книги из ГПНТБ / Д’Анжело, Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез-1

141

щенные в табл. 4 перерезывающие силы по этажам, приведенные

приведенных перерезывающих сил *5'мало отличаются друг от дру­ га для разных акселерограмм. Следовательно, стандарт акселе­ рограммы является содержательной характеристикой интенсив­ ности сейсмического воздействия. Из трех акселерограмм час­ тотный параметр акселерограммы 8-8 Г-10 наиболее удален от основной частоты сооружения, поэтому величина полной перере­ зывающей силы при воздействии этой акселерограммы приблизи­ тельно на 25% меньше, чем двух других.

Испытания будут содержать наибольшее количество полезной информации при высоком уровне нагрузок.

В наших экспериментах интенсивность колебаний соответство­ вала приблизительно 5ч-6-балльному землетрясению, что для данного метода не является пределом. Наиболее рациональной следует считать интенсивность колебаний, приближающуюся к расчетной интенсивности землетрясения.

Улучшая методику эксперимента в части подготовки здания к испытаниям, совершенствования техники удара, качества и ко­ личества регистрирующей аппаратуры и записей колебаний зда­ ний, можно значительно расширить круг решаемых задач и полу­ чить еще более ценные и интересные результаты.

Испытания двухэтажного здания методом сброса нагрузки*. Испытания проводились с помощью гравитационной установки по схеме, показанной на рис. 40.

К обоим этажам здания была приложена одинаковая нагруз­ ка, величина которой согласовывалась с расчетной сейсмической нагрузкой, определенной по СНиП П-А 12-69. Наибольшая общая нагрузка составляла 24 т, что почти в два раза больше расчетной сейсмической нормативной нагрузки при воздействии девятибал­ льного землетрясения.

Основная цель испытаний заключалась в изучении прочности и жесткости конструкций здания при статической горизонтальной нагрузке. По окончании статических испытаний производился вне­ запный сброс нагрузки с помощью специального электромагнит­ ного устройства. При этом а-импульсы одинаковой величины пере-

* Работа выполнялась в ТашНИИЭПе Ф. Валиевым.

14?

давались одновременно обоим перекрытиям. Для выделения весовых функций g lkKAuhlk был произведен дополнительный сброс наг­

рузки, приложенной только к нижнему этажу. Весовые функции вычислялись по формулам § 4 настоящей главы.

Рис. 4. Схема гравитационной установки для испытания двухэтажного здания:

J —здание; 2 —сбрасыватель нагрузки; 3 —горизонтальная распределительная ферма; 4 —простран­ ственная опорная система; 5—грузовая платформа.

При одновременном сбросе двух одинаковых нагрузок на ос­ циллограммах ускорений получаются записи, которые будем обозначать соответствующими буквами с чертой сверху. Счита­ ем нижний этаж первым. Запись на первом этаже —

здесь величины g. и gik приведены к единичной нагрузке, т. е.

женной к первому этажу. Разделив ординаты записи на величи­

143.

формулами (III. 113) и (IIIЛ14), были бы излишни при одинако­

Рис. 41. Образец записи при внезапном сбро­ се нагрузки.

ципе возможно испытания методом сброса нагрузок вести таким образом, чтобы в каждом уровне были приложены нагрузки,

Рис. 42. Весовые функции, построенные по записи сброса нагрузки.

пропорциональные массам. При этом будет исключена операция суммирования весовых функций. На рис. 41 показаны образцы записи при внезапном сбросе нагрузки, на рис. 42 — весовые функции, построенные путем численного дифференцирования ос-

144

циллограмм, в соответствии с формулами § 4 главы III. В табл. 5 приведены перерезывающие силы, определенные по СНиП Н-А 12-69 при семибалльном землетрясении и по расчету на воздей­ ствие пяти акселерограмм, приведенных в § 8.

Перерезывающая сила, приведенная к единичному стандарту, имеет наибольшую величину для акселерограммы 8-5 Г-20, час­

зывающей силы по физическому расчету для сг=22 см/сек2 к нор­ мативной величине при 7 баллах равно 2,23. Следует иметь в виду, что по нормативным расчетам декремент колебаний принимается 6 = 0,3, тогда как фактическая его величина, учитываемая при рас­ чете но экспериментальным весовым функциям, равна 0,25.

Испытания модели четырехэтажного крупнопанельного здания ударной нагрузкой. Модель четырехэтажного крупнопанельного здания серии 1-464 АС в 1/2 натуральной величины была построе­ на для комплексных испытаний статической и динамической наг­ рузкой*. Были проведены испытания трех видов: на горизонталь­ ные статические нагрузки, приложенные одновременно в уровнях всех этажей, с устройством для мгновенного сброса; на ударную

Для построения весовых функций были использованы записи ускорений при ударных испытаниях. Испытания проводились в по­ перечном направлении относительно продольной оси здания в на­ туре. Длина фрагмента модели по фасаду составляла 4,2 м. Уда­

стальной балке, установленной в уровне перекрытия между'внут­ ренними поперечными диафрагмами.

с осреднением по спектру собственных частот и множеству аксе­ лерограмм, по формулам (III.98) и (III.103). В качестве стандарт­ ной выборки использованы акселерограммы 8-3 Г-52, 8-8 Г- L0 и 8-6 Г-21.

