Экспериментальные исследования, расчетно-теоретический анализ и внедрение в строительстве сейсмоизолирующих конструктивных систем КФ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, доктор технических наук Черепинский, Юрий Давыдович

• Черепинский, Юрий Давыдович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Черепинский, Юрий Давыдович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Теоретические предпосылки

1.2. Метод построения расчетной динамической модели сейсмоизолируе-мого здания

1.3. Параметры ДП и их влияние на динамическое состояние здания

1.4. Расчетные математические модели сейсмического воздействия

1.5. Методы нахождения оптимальных параметров сейсмоизоляции

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ КФ

2.1. Конструктивное решение сейсмоизоляции с использованием КФ и других систем

2.2. Средства и методы испытаний

2.3. Исследование динамических параметров на моделях

2.4. Исследование динамических параметров на крупноблочном доме

2.5. Диссипативные свойства сейсмоизолируемых зданий

2.6. Сравнительная оценка эффекта сейсмоизоляции при динамических испытаниях натурных зданий

2.7. Об учете взаимодействия исследуемого объекта и источника возбуждения колебаний при виброиспытаниях

2.8. Виброиспытания с использованием вибраторов повышенной мощности

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОГО

ЭФФЕКТА СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КФ

3.1. Сейсмоизолирующие свойства КФ при воздействии, заданном акселерограммами землетрясений

3.2. Динамический эффект КФ при сейсмическом воздействии гармонического вида

3.3. Анализ влияния нелинейной жесткости КФ на сейсмическую реакцию гармонического вида

3.4. Сейсмоизолирующие свойства КФ при кратковременном воздействии

3.5. Адаптирующие свойства сейсмоизолируемых зданий на КФ

3.6. Вероятностный расчет сейсмоизоляции с сухим трением

ГЛАВА 4. СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ НА КФ

4.1. Экспериментальная оценка сейсмостойкости дома серии 464 на КФ

4.2. Экспериментальная оценка сейсмостойкости 9-ти этажных домов

серии 158 на КФ

ГЛАВА 5. СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ КАРКАСНО-КИРПИЧНЫХ ЗДАНИЙ НАКФ

5.1. Экспериментальная оценка сейсмостойкости 4-х этажного дома

серии ВП-1 на КФ

5.2. Экспериментальная оценка сейсмостойкости 4-х этажного дома

серии 70 на КФ

5.3. Экспериментальная оценка сейсмостойкости 7-и этажного дома

серии ВТ на КФ

ГЛАВА 6. СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

6.1. Экспериментальная оценка сейсмостойкости одноэтажных

крупноблочных домов серии 47 на КФ

6.1. Экспериментальная оценка сейсмостойкости двухэтажного крупнопанельного дома серии 226 на КФ

ГЛАВА 7. ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КФ

7.1. Конструктивные формы КФ

7.2. КФ в многоэтажном домостроении

7.3. КФ в малоэтажном домостроении

7.4. Анализ сейсмической реакции сейсмоизолируемых домов в условиях реальных землетрясений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальные исследования, расчетно-теоретический анализ и внедрение в строительстве сейсмоизолирующих конструктивных систем КФ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Землетрясение - одно из самых грозных явлений природы, с которыми связаны значительные разрушения и массовая гибель людей. Около 15 тыс. жителей г. Агадир (Марокко) погибло в результате сейсмического толчка относительно небольшой интенсивности (магнитуда М 5,8). В г. Кизвана (Иран) землетрясение 1962 г. унесло более 12 тыс. жизней. По историческим данным, землетрясение в Шанси (Китай) 1556 г. привело к гибели более 800 тыс.человек. На этом же месте в 1920 г. погибло около 100 тыс.человек -столько же, сколько при сильном землетрясении 1923 г. в Токио. Катастрофический толчок в Таншане (КНР) 1976 г. в считанные секунды полностью разрушил город и похоронил под развалинами около четверти миллиона человек. Число погибших в Сан-Франциско (1906 г.) относительно невелико -около 700 человек, однако материальный ущерб составил более 480 млн. долларов, чему способствовали огромные пожары, возникшие в результате массовых разрушений зданий.

Землетрясения такой силы происходят не часто, но и менее сильные, случающиеся с периодичностью в десятки лет, вызывают большие человеческие жертвы и разрушения.

Безопасность населения в современных зданиях, построенных с соблюдением норм и при надлежащем качестве строительства, выше, чем в старых постройках. Тем не менее, ежегодно в мире жертвами землетрясений становятся более 10 тыс. человек. Материальный ущерб от землетрясений во всем мире в среднегодовом исчислении превышает 400 млн. долларов и не имеет тенденции к снижению. Наоборот, концентрация промышленности и населения в городах способствует увеличению потенциального ущерба, несмотря на рост затрат на антисейсмические мероприятия.

зование таких конструкций позволяет уменьшать объем антисейсмических мероприятий, повышать этажность зданий, снижать требования к их конфигурации (возможна асимметрия надфундаментной части), использовать типовые решения зданий и сооружений, рассчитываемых на меньшую сейсмическую нагрузку, а также уменьшать ущерб от землетрясений в сейсмостойких зданиях.

К одним из первых решений такого рода, получивших распространение в сейсмостойком строительстве 30-х годов, относятся конструктивные системы с использованием гибких стоек в нижних уровнях зданий - так называемые "гибкие" этажи.

Их положительное влияние на снижение сейсмических нагрузок было отмечено при обследовании последствий ряда землетрясений в Новой Зеландии, Италии, Японии и др.

По мере накопления информации о характере сейсмических движений эффект "гибкого" этажа был поставлен под сомнение. Стойки "гибкого" этажа при деформациях попадают в сложное напряженное состояние и сами становятся причиной пониженной сейсмостойкости здания. Сильные повреждения здания с первым "гибким" этажом получили при землетрясениях в Лонг-Биче, 1933 г, в Агаджире, 1960 г, в Скопле, 1963 г и др. В настоящее время системы с использованием гибких стоек признаны неперспективными.

