WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

y P(t ) x 300 м 2a Рис. 4. Структура выбора размеров представительского объема для модельной задачи (однородное или слоистое полупространство без склона) P(N) 1.) 1.) (Н) 0.t(c) 0.001 0.002 0.003 0.Рис. 5. График зависимости давления от времени 150 м H Проведен расчет всех характеристик динамического НДС в области после выбора требуемых размеров КЭ с тестированием до достижения требуемой практической точности расчетов. Наиболее информативными являются графики зависимости амплитуды смещений от времени – амплитудновременная характеристика колебаний (рис.6-а). В некоторых случаях размеры представительского объема, необходимые для достижения требуемой точности при расчете колебаний грунтового массива (особенно при воздействии с низкочастотным спектром), оказываются достаточно большими. С целью уменьшения размеров представительского объема тестовые расчеты проведены с введением трех демпфирующих поясов. На рис.6-б видно, что с введением демпфирующих поясов влияние отраженных волн существенно уменьшается.

а б Рис. 6. Изменения перемещений в точке А(50,0) по времени для плоской модели:. а- без демпфирующих поясов; б- с введением демпфирующих поясов Для сравнения проведены тестовые расчеты модельных задач для однородной полуплоскости, содержащей склон с высотой 5м и шириной 10м. Отмечено, что существование склона определяет появление отраженных от него волн (рис.7).

Рис. 7. Изменения перемещений в точке А(50,0) по времени: а- слоистая структура без склона; б- слоистая структура со склоном На основе опыта разработки плоской модели с использованием предложенной последовательности действий, создан трехмерный МКЭ расчетный алгоритм системы «массивный объект – береговой склон». По результатам численного эксперимента получено, что максимальное влияние НДС объекта наблюдается при его расположении на прямой, соединяющей точку положения источника со склоном по перпендикулярному направлению.

Для подтверждения достоверности полученных результатов расчетов по МКЭ проведено сопоставление с аналитическим решением. Для описания нестационарных процессов используются хорошо разработанные методы гармонического анализа в интегральной форме, основаные на применении преобразования Фурье по времени ко всем характеристикам.

ux, y, z, ux, y, z,texp itdt ;

T P Ptexp itdt Ptexp itdt.

0 При расчете амплитудно-временной характеристики для точки В(100,0) получаем график, имеющий некоторые качественные отличия от полученного аналитически (рис.8). Эти отличия окажутся практически в пределах погрешности вычислений после фильтрации АВХ.

U (10*E-13м) 50 100 150 200 250 300 W(гц) Рис. 8. Сопоставление результатов расчетов: кривая, помеченная точками – аналитическая АЧХ; график, отмеченный квадратами –АЧХ по результатам расчета амплитудновременной характеристики смещения по МКЭ с последующим применением к ней преобразования Фурье В третьей главе представлены результаты численного эксперимента на основе разработанной плоской модели для трехслойного полупространства со склоном и без него (рис.9). Расчеты проводились для трех наиболее характерных типов структуры – нормальная и два типа аномальной (Ж-М-Ж и М-Ж-М).

Основное внимание уделено выявлению степени влияния берегового склона на основные характеристики распределения амплитуд колебаний вблизи склона при различном положении источника относительно склона. Исследования основных закономерностей распределения волн, распространяющихся в грунте, основаны на оценке графиков зависимости амплитуды смещений от времени – амплитудно-временная характеристика колебаний и диаграмм смещений в окрестности склона в различные моменты времени.

yyx50м o M1 10м y1ый вариант P(t) А B M1 M2 50м x2ой вариант P(t) Первый слои 5м MC D Второй слои xE F Полупространство 5м 10м 30м 10м Рис. 9. Расположение объекта в системе для численного эксперимента расчета напряжений под фундаментом объекта В качестве примеров приведены наиболее характерные графики и диаграммы (рис. 10-13).

Рис. 10. Диаграмма распределения амплитуд смещений в момент выхода пакета волн в окрестность склона (t=0.15c) для структуры нормального строения при падении волн слева 0м Рис. 11. Диаграмма распределения амплитуд смещений в момент распространения пакета волн в поверхность третьего слоя вблизи склона (t=0.11c) для структуры нормального строения при падении волн справа.

