Амплитудно-частотные характеристики слоистой модели «сооружение–основание»

DOI: 10.37153/2618-9283-2023-2-8-23

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: амплитудно-частотная характеристика, резонансные свойства грунтов, слоистая модель, сейсмическое воздействие, демпфирующие свойства
Аннотация:
Актуальной задачей теории сейсмостойкости является учет взаимодействия сооружения с грунтовым основанием при реализации землетрясения. Несмотря на большое количество исследований, на данный момент не существует удовлетворительного решения данной проблемы. Применяемая в инженерной практике «платформенная модель» может быть использована только для однородных оснований. Вместе с тем поверхностная толща грунта, как правило, имеет многослойную структуру, в которой каждый отдельный слой имеет свои физико-механические характеристики, определяющие резонансные свойства системы в целом. Нормативные расчетные методы не учитывают неоднородность и слоистость грунтового основания, используя усредненные характеристики жесткости, что не позволяет оценить особенности резонансных процессов при совместном колебании здания и основания. Кроме того, динамические характеристики грунтов обладают достаточно высокой статистической изменчивостью даже в пределах одного слоя, и это может существенно повлиять на характер распределения резонансных частот системы. Целью настоящей работы является исследование динамической реакции системы «здание–многослойное основание» на основе аналитической модели горизонтальной слоистой среды. Были решены следующие задачи: – проведен расчет слоистой системы на действие комплексного синусоидального сигнала с учетом демпфирования; – построены амплитудно-частотные характеристики как для отдельных слоев, так и для системы в целом; – проведена оценка влияния статистической изменчивости скорости распространения поперечных сейсмических волн на резонансные частоты рассматриваемой слоистой системы. Использованы аналитические методы решения волновой задачи сейсмологии. Используемая литература:

1. Саваренский Е.Ф. Сейсмические волны. Москва: Недра. 1972. 294 с.

2. Ратникова Л.И. Методы расчета сейсмических волн в тонкослоистых средах. Москва: Мир. 1973. 124 с.

3. Messioud S., Badreddine S., Dias D. The seismic response of foundations subjected to oblique plane waves. Symposium of the international association for boundary element methods . Breshcia, Italy 5–8 September, 2011.

4. Messioud S., Badreddine S., Dias D. Harmonic seismic waves response of a 3D rigid surface on heterogeneous soil layer.15WCEE, Lisbon. 2012.

5. Chiang-Liang V. (1974). Dynamic response of structures in layered soils, MIT Res. Rep. R74-10, Soils Pub., no. 335, Massachussetts Institute of Technology, Cambridge, Massachussetts.

6. Семёнова Ю.В. Расчетные методы определения резонансных свойств грунтов при сейсмическом микрорайонировании // Международный научно-исследовательский журнал. Выпуск: № 10 (41), 2015. DOI: https://doi.org/10.18454/IRJ.2015.41.202.

7. Волновые процессы в конструкциях зданий при сейсмических воздействиях. Москва: Наука. 1987.160 с.

8. Хачиян Э.Е. Сейсмические воздействия и прогноз поведения сооружений. Ереван: Гитутюн. НАН РА. 2015. 555 с.

9. Seed H.B., Lysmer J., Hwang R. Soil-Structure Interaction Analyses for Evaluating Seismic Response Journal of the Geotechnical Engineering. Div., ASCE. 1975, vol. 101, no. GT5, pp. 439–457.

10. Bardet J.P., Tobita T., Nera A. Computer Program for Nonlinear Earthquake site Response Analyses of Layered Soil Deposits. 2001. 44 p.

11. Schnabel P.B., Lysmer J., Seed H.B. (1972). SHAKE: A Computer Program for Earthquake Response Analysis of Horizontally Layered Sites. Report No. UCB/EERC-72/12, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, December, 102 p.

12. Бирбраер А.Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость. СПб.: Наука. 1998. 255 с.

13. Тяпин А.Г. Учет взаимодействия сооружений с основанием при расчетах на сейсмические воздействия: Научное издание. Издательство АСВ. 2014.136 с.

14. Тяпин А.Г. Расчет сооружений на сейсмические воздействия с учетом взаимодействия с грунтовым основанием. Научное издание. Москва: Издательство АСВ. 2013. 392 с.

15. Khalil L., Sadek M., Shahrour I. (2007). Influence of the soil-structure interaction on the fundamental period of buildings. Journal of Earthquake Engineering. Dyn. 2007, 36: 2445–2453.

16. Mylonakis G., Gazetas G. (2000). Seismic soil-structure interaction: beneficial or detrimental. Journal of Earthquake Engineering. Vol. 4, no. 3(2000), pp. 277–301, Imperial College Press.

17. Stewart J.P., Fenves G.L., Seed R.B. (1999). Seismic soil-structure interaction in buildings. Ι: Analytical Methods. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Vol. 125, no. 1, January, 1999. ASCE, 1090-0241/99/0001-0026 0037.

18. Pshenichkina V.A., Zhidenko A.S., Sukhina K.N., Sukhin K.A Modeling a "pile-soil array" system under the seismic load action taking into account shock-absorbing properties of the soil. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 913 (2020) 022011.

19. Pshenichkina V.A., Zhidenko A.S., Sukhina K.N., Drozdov V.V. Investigation of the dynamic characteristics of the “building-pile foundation” system with the random parameters of foundation soils. E3S Web of Conferences 281, 01029 (2021).

20. Dangla P. (1988). A plane strain soilstructure interaction model. Earthquake engineering & structural dynamics. Vol. 16(8), 1115–1128.

21. Пшеничкина В.А., Рекунов С.С., Иванов С.Ю., Махиеддин Ч., Хамиси С., Жиденко А.С. Применение слоистой модели к расчетам динамических характеристик зданий при сейсмических воздействиях // Вестник Волгоградского государственного архитектурно–строительного университета. Серия: строительство и архитектура. 2022. №1 (86). С. 43–57.

22.СП 358.1325800.2017 Сооружения гидротехнические. Правила проектирования и строительства в сейсмических районах. Москва: Росстандарт; 2017.