Предложенная Н.Грином [89] катковая опора в этом смысле представлялась более надежной по прочности и, по-видимому, послужила толчком к поиску аналогичных решений из индустриальных подвижных элементов.

В настоящее время имеется довольно много предложений специальных сейсмозащитных устройств, из которых воплощенных в реальные конструкции не более 7-10. Как, правило, на стадии реализации эти предложения

Сейсмически опасные районы составляют довольно значительную часть земного шара с населением в десятки миллионов человек.

В СНГ почти 20 % территории подвержены землетрясениям с расчетной интенсивностью 7-9 баллов. Сюда относятся республики Средней Азии, Молдавия, южные районы Казахстана, Крым, Кавказ, обширные площади Сибири, Дальнего Востока, Камчатка, Сахалин, Курильские острова и т.д. Повышение сейсмостойкости зданий и сооружений приводит к их удорожанию в 7-балльной зоне на 4...5 %, в 8-балльной на 7...8 %, в 9-балльной -до 15 %, что связано с повышенным расходом строительных материалов. Вместе с тем сложность процессов взаимодействия зданий с основаниием при землетрясении, неопределенность сейсмологической информации, отсутствие единой модели воздействия не позволяют обеспечить надежную сейсмозащиту сооружений, используя только традиционные меры усиления.

Разрушительные землетрясения последних лет (Лос-Анджелес, 1989, Кобэ, 1995 и др.) свидетельствуют о пробелах в теоретических подходах к проблеме, вследствие чего возникли разноречивые мнения относительно сейсмостойкости зданий вообще и методик ее оценки в частности.

По заявлению некоторых американских специалистов массивные каменные или железобетонные конструкции не в состоянии противостоять силам подземной стихии. Сложилось мнение, что повышение прочности связано, как правило, с увеличением размеров и, соответственно, массы конструкций, что приводит к возрастанию сейсмических нагрузок. Этим объясняется обрушение многих зданий в Кобе, несмотря на высокое качество их исполнения, отличающее японских строителей.

В связи с этим в последнее время отмечается повышенное внимание к специальным конструкциям, которые обеспечивают снижение реакции сооружения за счет изменения в процессе колебания его динамических параметров, определяющих величину инерционных сил в системе. Исполь-

претерпевают настолько значительные изменения, связанные с отработкой прочности и динамических свойств отдельных элементов, что в результате они становятся нецелесообразными технически и невыгодными экономически.

Автором не ставилась задача выявить недостатки тех или иных технических решений и тем более их систематизации в библиографической последовательности. Частично такая работа выполнялась в [92], 1973 г и в [16], 1983 г.

Настоящая работа явилась результатом многолетних экспериментально-теоретических исследований так называемых кинематических фундаментов -КФ, получивших распространение в сейсмических районах СНГ - Камчатке, районах БАМа, Иркутской области, Казахстане, Узбекистане, Бурятии и т.д.

Актуальность работы вызвана потребностью в повышении сейсмостойкости зданий - основной гарантии жизни людей, проживающих в сейсмически опасных регионах земного шара. Для них проблема сейсмостойкости была и остается злободневной всегда. Поэтому новое направление, рожденное на основе инженерной интуиции, не может оставаться без детального изучения, требующего системного подхода и научно обоснованных выводов.

Целью работы является практическая реализация предлагаемого автором решения сейсмозащиты (сейсмоизоляции) зданий, связанная с научным обоснованием, конструктивной отработкой и внедрением в сейсмостойком строительстве.

В соответствии с целью автору пришлось изучить не только существующие в 60-х годах теоретические и экспериментальные методы исследований, но и в значительной мере переосмыслить их и скорректировать применительно к поставленным задачам.

Теоретические модели динамики деформируемых тел, рассмотренные на уровне кандидатской диссертации [92], во многих случаях оказались неработоспособными при анализе динамического состояния эксперименталь-

ных объектов. Поэтому процесс отработки методов исследований оказался длительным и претерпевал изменения от эксперимента к эксперименту, что привело к определенной методологии их проведения.

По мере накопления экспериментально-теоретических результатов возникла необходимость в разработке основных принципиальных положений по сейсмоизоляции, позволяющих оценивать эффективность независимо от коструктивного исполнения. В этом случае авторское предложение стало предметом апробации основных положений. Для достижения поставленных целей проведены:

• испытания натурных зданий (болей 20) и моделей с использованием современных испытательных средств и измерительной аппаратуры;

• теоретический анализ динамической и сейсмической реакции объектов испытаний с учетом существующих представлений о работе конструкций и природе сейсмических нагрузок;

• проектирование и строительство зданий на КФ, различных по конструктивному исполнению и этажности;

• анализ поведения зданий на КФ в условиях землетрясений (до 7 баллов), учитывающий допускаемые при проектировании ошибки ;

• систематизация материалов, позволившая разработать общие принципы и рекомендации по оценке эффективности сейсмоизолирующих систем независимо от конструктивного исполнения и сейсмостойкости сейсмоизоли-руемых зданий.

В главе 1, исходя из соображений практической ориентации, представлены основные положения по методологии экспериментально-теоретических оценок эффективности сейсмоизолирующих конструктивных систем. По-видимому, без такой методологии эффективность конструктивных предложений может быть оценена недостаточно объективно, что затруднит сопоставление их с другими предложениями по сейсмоизоляции.

Существующие испытательные средства и измерительная аппаратура, используемые в динамических испытаниях экспериментальных зданий, как правило, не позволяют получить достаточные сведения для построения расчетных моделей натурных зданий. Это зависит не только от несовершенства испытательного оборудования, но и от сложности процессов, происходящих в многосложных физических объектах, каковыми являются реальные здания. Вопросы по формированию расчетных моделей, затронутые в главе 1, получили в главе 2 развитие в методах экспериментальных исследований по выявлению динамического эффекта КФ.