2.90E-2.50E-2.10E-1.70E-1.30E-9.00E-5.00E-1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис. 12. Графики максимальных амплитуд смещений Ux в точках на участке A(5,0)-B(50,0) для структуры аномального строения «жесткий-мягкий-жесткий»; отмечен треугольниками – без склона; отмечен точками – со склоном Горизонтальное перемещение Ux (м) Рис. 13. Графики максимальных амплитуд смещений U в точках на поверхности первого (AB),второго (CD) и третьего слоев (EF) структуры аномального строения «мягкийжесткий-мягкий»; график, отмеченный треугольниками – при нагружении слева от склона, отмеченный точками – при нагружении справа При расположении источника выше (слева от) склона установлено:

влияние склона на повышение амплитуды смещения поверхности верхнего слоя вблизи склона. Эта закономерность имеет место на расстоянии не более 2-3 толщин верхнего слоя склона на удалении от верхнего обреза склона и существенно больше для структуры аномального строения;

наиболее высокий уровень колебаний, распространяющихся от источника равной интенсивности, наблюдается при его расположении на поверхности нормальной структуры, или аномальной типа «мягкий - жесткий – мягкий»;

амплитуда поверхностной волны существенно зависит от толщины верхнего слоя и контрастности жесткостей двух верхних слоев;

для аномальной структуры «мягкий - жесткий – мягкий» сильное снижение уровней воздействия наблюдается начиная с выхода на дневную поверхность среднего, более жесткого слоя.

При расположении источника ниже склона (справа от) склона установлено:

влияние склона на снижение амплитуды смещений, когда волны распространяются в полупространстве в окрестности нижней поверхности третьего слоя вблизи склона;

уровень колебаний, распространяющихся от источника равной интенсивности, расположенного на полупространстве, увеличивается при снижении его жесткости;

уменьшение уровней воздействия по поверхности структуры в отрицательном направлении оси абсцисс (удалении его от источника). Скорость этого уменьшения определяется контрастностью жесткостей и типом структуры. Для аномальных структур она выше, чем для нормальной.

На основе анализа результатов численного эксперимента установлено, что при расположении источника техногенных или сейсмических колебаний слева от склона для всех случаев структурного строения уровень возможного воздействия на сооружения, расположенные выше склона и на нем, существенно выше, чем при набегании волн от источника, расположенного ниже по склону.

В четвертой главе проведены исследования основных закономерностей распределения напряжений под фундаментом объекта при воздействии сейсмических или техногенных колебаний, распространяющихся в грунте. Рассмотрено различное расположение массивного объекта на поверхности слоистой структуры в окрестности склона при различной его массе и соотношениях упругих параметров слоев. Структура трехслойной среды, как и ранее, соответствует нормальной и аномальной структурам.

В качестве примеров на рис.14-15 приведены характерные законы распределения напряжений под подошвой фундамента по времени в различные моменты времени при прохождении под ним волн, распространяющихся в грунтовом массиве.

7.0E-6.0E-5.0E-4.0E-3.0E-2.0E-1.0E-0.0E+Рис. 14. Распределение нормальных напряжений под фундаментом объекта, коорди y наты которого О(35м,0): график, помеченный точками – при t=0.108с; график, помеченный квадратами – при t=0.098с 3.5E-3.0E-2.5E-2.0E-1.5E-1.0E-5.0E-0.0E+Рис. 15. Распределение касательных напряжений под фундаментом объекта, коордиxy наты которого О(35м,0): график, помеченный точками – при t=0.094с; график, помеченный квадратами – при t=0.076с На основе результатов численного эксперимента на плоской модели установлено:

При расположении источника выше (слева от) склона:

1. При любом соотношении упругих параметров слоев и равной амплитуде распространяющихся от источника колебаний наиболее высокий уровень воздействия наблюдается при расположении объекта на склоне или выше него.

Нормальное напряжение ( Па ) Касательное напряжение ( Па ) 2. При расположении объекта вблизи верхней части склона наблюдается локальное увеличение амплитуд воздействия (до 30%) за счет появления отраженных от торца склона волн.

3. При расположении объекта ниже склона при любой структуре распределения жесткостей слоев имеет место существенное снижение уровней воздействия на него.

4. Толщины слоев и контрастность их жесткостей определяют скорость убывания амплитуды воздействия на объект при его смещении по поверхности структуры от источника.

5. Увеличение угла наклона склона определяет незначительное увеличение амплитуд динамического воздействия на объект, расположенный на поверхности верхнего слоя вблизи склона.

При расположении источника ниже (справа от) склона:

1. Для любого типа структуры максимальный уровень воздействия наблюдается при расположении объекта между нижней частью склона и источником колебаний.

2. Смещение местоположения массивного объекта по поверхности структуры в отрицательном направлении оси абсцисс (удалении его от источника вверх по склону и выше него) определяет уменьшение уровней воздействия.