В данном эксперименте при определении весовых функций ста­ вились две задачи: выполнить расчет модели на воздействие ак­ селерограмм и сделать выводы о ее сейсмостойкости путем срав­ нения результатов расчета с экспериментальными статическими и вибрационными нагрузками; ,по результатам испытания модели выполнить расчет натурного прототипа, ті е. здания серии 1-464 АС, на воздействие акселерограмм. Первая задача решалась по изложенной выше методике. Решение второй задачи представляет существенное дополнение к методике, и на нем следует остано­ виться подробнее.

Результаты расчета модели на воздействие акселерограмм можно перенести на здания в натуре при выполнении следующих двух условий.

1. Спектр собственных частот модели должен быть расположен относительно спектров акселерограмм так же, как спектр Собст­ венных частот здания в натуре. Это условие будет выполнено с достаточной точностью, если масштаб времени на акселерограм­ ме увеличить пропорционально отношению периодов первого тона

с натурой необходимо масштаб времени на акселерограммах уве­ личить в 2 раза или сжать акселерограммы в 2 раза по оси вре­ мени. При этом для расчета моделей на действие акселерограмм пришлось бы в памяти машины иметь несколько комплектов ак­ селерограмм с различными масштабами времени. Метод весовых функций позволяет избежать этого неудобства и пользоваться во всех случаях одним и тем же комплектом акселерограмм, а изме­ нение масштаба времени относить к весовым функциям, применяя для них обратную операцию уменьшения масштаба времени или растяжения функций вдоль оси времени. В данном случае было выполнено растяжение весовых функций в два раза.

2. Для перехода от модели к натуре необходимо сейсмичес­ кие'1'нагрузки увеличить пропорционально отношению массы зда­ ния в натуре к массе модели. Таким образом, весовая функция для натѵры получается из весовой функции модели путем рас-

14B

Наибольшая относительная нагрузка на верхний этаж 'полу­ чается при воздействии по акселерограмме 8-8 Г-10 и составляет 0,527 S0. Расчетные усилия, определенные по формуле (III. 103"), соответственно равны: верхний этаж — 5,27 г, нижний — 12,5 т. Отношение равно 0,422, а для нормативного расчета — 0,347. Это сравнение объясняет причину неудовлетворительной сходимости нормативных расчетов с наблюдаемыми повреждениями для верх­ них этажей зданий.

Отношение нормативной нагрузки к расчетной по акселеро­

В табл. 6 приведены значения полной перерезывающей силы, вычисленные по экспериментальным весовым функциям для зда­ ния в натуре. Перерезывающие силы приблизительно пропорцио­ нальны стандартам. Перерезывающая сила при девятибалльном землетрясении по СНиП составляет 108 т. Отношение физического расчета к нормативному равно 1,8 (с учетом формулы (III. 103").

§ 11. Н орм ирование сейсм ических воздействий

Расчет сооружений на воздействие акселерограмм, который выше был назван физическим, по результатам существенно отли­ чен от нормативных расчетов. Обычно обращают внимание на ко­ личественное расхождение, которое заключается в том, что сейс­ мические усилия, определенные физическим методом, в несколько раз превосходят нормативные. В данном исследовании неодно­ кратно подчеркивалась существенная разница и качественных по­ казателей, в особенности характера распределения сейсмических нагрузок по высоте.

Физические методы расчета учитывают все особенности сейс­ мического процесса, содержащиеся в акселерограммах, и поэтому более объективно характеризуют сейсмические воздействия. От­ сюда возникает вопрос о целесообразности нормативных расчетов и о возможности замены их физическими. Для решения этого воп­ роса прежде всего необходимо уточнить понятие «физические Ме­

148

тоды расчета». Как следует из изложенного выше, физические рас­ четы могут иметь смысл объективного прогноза сейсмических воздействий только при условии исключения случайных факторов, связанных с индивидуальными особенностями отдельных акселе­

ности. Возможность такого сравнения представилась после Таш­ кентского землетрясения 1966 г. В работе [99] обоснована восьмибалльиая интенсивность землетрясений в эпицентре и приведены данные о массовых разрушениях несущих конструкций кирпичных зданий, рассчитанных на действие землетрясения в восемь баллов. В работе [100] сделан подробный анализ этого факта на примере повреждений большого количества жилых зданий серии 310 высо­ той в четыре и пять этажей. В основу исследования положено по­ нятие средней сейсмостойкости здания в баллах. Количественная оценка сейсмостойкости здания дается формулой

где / — средняя сейсмостойкость здания в баллах сейсмической шкалы.

Для каждого этажа здания определяется Stk — горизонтальная

сейсмическая нагрузка на этаж при землетрясении силой R бал­ лов (величина R выбирается произвольно и не влияет на резуль­

тат определения I ) и [5^j — сумма предельных нагрузок на не­

сущие элементы — стены и простенки — на данном этаже. Пре­ дельные нагрузки находятся по СНиП ІІ-В 2-69. По этим данным вычисляется средний показатель сейсмостойкости здания

N

■— і=21 \s i ]2

Н- - ъ ■

2 4=

І=1

По указанной формуле была определена сейсмостойкость зда­ ний с учетом фактической прочности кладки. В проектах преду­ сматривалась кладка I категории по сопротивляемости сейсмиче­ ским воздействиям. Фактически в большинстве случаев по проч­ ности сцепления кирпича с раствором кладка была ІІІ категории и в некоторых случаях приближалась ко II категории.

Сейсмические нагрузки определялись по СНиП Н-А 12-62. Был также сделан вариант расчета на одновременное воздействие вер-

149