Неудовлетворительная точность и скорость измерений динамического состояния объектов испытаний вызвала потребность в создании измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) на базе персональных компьютеров. В состав ИВК, помимо измерительных датчиков, входят аналого-цифровой преобразователь их сигналов с программным обеспечением, позволяющим многократно ускорить анализ динамического состояния.

ИВК "Сейсмика", разработанный в 1988г на базе ПК ДВК, а затем на базе PC/AT IBM, явился новым высокоэффективным средством, повлиявшим не только на методику испытаний, но и на качество испытаний, ранее недоступное.

Динамический эффект сейсмоизоляции с использованием КФ теоретически оценивался от воздействий, заданных своими математическими представлениями: произвольной функцией (акселерограммы землетрясений), неубывающей гармоникой и импульсом сил. Результаты этих оценок представлены в главе 3 в зависимости от динамических параметров расчетных моделей и особенностей воздействия. Сейсмоизолирующие свойства КФ определялись по относительной величине динамической реакции в сравнении с динамической реакцией объектов в традиционном исполнении.

Сейсмостойкость зданий различных конструктивных решений на КФ исследовалась на экспериментальных объектах, возводимых в городах России и Казахстана. В главах 4,5,6 приводятся результаты наиболее типичных методик исследований крупно-панельных, каркасно- кирпичных многоэтажных домов и малоэтажных (1-2 этажа), возводимых в сельской местности. В основу оценок положено вероятностное представление сейсмических нагрузок, заданное реализациями случайного процесса.

В качестве иллюстрации применимости конструктивных систем на базе КФ в главе 7 отражены некоторые проектные решения, предназначенные для многоэтажного и малоэтажного домостроения. Проекты разрабатывались для применения в различных регионах б. СССР. Многие из таких зданий сейчас находятся под наблюдением соответствующих служб. Опыт проектирования, а также анализ поведения зданий в условиях землетрясений позволил выявить ошибки, допускаемые при проектировании. Одной из них в главе 7 отводится отдельный раздел.

В становлении автора как научного работника следует отметить большую роль научно-исследовательских институтов, ставших для автора школой образования и местом научно-технической деятельности. Наиболее крупные из них:

• 1ЩИИСК им.Кучеренко, в котором под руководством проф. Н.А.Николаенко защищалась диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук;

• КазНИИССА, где под руководством директора акад. Т.Ж.Жунусова по проблеме сейсмоизоляции выполнялись все научно-исследовательские работы в объеме общесоюзных и республиканских программ;

• проектные институты многих городов России и Казахстана: Казгорстройпроект, Казгипрогор, Камчатскгражданпроект, Камчатрыбпром,

Сахалингражданпроект, Иркутскгражданпроект и другие, где отрабатывались конструктивные решения сейсмозащиты с использованием КФ.

С признательностью автор воспринимал в процессе исследований замечания известных специалистов в области сейсмостойкости проф. С.В.Полякова, проф. Т.Ж.Жунусова, проф. Я.М.Айзенберга, д.т.н. Л.Ш. Килимника, предостерегавших автора от самоуверенности и возможных ошибок, характерных для многих исследователей.

Ряд основных положений работы обсуждался с сотрудниками КазНИИССА к.т.н. Э.Ф. Паком и к.т.н. В.А.Лапиным, с которыми автор сотрудничал на протяжении многих лет, и оказавшими влияние на формирование его взглядов по некоторым теоретическим вопросам сейсмостойкости инженерных сооружений.

Нельзя не отметить деятельное и творческое участие специалистов в области проектирования и строительства, таких как В.Н.Дроздюк, В.Н.Усачев, Л.А.Латышев, П.С.Медников, В.Н.Мальцев, Л.Л.Кабаков, к.т.н. В.Я.Маркус и др., чьими усилиями были возведены здания с использованием КФ. Научную новизну работы составляют:

• конструктивные решения сейсмозащиты зданий с использованием КФ ;

• методика проведения экспериментальных исследований зданий и оценок динамического состояния при виброиспытаниях с использованием ИВК " Сейсмика";

• физические свойства КФ и их влияние на динамические параметры здания;

• измерительно-вычислительный комплекс ( ИВК ) "Сейсмика" на базе ПЭВМ и аналого-цифрового преобразователя;

• методика идентификации параметров расчетной динамической модели здания;

• методика исследований и результаты экспериментально-теоретической оценки эффективности сейсмоизолирующих конструктивных систем и

сейсмостойкости сейсмоизолируемых зданий с учетом нелинейной работы конструкций и случайного характера сейсмического воздействия;

• результаты обследований сейсмоизолируемых зданий, подтверждающие эффективность КФ по снижению сейсмических нагрузок при землетрясениях 6-7 баллов;

• общие принципы и рекомендации по практической оценке эффективности сейсмоизолирующих конструктивных систем и сейсмостойкости сейсмоизолируемых зданий.

Последний пункт рассматривается как завершающий этап исследований, так как он касается любых конструктивных систем сейсмоизоляции и допускает их сравнение по эффективности.

Личное достижение автор видит в научном обосновании эффективности применения КФ в сейсмостойком строительстве, о чем свидетельствуют свыше 100 построенных домов в различных районах СНГ с сейсмичностью 7-9 баллов. Следовательно, можно говорить о решении важной народнохозяйственной проблемы, имеющей большое практическое значение для сейсмоопасных районов. Она начиналась с рационализаторского предложения инженера-проектировщика в 1962 г. и потребовала усилий в области теории, эксперимента и конструкторских проработок. Оценивая различные сейсмоизоли-рующие конструктивные системы , автор склоняется к мнению в пользу КФ как наиболее эффективному и экономичному решению, по которому имеется 3 авторских свидетельства и 2 патента (российский и казахстанский). Объем и длительность исследований позволяют автору причислить себя к пионерам нового научного направления, называемого сейсмоизоляцией.

