Вибрации зданий с подвижным фундаментом при реальных сейсмических воздействиях

Автор: Мирзаев Ибрагим, Турдиев Маликжон Сайфиддин Оглы

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 1 (94), 2021 года.

Бесплатный доступ

Объектом исследования являлись колебания зданий на скользящих фундаментах с сухим трением под действием реальных землетрясений. Методы. Использованы образцы четырехэтажного и девятиэтажного дома с набором из пяти записей землетрясений по шкале 7-10 баллов по шкале MSK-64. Расчетная модель здания представляет собой систему со многими степенями свободы, подверженную только сдвиговым колебаниям. Кулоновская модель сухого трения описывает взаимодействие фундамента и ростверка. Движение фундамента задается как горизонтальная составляющая сейсмограммы реального землетрясения. Отсутствие условия для расчета силы трения между двумя абсолютно твердыми телами в период их сцепления в динамике не позволяет определить время начала скольжения, что усложняет задачу. Кроме того, сейсмограммы реальных землетрясений имеют сложный характер, что может привести к многократным изменениям состояния скольжения и сцепления ростверка и фундамента. Дискретность задачи по времени и использование логического алгоритма позволили решить эту задачу. Использовалась неявная схема Ньюмарка; на каждом временном шаге задача решалась в трех постановках и выбиралось истинное решение. Для обеспечения необходимой точности решения нелинейной задачи величина временного шага была выбрана путем проведения вычислительного эксперимента. Полученные результаты. Разработанный алгоритм расчета перемещений, скоростей, ускорений и поперечных сил был предложен на основе горизонтальной составляющей записи сейсмограммы. Полученные результаты представлены в виде сравнительных графиков перемещений ростверка и фундамента, а также поперечной силы первого этажа. Результаты также были представлены в десяти таблицах для четырехэтажных и девятиэтажных зданий, подвергшихся влиянию пяти землетрясений. В этих таблицах показаны максимальные значения поперечных сил для перекрытий зданий. При благоприятном сочетании динамических характеристик здания и амплитудно-частотной характеристики сейсмограммы использование скользящего фундамента может привести к многократному снижению поперечной силы в здании, а их плохое сочетание в скользящем фундаменте. дает незначительный эффект. Показано, что скользящий фундамент не всегда приводит к многократному снижению поперечной силы.

Еще

Сейсмические волны, динамика зданий, сейсмическая изоляция, фторопласт, сухое трение

Короткий адрес: https://readera.org/143175795

IDR: 143175795   |   DOI: 10.4123/CUBS.94.7

Список литературы Вибрации зданий с подвижным фундаментом при реальных сейсмических воздействиях

