембранного В результате было доказано, что утеплитель увеличивает жесткость мембранного покрытия примерно в два раза. Окончательная расчетно-динамическая модель здания покрытия примерно в два раза. Окончательная расчетно-динамическая модель здания выполнена с учетом влияния утеплителя на жесткость мембранного покрытия, что учтено выполнена с учетом влияния утеплителя на жесткость мембранного покрытия, что учтено путем моделирования утеплителя при помощи объемных КЭ.путем моделирования утеплителя при помощи объемных КЭ.

Пути решения проблем:Пути решения проблем:

5. Учет жесткости утеплителя для мембранных покрытий.5. Учет жесткости утеплителя для мембранных покрытий.

Испытание образцов мембранного покрытия на статическую Испытание образцов мембранного покрытия на статическую нагрузку нагрузку

Сравнение расчетных и экспериментальных данных зимнего Сравнение расчетных и экспериментальных данных зимнего дворца спорта в г. Ангарскедворца спорта в г. Ангарске

1. В докладе рассмотрены характерные затруднения, возникающие в процессе 1. В докладе рассмотрены характерные затруднения, возникающие в процессе построения расчетной динамической модели при использовании современных построения расчетной динамической модели при использовании современных вычислительных комплексов.вычислительных комплексов.2. Обычный путь преодоления этих затруднений, сложившийся в инженерной 2. Обычный путь преодоления этих затруднений, сложившийся в инженерной практике, заключается в использовании расчетных моделей на основании практике, заключается в использовании расчетных моделей на основании некоторой априорной информации. При этом остается возможность некоторой априорной информации. При этом остается возможность контрольной экспериментальной проверки динамических характеристик контрольной экспериментальной проверки динамических характеристик возведенного сооружения.возведенного сооружения.3. В докладе на нескольких реальных примерах продемонстрирован более 3. В докладе на нескольких реальных примерах продемонстрирован более рациональный способ построения расчетных динамических моделей, рациональный способ построения расчетных динамических моделей, заключающийся в использовании экспериментальной информации, которая заключающийся в использовании экспериментальной информации, которая может быть получена в результате натурных испытаний аналогичных может быть получена в результате натурных испытаний аналогичных сооружений как при высоком уровне динамического нагружения, так и при сооружений как при высоком уровне динамического нагружения, так и при микродинамических исследованиях. микродинамических исследованиях.

ЗаключениеЗаключение

e-mail: e-mail: 2kdv@rambler.ru;2kdv@rambler.ru; kiselev@sibosp.ru; kiselev@sibosp.ru; berj@crust.irk.ruberj@crust.irk.ru

Спасибо за внимание.Спасибо за внимание.