Практическое значение работы

Проведенные исследования направлены на повышение сейсмостойкости зданий в условиях сильных землетрясений, а также их надежности, обусловленной различной мерой повреждаемости. В целом результаты работы предназначены для практического использования в проектировании и строительстве.

Самостоятельное значение приобретают методы исследований количественных и качественных оценок динамического состояния экспериментальных объектов, необходимых для сравнения различных сейсмо-изолирующих конструктивных систем.

Внедрение результатов работы.

Основные результаты исследований использованы при разработке:

• рекомендаций по проектированию многоэтажных зданий на КФ; рекомендаций по проектированию малоэтажных зданий на КФ для сельской местности;

• рекомендаций по оценке эффективности сейсмоизолирующих конструктивных систем и сейсмостойкости сейсмоизолируемых зданий;

• пособий по проектированию зданий с использованием кинематических фундаментов конструкции КазЗНИИССА;

• а также при написании монографии: "Основы сейсмоизоляции в строительстве" (подготовлена к печати).

Результаты исследований использованы при расчете, разработке конструктивных решений и проектировании зданий различной этажности на КФ:

• крупнопанельного пятиэтажного дома серии 69 в г.Алматы;

• крупнопанельного 4-х этажного дома серии 1-464 УМ в г. Навои;

• крупнопанельного 9-и этажного дома серии 158 в г.Алматы;

• кирпичного 5-и этажного дома в г. Ташкенте;

• одноэтажных крупноблочных домов серии 47, крупнопанельных серии 226 в г.Чимкенте;

• 2-х этажных крупнопанельных домов серии 226 в г.Алматы;

• саманных и кирпичных домов для сельской местности в Алматинской области;

• крупнопанельных 5-и и 9-и этажных домов серии 138 в г. Петропавловске-Камчатском;

• крупноблочных 5-и этажных домов серии 1-3060 в г. Петропавловске-Камчатском;

• крупноблочных 3-х и 5-и этажных домов серии 114-52-167 в г.Южно-Курильске и Южно-Сахалинске;

• крупнопанельных 5-этажных домов серии 1-335 УМ и 97 в гг.Усолье-Сибирском, Иркутске;

• каркасно-кирпичных 9-и этажных домов в г. Иркутске;

• крупнопанельных 9-и этажных домов серии П-44 в г.Тынде;

• каркасно-кирпичных 9-и этажных домов в г.Тынде;

• крупнопанельных 5-и этажных домов серии 122 У в п.Токсимо;

• крупнопанельных 4-х этажных домов серии 97 в г. Северо-Байкальске;

• каркасно-кирпичных 4-х этажных домов серии ВП в г.Алматы;

• каркасно-кирпичных 5-и этажных домов серии 70 в г.Алматы;

• каркасно-кирпичных 7-и этажных домов серии ВТ в г.Алматы;

• каменно-монолитных 7-и этажных домов в г.Алматы и др.

Дома указанных серий возведены и находятся под техническим наблюдением КазНИИССА (г.Алматы), НТЦ "Сейсмо" (г. Иркутск), Иркутскгражданпроект, Камчатскгражданпроект, Сахалингражданпроект и др.

Апробация работы. Отдельные разделы работы доложены: на всесоюзных совещаниях по сейсмостойкому строительству, Фрунзе, 1971; Кишинев. 1976,

Алматы, 1982; на конференциях по сейсмоизоляции в г.Иркутск, 1990, Петропавловск-Камчатский, 1989; Севастополь. 1989; на 9-ой Европейской конференции по сейсмостойкому строительству, г. Москва. 1990; на международной конференции по основаниям и фундаментам, г. Ташкент, 1995; координационных совещаниях в ЦНИИСК им.Кучеренко, 1980, Улан-Уде, 1991, на международной конференции "Снижение сейсмического риска на урбанизированных территориях", Алматы, 1996.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Черепинский, Юрий Давыдович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сейсмоизоляция зданий и сооружений с самого начала потребовала нетрадиционных методов исследований, связанных главным образом с существенно нелинейной работой конструкций и случайным характером воздействия.

Наиболее сложной задачей является переход от теоретических соотношений между динамическими параметрами и сейсмической реакцией к реальным, в построенных зданиях. Решение этой задачи связано с определенными компромиссными допущениями, которые могут приниматься только на основе достаточно большого экспериментального материала. В работе над КФ использовались результаты испытаний более 20 зданий, различных по конструктивному исполнению и этажности (а также испытаний моделей), которые послужили основанием для таких допущений и обобщающих выводов по сейсмоизоляции в целом.

Выполненный объем экспериментальных и теоретических исследований, изложенный в предыдущих главах, позволяет оценить эффективность сейсмоизоляции вообще и КФ в частности.

Можно сформулировать следующие основные выводы:

1. Применение сейсмоизоляции позволяет существенно упростить расчетную схему здания. Как показали исследования, деформации надфундаментной части здания незначительны по сравнению с перемещением в уровне сейсмоизо-лирующей опоры. Следовательно, одномассовая расчетная динамическая модель здания в практических оценках сейсмостойкости становится приемлемой.

2. Экспериментально доказано, что нелинейная силовая характеристика сейсмоизолируемого здания на КФ оказывается упругой. Это делает возможным воспринимать сейсмические воздействия большой эффективной длительности, а также повышает сейсмостойкость при повторяющихся землетрясениях.

3. Наиболее неблагоприятным для сейсмоизолируемого здания является сейсмическое воздействие, смещения и ускорения которого обладают близкими по значению преобладающими периодами с величиной порядка >1 сек. Таких воздействий чрезвычайно мало. Известна запись землетрясения в Мехико (1985), где при преобладающем периоде акселерограмма и сейсмограмма отличались только масштабом.

