ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

При сейсмических нагрузках высокой интенсивности здания работают как стохастические пространственные системы переменной структуры, в которых возникают локальные повреждения и зоны пластических деформаций. Принятые в существующих нормах и большинстве исследований консольно-маятниковые расчетные динамические модели динамических воздействий не могут обеспечить надежность и безопасность зданий, т.к. они определяют только интегральные параметры действующих нагрузок и реакции самого сооружения. Конструктивные схемы современных жилых и общественных зданий повышенной этажности могут быть представлены пространственной моделью тонкостенного составного стержня. Теория тонкостенных составных стержней, являющаяся синтезом теории тонкостенных стержней и теории составных стержней разработана, в основном, в детерминированной постановке для расчета зданий на действие статических нагрузок. Вопросы динамики тонкостенных составных стержней остаются в настоящее время малоизученными, особенно в вероятностной постановке, хотя эта модель может быть с успехом использована для расчета зданий на сейсмические нагрузки.

Случайное поле в виде сейсмических сотрясений представлено в виде многокомпонентного случайного вектора ускорений поступательного движения и вращения грунтового основания, элементами которого являются квазистационарные стационарно связанные случайные функции. Характеристики векторного поля задаются в виде матриц спектральных и взаимных спектральных плотностей. В отличие от дискретных расчетных динамических моделей предлагаемая дискретно-континуальная пространственная модель тонкостенного составного стержня более эффективна для вероятностных задач имитационного и статистического моделирования, а также вариантного проектирования, т.к. обладает большой наглядностью и требует значительно меньших затрат машинного времени и памяти. Полученное решение представлено в аналитическом виде, что особенно важно для вероятностного анализа работы системы.

Решена задача свободных стохастических изгибно-крутильных колебаний многоветвевого тонкостенного составного стержня с абсолютно жесткими поперечными связями сдвига. Динамическая задача колебаний системы под действием случайной многокомпонентной динамической нагрузки решена методом канонических разложений, позволяющим действие над многокомпонентной случайной векторной функцией сейсмического движения грунтового основания заменить действием над совокупностью некоррелированных случайных величин и детерминированных координатных функций. Расчеты показывают, что дополнительные напряжения в ветвях системы от учета корреляции обобщенных координат составляют 15-20% от расчетных напряжений, полученных без учета корреляции. Дополнительные напряжения от учета корреляции компонент вектора сейсмического воздействия составляют 30-35%.

Таким образом, в традиционной практике проектирования при неучете эффекта корреляции занижается фактическая несущая способность при расчете на сейсмостойкость (согласно данным расчетов до 55%). Расчетами установлено, что в несущих элементах зданий при сейсмических воздействиях возникают зоны повышенных напряжений, в то же время остальная часть сооружения остается существенно недонапряженной, что не выявляется при расчетах по одномерным моделям. Вариантное проектирование дает возможность добиться равновероятностного распределения напряжений и усилий, обеспечивая высокую надежность системы. При вычислении усилий и напряжений в элементах системы использован квазистатистический подход, что ориентировано на проектирование традиционного типа для гражданских зданий. В то же время проведение прямого динамического расчета системы во временной области является более общим, чем в частотной, и позволяет обобщить решение и рассматривать задачи нестационарных и нелинейных колебаний сооружений и расчет с учетом пластических деформаций.