3. Угол наклона склона очень слабо влияет на уровни воздействия на массивный объект при любой структуре. Незначительное увеличение уровня воздействия (количественно зависящее от контрастности жесткостей и толщин слоев структуры) можно отметить только при расположении объекта на поверхности полупространства в непосредственной близости к нижнему торцу склона.

На основе проведенной серии расчетов для различной массы объекта (при неизменной структуре слоистой среды со склоном, размере основания объекта и его положении) наблюдается рост амплитуды динамической составляющей напряжений под его фундаментом, при неизменном характере распределения напряжений при прохождении под объектом пакета волн от источника (рис.16).

2.8E-2.5E-2.3E-2.0E-1.8E-1.5E-1.3E-1.0E-7.5E-5.0E-2.5E-0.0E+Рис. 16. Распределение нормальных напряжений под фундаментом объекта.

y Координаты центра объекта О(35м,0м). Размер фундамента 10м длина по оси X. Источник слева от объекта. график, помеченный крестиками – масса объекта М=500T/м ; график, помеченный квадратами – масса объекта 2М ; график, помеченный треугольниками – масса объекта 5М При прохождении пакета волн от источника под фундаментом поверхностного объекта (при любом положении объекта вблизи склона, для любого типа структуры) наблюдается существенное отклонение количественных и качественных характеристик распределения напряжений в различные моменты времени от статического. Это выражается в наличии асимметрии, которая может генерировать достаточно интенсивный знакопеременный момент сил, действующих на фундамент, определяя тенденцию к его изгибному деформированию и «раскачиванию» объекта. Тенденция изгибного деформирования объекта тем сложнее, чем больше протяженность фундамента объекта в направлении распространения волны.

Расчет по пространственной модели подтверждает все указанные выше закономерности. Различия связаны с увеличением скорости убывания уровня воздействия на объект при его удалении от источника и наличием асимметрии распределения напряжений под объектом по всем сечениям, если направление распространения волн в структуре не совпадает с осью симметрии фундамента.

Нормальное напряжение (Па) Установлено, что наиболее опасным с точки зрения уровней воздействия на массивный объект, является склон, распространение волн в котором совпадает (или близко) с линией падения воды (источник выше склона, объект расположен в перпендикулярном сечении склона, проходящем через источник колебаний). Уменьшение угла падения волны на склон (от прямого в плане) определяет снижение уровня воздействия на объект, в том числе за счет уменьшения амплитуд отраженных от него волн (определяющих степень влияния склона на характеристики волновых полей в его окрестности).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Разработан и реализован МКЭ алгоритм расчета динамических характеристик взаимодействия с грунтом поверхностных массивных объектов, расположенных вблизи береговых склонов различной структуры. Проведено тестирование, нацеленное на проверку адекватности модели реальности.

2. Разработана программа расчета перемещений в грунте и особенностей динамического НДС системы “массивный объект - грунт” вблизи берегового склона в плоской и пространственной постановках.

3. Исследованы основные закономерности распределения волновых полей в структуре с различным соотношением механических характеристик слоев при наличии и отсутствии берегового склона при возбуждении колебаний поверхностным источником нестационарных колебаний.

4. Проведен численный эксперимент, нацеленный на выявление основных закономерностей распределения напряжений под фундаментом объекта, обусловленных наличием склона и соотношением жесткостей его слоев при различном направлении распространения техногенных или сейсмических колебаний.

5. На основе численного анализа выявлены наиболее неблагоприятные для здания или сооружения в окрестности склона направления распространения техногенных или сейсмических колебаний при различной структуре слоев как в плоской, так и в пространственной постановках.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях из перечня ВАКа:

1. Селезнев М.Г., Ву Тхи Бик Куен. Основные закономерности динамического воздействия на массивные объекты, расположенные вблизи берегового склона // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. 2008. №1. С.

41-44. Лично автором выполнено 3с.

В других изданиях:

2. Ву Тхи Бик Куен. О расчете характеристик колебаний зданий, расположенных в аномальной зоне склона // Материалы Международной научнопрактической конференции "Строительство-2006". Ростов-на-Дону: РГСУ, 2006. С. 93-94.

3. Селезнев М.Г., Селезнев Н.М., Ву Тхи Бик Куен. О расчете характеристик воздействия сейсмических колебаний на здания, расположенные вблизи берегового склона //Современные проблемы механики сплошной среды// Труды Х Международной конференции. Ростов-на-Дону, 2006. Т.1. С.257-260.

Лично автором выполнено 2с.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»