4. Экспериментально установлены плоскопараллельные колебания здания на КФ в плане по форме эллипса. Большая ось эллипса ориентирована на источник (эпицентр) воздействия, но динамические свойства здания по всем направлениям проявляются одинаково.

5. С учетом п.4 следует отметить, что для системы сейсмоизоляции гравитационного типа (КФ) представление сейсмического воздействия однокомпо-нентным приводит к верхним (максимальным по величине) оценкам перемещения в уровне сейсмоизолирующего фундамента. Кроме того, описание динамики систем на КФ, представляющей собой движение без проскальзывания шероховатого сферического тела по шероховатой опорной плите, могло быть корректным только с привлечением методов динамики неголо-номных систем. Отмеченные факторы рассматриваются как резерв сейсмостойкости требующий научного обоснования.

6. Экономическая эффективность применения систем сейсмоизоляции определяется в основном двумя вариантами. За счет снижения сейсмических сил в два и более раз имеет место снижение расчетной сейсмичности надфундаментной части здания. Поэтому в девятибалльной зоне надфун-даментная часть здания на КФ проектируется на расчетное сейсмическое воздействие 8 баллов. В семибалльных зонах над фундаментная часть здания может проектироваться без специальных конструктивных мероприятий.

С другой стороны, за счет понижения расчетной сейсмичности надфун-даментной части может быть увеличена этажность здания, что экономически может превысить эффективность первого варианта.

Экономические выгоды сейсмоизоляции становятся очевидными, если учитывать повреждаемость зданий при землетрясениях различной интенсивности, в том числе и ниже расчетной. Стоимость восстановительных работ после сильного землетрясения в сейсмоизолированном здании во много раз меньше, чем в здании традиционного исполнения.

7. Результаты настоящих исследований в целом совпадают с результатами других авторов. Эффективность кинематическх фундаментов изучалась в трудах новозеландских, японских, американских и других исследователей, которые едины в мнении о полезности и целесообразности сейсмоизоляции. К основным достижениям в работе следует отнести следующие научные и практические результаты:

1. Предложена и разработана новая сейсмоизолирующая конструктивная система, названная КФ - кинематический фундамент. По первоначальному назначению КФ заменял традиционные фундаменты в сейсмостойких зданиях и по геометрической форме соответствовал столбчатым фундаментам. В дальнейшем для выполнения основной функции - снижения сейсмических нагрузок - КФ в виде опорных конструкций (тумб, стоек) совместно с сопутствующими конструктивными элементами составил сейсмоизолирующую конструктивную основу или систему для здания. Такая система может располагаться в уровне фундаментов, подвальных помещений и даже в уровне первого этажа.

2. На основе экспериментальных исследований установлены силовые характеристики КФ - диаграммы перемещений в составе зданий. Диаграммы перемещений представлены упруго-нелинейной зависимостью, учитывавшей влияние вертикальной нагрузки и твердость сопряжений элементов, образующих площадки смятий.

3. Экспериментально установлены повышенные диссипативные свойства зданий на КФ в зависимости от перемещений в сейсмоизолирующем уровне и размеров площадок смятий сопряженных элементов. Этот вывод не распространяется на КФ столбчатого вида с высотой более 1.5 м.

4. Экспериментально исследовано резонансное состояние натурных зданий в традиционном исполнении и характер их разрушения при длительных динамических нагрузках. Получены нелинейно-пластические поэтажные диаграммы деформирования.

5. С учетом 2, 3, 4 предложены упрощенные расчетные модели, отображающие динамическое (резонансное) состояние натурных зданий на КФ и фундаментах традиционного исполнения.

6. Предложен и реализован метод теоретической и экспериментальной оценки эффективности КФ при динамических нагрузках.

7. Разработан и широко применяем в испытаниях зданий измерительно-вычислительный комплекс "Сейсмика" на базе ПЭВМ, повышающий точность измерений и качество анализа динамического состояния.

8. Расчетные модели сейсмического воздействия, представленные в вероятностной постановке, позволили получить:

• более полную картину сейсмической реакции объектов исследований с использованием сейсмоизоляции и без нее;

• оценить сейсмостойкость по надежности с учетом допустимых повреждений и инженерного риска для исследуемого конструктивного решения;

• оценить эффект сейсмоизоляции при характеристиках воздействия, принятых с заданной обеспеченностью.

9. Выполнена экспериментально-теоретическая оценка сейсмостойкости более 20 сейсмоизолированных зданий жестких конструктивных решений. В том числе:

Расчетная п.п. Этаж- сейсмич

Тип здания и место строительства ность ность по СНИП в баллах

123 Крупнопанельный серии 69, г.Алматы Крупнопанельный 5 >9

45 серии 158, г.Алматы 9 9

6 Кирпичный серии 30, г. Ташкент 5 8

7 Крупноблочный серии 47, г. Чимкент 1 8

8 Крупнопанельный серии 226, г.Алматы 2 >9

9 Кирпичный и саманный дом 1 9

Крупнопанельные серии 138, г. Петропавловск-Камчатский 5 и 9 9

10 Крупноблочный серии 1-306, г. Петропавловск-Камчатский Мелкоблочный серии 114-57-167, 5 9

11 Ю. Курилск, Ю. Сахалинск 3 и5 9

12 Крупнопанельный серии 1-335УМ и 97 г.Усолье-Сибирское,

13 г. Иркутск 5 и 9 8

14 Крупнопанельные серии П-44, г.Тында 9 8

15 Каркасно-кирпичные серии 122У БАМ, п.Таксимо 4 >9

16 Крупнопанельные серии 97, г.Северо-Байкальск, БАМ 4 >9

17 Каркасно-кирпичные серии ВП, г. Алматы 4 >9

Каркасно-кирпичные серии 70, г.Алматы 4 >9

Каменно-монолитный, г.Алматы 8 9

Каркасно-кирпичный, г.Алматы и другие 7 9

10. Экспериментально и теоретически получено подтверждение пониженной сейсмостойкости при длительных сейсмических нагрузках в зданиях традиционного исполнения и отсутствие влияния длительности в сейсмоизолированных зданиях.