  • Chopra, K.A. Dynamics of structures. Fourth Edi . USA, Berkeley, Prentice Hall, One Lake Street, Upper Saddle River, NJ 07458, 2012. 980 p. ISBN:0-13-855214-2. URL: http://faculty.tafreshu.ac.ir/file/download/course/1587566331-dynamic.of.structures.chopra.4thwww.ucivil.ir.pdf.
  • Tarasov, V.A., Baranovskii, M.Y., Redkin A.V., Sokolov, E.A., Stepanov, A.S. Seismic isolation systems. Construction of Unique Buildings and Structures. 2016. 4(43). Pp. 117–140. URL: https://readera.org/sistemy-sejsmoizoljacii-14322325.
  • Yuvmitov, A.S., Hakimov, S.R. Study of the seismic isolation influence on the dynamic characteristics of building. ACTA TTPU 2. 2020. Pp. 59–65. URL: https://uzjournals.edu.uz/cgi/viewcontent.cgi?article=1141&context=actattpu.
  • Iurian, C., Ikhouane, F., Rodellar, J., Robert, G. Identification of a system with dry fiction. Reports de recerca de l’Institut d’Organització i Control de Sistemes Industrials. 2005. URL: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.603.5021&rep=rep1&type=pdf.
  • Pelekis, I., Madabhushi, G.S.P., DeJong, M.J. Seismic performance of buildings with structural and foundation rocking in centrifuge testing. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 2018. 47(12). Pp. 2390-2409. DOI:10.1002/eqe.3089. URL: https://www.researchgate.net/publication/326511048_Seismic_performance_of_buildings_with_structural_and_foundation_rocking_in_centrifuge_testing.
  • Vyscrebentseva, M., Le, Q.V. Methods of seismic and seismic isolation using special devices. Don’s Engineering Gazette. 2019. 1. Pp. 2017-2019. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-seysmogasheniya-i-seysmoizolyatsii-s-primeneniem-spetsialnyh-ustroystv.
  • Belash, T. Dry friction dampers in quake-proof structures of buildings. Procedia Engineering. 2015. 117(1). Pp. 397-403. DOI:10.1016/j.proeng.2015.08.184. URL: https://www.researchgate.net/publication/282831750_Dry_Friction_Dampers_in_Quake-proof_Structures_of_Buildings.
  • Mkrtychev, O.V., Mingazova, S.M. Study of the seismic isolation sliding belt: The case of a monolithic reinforced concrete building. Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1425(1). Pp. 3-10. DOI:10.1088/1742-6596/1425/1/012161. URL: https://www.researchgate.net/publication/338445065_Study_of_the_seismic_isolation_sliding_belt_the_case_of_a_monolithic_reinforced_concrete_building.
  • Mkrtychev, O.V., Mingazova, S.M. Analysis of the reaction of reinforced concrete buildings with a varying number of stories with a seismic isolation sliding belt to an earthquake. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. 869(5). Pp. 3-12. DOI:10.1088/1757-899X/869/5/052065. URL: https://www.researchgate.net/publication/342850247_Analysis_of_the_reaction_of_reinforced_concrete_buildings_with_a_varying_number_of_stories_with_a_seismic_isolation_sliding_belt_to_an_earthquake.
  • Mkrtychev, O.V., Bunov, A.A. Calculation on displacements features of seismic isolated building. Vestnik MGSU. 2014. (6). Pp. 63-70. DOI:10.22227/1997-0935.2014.6.63-70. URL: http://vestnikmgsu.ru/ru/component/sjarchive/issue/article.display/2014/6/63-70.
  • Şcheaua, F.D. Mechanical Systems based on Dry Friction Force used for Building Isolation against Seismic Actions. ANUL XXIV. 2017. (1). Pp. 396–401. URL: http://anale-ing.uem.ro/2017/45.pdf.
  • Von Kluge, P.N., Germaine, D. K., Crépin, K.T. Dry Friction with Various Frictions Laws: From Wave Modulated Orbit to Stick-Slip Modulated. Modern Mechanical Engineering. 2015. 05(02). Pp. 28-40. DOI:10.4236/mme.2015.52004. URL: http://www.scirp.org/journal/mme.
  • Buckle, I., Constantinou, M., Dicleli, M., Ghasemi, H. Seismic Isolation of Highway Bridges. University at Buffalo, The State University of New York, 2016. 194 p. ISBN: 9781626239777. URL: https://www.eng.buffalo.edu/mceer-reports/06/06-SP07.pdf.
  • Banović, I., Radnić, J., Grgić, N. Geotechnical seismic isolation system based on sliding mechanism using stone pebble layer: Shake-table experiments. Shock and Vibration. 2019. 2019. DOI:10.1155/2019/9346232. URL: https://www.hindawi.com/journals/sv/2019/9346232.
  • Uzdin, A.M., Sandovich, T.A., Amin, Al Naser M.S. Fundamentals of Earthquake-Resistance Theory and Earthquake-Proof Construction of Buildings and Structures. Saint - Petersburg, VNIIG, 1993. 176 p. URL: http://science.totalarch.com/book/1609.rar.
  • Arutunyan, A.R. Modern methods of seismic insulation of buildings and structures. Engineering and construction journal. 2010. 3(13). Pp. 56–60. DOI: 10.18720/MCE.13.1. URL: https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2010/3(13)/arutyunyan_seismoisolation.pdf.