11. Проведен анализ работоспособности зданий на КФ в условиях 6-7 балльных землетрясений с учетом отмеченных ошибок в проектах.

12. Разработаны общие принципы и рекомендации по оценке эффективности сейсмоизоляции (независимо от конструктивного исполнения), а также оценке сейсмостойкости сейсмоизолированных зданий и составлены на их основе нормативные материалы республиканского уровня.

13. Разработаны нормативные материалы республиканского уровня по использованию КФ в сейсмостойком строительстве.

14. Внедрение сейсмоизолирующих конструктивных систем КФ в практику сейсмостойкого строительства многих городов России, Казахстана, Бурятии, Узбекистана и организация технического наблюдения экспериментальных объектов. Построено более 100 домов с использованием КФ.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Черепинский, Юрий Давыдович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Айзенберг Я.М. Статистическая расчетная модель сейсмического воздействия на сооружения.-В кн.: Сейсмические воздействия на гидротехнические и энергетические сооружения. НаукаД980, с.3-11.

2. Айзенберг Я.М., Абакаров А.Д. Надежность системы сейсмозащиты с резервными элементами. - Строительная механика и расчет сооружений, № 5, 1977.

3. Айзенберг Я.М., Деглина М.М., Залилов К.Ю., Уранова С.К. Построение региональных расчетных моделей сейсмического движения грунта в виде ансамблей искусственных акселерограмм. - В кн.: исследования сейсмостойкости и вопросы совершенствования инженерно-сейсмометрической службы. М.: ЦНИИСК им.Кучеренко,1985, с.64-70.

4. Жунусов Т.Ж.,Черепинский Ю.Д., Лапин В.А. Реакция крупнопанельного здания на кинематических фундаментах при сейсмическом воздействии. -Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство, 1987, вып.2, с.2-7.

5. Жунусов Т.Ж., Черепинский Ю.Д., Горовиц И.Г. Активная сейсмозащита зданий и сооружений. - Алматы:КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1985,34с.

6. Жунусов Т.Ж., Лапин В.А. Параметры расчетного сейсмического воздействия для территории Алматы. - Экспресс информация. М.: ВНИИИС, сер. 14,1986, вып. 1.

7. Жунусов Т.Ж., Лапин В.А. Моделирование сейсмического воздействия в задачах расчета систем активной сейсмозащиты. Строительная механика и расчет сооружений. № 4,1990,38-41.

8. Жунусов Т.Ж., Черепинский Ю.Д., Лапин В.А., Филиппов O.P., Ким С.Г., Пчельников М.Ю. Сейсмостойкость каркасно-кирпичных зданий серии ВП на

кинематических фундаментах. - Алматы: КазЦНТИС Госстроя Госстроя КазССРД991, № 6, 5с.

9. Лапин В .А., Тер-Эммануильян H .Я. Вероятностный расчет систем с сухим трением на сейсмические воздействие. - В кн.: Динамика твердого тела переменной массы. - Алматы, 1988, с.33-38.

10. Лапин В.А. Вопросы расчета надежности зданий с системами активной сейсмозащиты. - В кн.: Надежность и эффективность нетрадиционных систем сейсмозащиты в сейсмостойком строительстве. Тезисы докладов. -Севастополь, 1991, с. 10-12.

11. Лапин В.А., Черепинский Ю.Д., Филиппов O.P. Сейсмостойкость 9-ти этажных домов серии 158 на кинематических фундаментах. - Алматы, КазЦНТИС Госстроя КазССР, № 1,1991, 7с.

12. Поляков B.C., Килимник Л.Ш., Черкашин A.B. Современные методы сейсмозащиты зданий. - М.: Стройиздат,1988,320с.

13. Рекомендации по проектированию зданий с сейсмоизолирующим кинематическим фундаментом. - Алматы,1986,29с.

14. Рекомендации по расчету надежности многоэтажных зданий при сейсмическом воздействии. - Алматы: КазПСНИИП,1987.

15. Рекомендации по проектированию сельских зданий с сейсмоизолирующим кинематическим фундаментом. Алматы, 1989,25с.

16. Сейсмоизоляция и адаптивные системы сейсмозащиты. Под.ред. Я.М. Айзенберга. М.: Наука,1983,141с.

17. Черепинский Ю.Д., Лапин В.А., Зайцев А.Ю. Сейсмоизоляция сельских зданий. - Алматы, КазЦНТИС Госстроя КазССР, № 89-124, Зс.

18. Черепинский Ю.Д., Зайцев А.Ю. Оценка сейсмической реакции и сейсмостойкости зданий на кинематических фундаментах. - В кн.: Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Алматы: Казахстан, вып.16-17 (26-27),1990, с. 54-60.

19. Черепинский Ю.Д., Лапин В.А., Ким С.Г., Пчельников М.Ю. Сейсмоза-щита домов с помощью кинематических фундаментов (результаты обследований последствий землетрясения). Алматы: КазЦНТИС Госстроя КАзССРД991, № 91-10, Зс.

20. Яременко В.Г. Выбор оптимальных параметров системы динамической сейсмоизоляции при представлении сейсмического воздействия в виде "белого шума". ПЭИ ВНИИИС, серия 23,59, вып.1.

21. Яременко В.Г. Гармаш М.А. Влияние стохастичности характеристики сухого трения на сейсмическую реакцию сеисмоизолированных здании. В кн.: Надежность и эффективность нетрадиционных систем сейсмозащиты зданий и сооружений. Севастополь, 1991. с.21-23.

22. Аугусти Г., Баратта А., Кашиати Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании. - М.: Стройиздат,1988,584с.