  • Rashidov, T.R., Kuznetsov, S. V., Mardonov, B.M., Mirzaev, I. Applied problems of seismic dynamics of structures. Book 1. the effect of seismic waves on the underground pipeline and foundations of structures interacting with the ground environment. Tashkent, Navro’z, 2019. 269 p. ISBN:978 9943 565 56 2. URL: http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/RashidovKuznetsovMardonovMirzaev2019ru.pdf.
  • Ajzenberg, Y.M. Seismic isolating adaptive foundation systems. Osnovaniya, Fundamenty i Mekhanika Gruntov. 1992. 29. Pp. 197-202. DOI:10.1007/BF02125532. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02125532.
  • Kuznetsov, V., Chen, S. Sliding girt with fluoroplastic for earthquake-proof building. Engineering and construction journal. 2011. 21(3). Pp. 53–58. DOI:10.18720/MCE.21.8. URL: https://engstroy.spbstu.ru/article/2011.21.7.
  • Chen, S. Seismically isolated building with sliding fluoroplastic belt. Saint Petersburg, 2011. 86 p. URL: https://scadhelp.com/content/downloads/files/2011/Chehn-mag-2011.pdf.
  • Sanjaya, K. P., Ravi, S.S. Influence of friction models on response evaluation of buildings with sliding isolation devices. 13th World Conference on Earthquake Engineering. 2004. (1373). URL: https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_1373.pdf.
  • Bakre, S. V., Jangid, R. S., Reddy, G.R. Seismic response of piping systems with isolation devices. 13th World Conference on Earthquake Engineering. 2004. (2676). URL: https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/13_2676.pdf.
  • Lapin, V.A., Erjanov, S.E., Daugavet, V.P. Comparative analysis of the effect of seismic isolation using instrumental records of seismic engineering stations. Problems of Mechanics. 2018. (4). Pp. 14–18. DOI:10.6084/m9.figshare.14247425. URL: https://zv17.twirpx.net/3413/3413787_2DE1072E/va_lapin_se_erzhanov_vp_daugavet_comparative_analysis_of_the.pdf.
  • Apsemetov, M.Ch., Andashev, A.J. Calculation of buildings and structures with seismic-insulating sliding belt for seismic effects with intensity over 9 points. Vestnik MIU. 2017. 3(145). Pp. 86–91. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30671944.
  • Elmer, F.J. Nonlinear dynamics of dry friction. Journal of Physics A: Mathematical and General. 1997. 30(97).Pp. 6057–6063. DOI:10.1088/0305-4470/30/17/015. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0305-4470/30/17/015.
  • Sultanov, K.S., Vatin, N.I. Wave Theory of Seismic Resistance of Underground Pipelines. Applied Sciences. 2021. 11(4). Pp. 1797 DOI:10.3390/app11041797. URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/4/1797.
  • Bekmirzaev, D.A., Mirzaev, I. Earthquake Resistance Assessment of Buried Pipelines of Complex Configuration Based on Records of Real Earthquakes. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2021. 57(6). Pp. 491–496. DOI:10.1007/s11204-021-09697-0. URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s11204-021-09697-0.pdf.
  • Nikitin, L. V. Multiple impacts of a bar with external dry friction. Dynamics of Vibro-Impact Systems. 1999. Pp. 221–230. DOI: 10.1007/978-3-642-60114-9_25. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-60114-9_25.
  • Mirzaev, I. Dynamics of prestressed rod under impact load. Dynamics Problems of Inelastic Medium: Continuum Dynamics. 1985. 71. Pp. 65–74. URL: https://zv17.twirpx.net/3405/3405370_FD7EC652/dinamika_predvaritelno_napriazhennogo_sterzhnia_pri_deistvii.pdf.
  • Isakov, A.L., Shmelev, V.V. Wave processes when driving metal pipes into the ground using shock-pulse generators. Journal of Mining Science. 1998. 34(2). Pp 139–147. DOI:10.1007/BF02803446. URL: https://www.researchgate.net/publication/248775391_Wave_processes_when_driving_metal_pipes_into_the_ground_using_shock-pulse_generators.
  • Smirnov, A.L. Computation of the process of impact submersion of a pile in the ground - Part I. Mathematical modeling. Soviet Mining Science. 1989. 25. Pp. 359–365. DOI:10.1007/BF02528556. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02528556.
  • Aleksandrova, N.I. Numerical-analytical investigation into impact pipe driving in soil with dry friction. Part I: Nondeformable external medium. Journal of Mining Science. 2012. 48. Pp. 856–869. DOI:10.1134/s1062739148050103. URL: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1312/1312.1582.pdf.
  • Ambraseys, N.N., Smit, P., Douglas, J., Margaris, B., Sigbjörnsson, R., Ólafsson, S., Suhadolc, P., Costa, G. Internet site for European strong-motion data. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata. 2004. 45(3). URL: http://www.isesd.hi.is/ESD_local/frameset.htm.
Еще
Статья научная