23. Жунусов Т.Ж., Килимник Л.Ш., Ицков И.Е., Никипорец Г.Л. Оценка параметров реакции зданий и сооружений при сейсмических воздействиях. - Алматы: КазЦНТИС, № 2,1987,17с.

24. Bertoro V.V., Kamil Н. Nonlinear seismic design of multistorey trames. Canadian journal of Civil Engineering,1975,№ 2(4),c.504-516.

25. Casciati F., Faravelli L., Gobetti A. Reliabitity of stismic resistant frames designed by inelastic spectro - U.S.Earthquake Engineering Conf., Stanford,1979,p.553-562.

26. Быков B.B. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Советское радио,1971,328с.

27. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1979, 400с.

28. Абакаров А.Д. Надежность систем с резервными элементами. Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук, 1994.

29. ДеглинаМ.М., Ногай Р.В. Вероятностная региональная модель движения грунта при землетрясении. - В кн.: Снижение материалоемкости и трудоемкости сейсмостойкого строительства. Тезисы докладов. Фрунзе, 1982, с.4-6.

30. Кириков Б.А. Построение стационарного решения для системы с восстанавливающей силой, заданной в виде случайной функции при случайном воздействии - Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство, 1982. вып.2. с.26-30.

31. Жунусов Т.Ж., Пак Э.Ф., Лапин В.А. Вероятностный расчет сейсмостойких многоэтажных промышленных зданий. - Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство,1983,вып.11,с.2-6.

32. Айзенберг Я.М., Ульянов C.B. О сейсмических колебаниях и надежности систем со случайно меняющимися парамеирами. - В кн.: Сейсмостойкость зданий и инженерных сооружений. М.,Стройиздат,1972,с. 19-46.

33. Алексеев В.М., Валеев К.Г. Исследование колебаний системы со случайными коэффициентами. - Известия высших учебных заведений.

[f Радиофиика. т.14, № 12,1971, с.1816-1816.

34. Аринчев C.B., Кулик C.B. Определение разброса части и форм свободных аэроупругих колебаний балок со случайными параметрами. - Труды МВТУ, 1986, № 465, с.23-36..

35. Власов C.B., Глазкова В.Н., Эфендиев М.В. Частотно-фазовая структура колебаний в линейных системах со случайно изменяющимися параметрами. В кн.: Колебания - виброакустическая активность машин и конструкций. М.: Наука, 1986, с.50-55.

36. Доступов Б.Г., Пугачев B.C. Уравнения, определяющие закон распределения интеграла системы обыкновенных дифференциальных уравнений, содержащих случайные параметры. - Автоматика и телемеханика,!957, № 7.

37. Евланов С.Г., Константинова В.М. Системы со случайными параметрами. - М.: Наука, 1976,568с.

38. Зинина H.H. Колебания строительных конструкций со случайными параметрами. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: ЦНИИСК, 1984,149с.

39. Коломиец В.Г. Случайные колебания в нелинейных системах с сосредоточенными параметрами. - Киев: Препринт АН УССР, Институт математики, ИМ 80-28,1980,60с.

40. Коломиец В.Г. Случайные колебания в нелинейных системах с распределенными параметрами. - Киев: Препринт АН УССР, Институт математики: ИМ-75-8,1975,48с.

41. Кореневский Д.Г. Моментные уравнения и проблема их замечания для дифференциальных уравнений со случайными коэффициентами. Киев: Препринт АН УССР, Институт математики: ИМ-73-41,1973,73с.

42. Кузьма В.М. Случайные колебания механических систем. - Киев: Общество "Знание", УССР, 1979,20с.

43. Маковичка Д., Пукл Р. Динамическая реакция сооружений на виброизоляторах случайной жесткости. - Строительная механика и расчет сооруже-ний,1986, № 5, с.69-62.

44. Матвеев П.С., Синыцын A.C. Исследования точности и оценка надежности систем автоматического управления со случайными параметрами. - В сб.: Автоматическое управление и вычислительная техника, вып. 7. М.: Машиностроение, 1967 г.

45. Мишулина O.A. Исследование точности линейных систем автоматического управления со случайным изменением структуры. - Известия АН

СССР. Техническая кибернетика,№ 1,1970, с.26-31.

46. Пугачев B.C., Доступов В.Г. Обыкновенные дифференциальные уравнения, содержащие случайные параметры. - Труды ВВИА им. Жуковского, 1956, вып.592, с. 14-31.

47. Репин В.Г. Анализ одного класса систем со случайно изменяющимися параметрами. - Автомеханика и телемеханика,1970.№ 6, с.54-59.

48. Слободнюк С.К. Расчет плит на слоистом основании с детерминированными и случайными параметрами. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: МИСИ,1985,205с.

49. Цейтлин А.И., Гусева Н.И. Статистические методы расчета сооружений на групповое динамическое воздействия. - М.: Стройиздат, 1979,176с.

50. Цейтлин А.И. Гармонические колебания одномассовой системы со случайными характеристиками.- М.: Труды ЦНИИСК, 1971,вып. 17.

51. Штанько Л.Ф. Оценка влияния случайных параметров расчетных схем причалов эстакадного типа при сейсмическом воздействии. - Строительство в особых условиях. Сейсмическое строительство. 1984, вып.1,с.22-25.

52. Штанько Л.Ф. Методы учета вероятностей природы расчетных схем сооружений в расчетах сейсмостойкости. - Сообщения АН Груз.ССР, т. 110, № 3,с.553-556.

53. Ньюмарк Н., Розенблат Э. Основы сейсмостойкого строительства. - М.: Строииз дат,1980.

54. Гир Дж., Шах X. Зыбкая твердь. - М.: Мир,220с.

55. Лапин В.А. Надежность и сейсмостойкость каркасных промышленных зданий с учетом нелинейности деформирования. - Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ереван: 1988,22с.

56. Аптикаев Ф.Ф., Шебалин Н.В. Уточнение корреляций между уровнем макросейсмического эффекта и динамическими параметрами грунта. - В кн.: Исследования по сейсмической опасности. Вопросы инженерной сейсмологии. Вып.29. М.: Наука, 1988г,с.98-108.

57. Аптикаев Ф.Ф., Михайлова H.H. Некоторые корреляционные соотношения между параметрами сильных движений грунта. В кн.: Бюллетень по

инженерной сейсмологии. № 12. Ереван: Издательство АН Арм.ССР, 1988, с.48-56.

58. Черепинский Ю.Д., Филиппов O.P., Шершнев A.B. Оценка сейсмостойкости крупнопанельных домов на кинематических (КФ) фундаментах. - В сб. Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Вып. 13(23), Алматы: Казахстан,1982, с.82-99.

59. Черепинский Ю.Д., Сазанбаев С.К. Адаптирующие свойства сооружений на кинематических фундаментах при сейсмических воздействиях. В сб.: Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Вып. 11(21). Алматы: Казахстан, 1979.

60. Кириков Б.А. Статистический метод исследования поведения систем активной сейсмозащиты. В сб.: Экспериментальные исследования сейсмостойкости зданий и развитие теории сейсмостойкости. -М.:ЦНИИСК им.В. А.Кучеренко, 1984,с. 103-108.

61. Черепинский Ю.Д. Реакция сейсмоизолируемой системы на кинематический импульс. - В сб.: Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Вып. 10(20). Алматы:Казахстан,1978, с.121-128.

62. Поляков C.B., Кахновский A.M. Анализ колебания жесткого сооружения с сейсмоизолирующим скользящим поясом. - Строительство в сейсмических районах. Сейсмостойкое строительство. 1984, вып. 6, с.21-26.

63. Сигал Ф.Р. Исследование конструкционного демпфирования в стальных каркасах с соединениями на высокопрочных болтах. - Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ташкент,1983,21с.

64. Черепинский Ю.Д. К сейсмостойкости зданий на кинематических опорах. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1972, № 3.

65. Черепинский Ю.Д. Реакция здания с кинематическими опорами на воздействия гармонического вида. - В сб.: Исследования

сейсмостойкости сооружений и конструкций. Вып. 9(14). Алматы: Казахстан, 1977, с.159-169.

66. Жунусов Т.Ж., Пак Э.Ф., Лапин В.А. Сейсмостойкость каркасных зданий -Гылым: Алматы, 1988г.

67. Сейсмоизоляция и адаптивные системы сейсмозащиты. М.: Наука, Под ред. Я.М.Айзенберга, 1983,142с.

68. Синящек М.Н. К статистической теории сейсмических спектров. Строительная механика и расчет сооружений, 1982, N 2, с.62-65.

69. Назаров Ю.П., Аюнц В.А., Джинчвелашвили Г.А. Численные параметры векторов сейсмического воздействия Газлийского землетрясения 1976г. -Строительная механика и расчет сооружений, 1984, № 2,с.41-45.

70. Рассказовский В.Т. Основы физических методов определения сейсмических воздействий. Ташкент: Фан, 1973, 160с.

71. Штейнберг В.В., Парини И.Е., Боярский M Э. Параметры сейсмических воздействий при Газлийских землетрясениях с М<5.5 - В сб.: Исследования по сейсмической опасности. Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 29 М.: Наука, 1988, с. 29-35.

72. Вероятностные оценки сейсмических нагрузок на сооружения. - Под ред. проф Я. М.Айзенберга. - М.: Наука, 1987,129с.

73. Гольденблат И.И., Николаенко H.A., Поляков C.B. Ульянов C.B. Модели сейсмостойкости сооружений - M Наука, 1979,252с.74.

74. Аптикаев Ф.Ф., Раджан К., Фролова Н.И. Форма огибающей амплитуд ускорений на записях сильных движений. В кн.: Советско-американская работа по прогнозу землетрясений Душанбе -Москва, 1979, т.2, кн.-2.

75. Лапин В.А. Комплекс программ для оценки сейсмостойкости зданий и сооружений. - Алматы, КазЦНТИС, 1981, № 91-46.

76. Айзенберг Я.М., Килимник Л.Ш. О критериях предельных и диаграммах "восстанавливающая сила-перемещение" при расчетах на

сейсмические воздействия.- В сб.: Сейсмостойкость зданий и инженерных сооружений. М., 1972, с. 46-60.

77. Коузах Сухейл Насер. Конструкции кинематических фундаментов в сейсмостойком строительстве зданий и сооружений на территории арабских стран. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург, 1995г., 18с.

78. Уздин A.M., Сандович Т.А., Аль-Насер-Мохамад Салих Амин. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. - Санкт-Петербург Изд-во ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева, 1993г., 176с.

79. Поляков B.C. К вопросу об эффективности динамического гасителя колебаний при сейсмических воздействиях. - Строительная механика и расчет сооружений,1980, № 5, с.49-53.

80. Килимник Л.Ш., Солдатова Л.Л., Ляхина Л.И. Анализ работы зданий со скользящим поясом с использованием многомассовой расчетной модели. -Строительная механика и расчет сооружений, 1986, № 6. с. 69-73.

81. Penzien J., Lin S.С., Nondeterministic Analysis of Nonlinear Struckures Subjected to Earthquake Excitations. - Proc.Fowrth World Conf.Earthq. Engrg. -Santiago, Chile, 1, A-1,114-129.

82. Лапин В.А. Надежность зданий с учетом статистических свойств материала. - Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство, 1990, вып. 12.

83. Барштейн М.Ф. Приложение вероятностных методов к расчету сооружений на сейсмические воздействия. - Строительная механика и расчет сооружений. 1960, № 2, с.6-14.

84. Кононенко В.О. Колебательные системы с ограниченным возбуждением. "Наука", 1964.