Расчет конструкций на сейсмические воздействия

Расчеты на сейсмикуРасчет на сейсмостойкость

Под сейсмостойкостью понимается способность конструкций сохранять предусмотренные проектом функции после сейсмического воздействия.

Сейсмическое воздействие – это особый вид нагрузки, возникающей при движении грунта из-за природных или техногенных факторов, например, землетрясение, взрывы, движение транспорта, работа оборудования. Такое воздействие приводит к движению, деформации, а иногда к разрушению зданий, сооружений, и других объектов.

Землетрясения являются одним из наиболее частных природных явлений, каждый год сейсмологами регистрируется десятки тысяч землетрясений. Наиболее сильные землетрясения приводят к разрушению несущих конструкций, обвалу кирпичных стен, растрескиванию почвы.

Особенно актуален расчет на сейсмическое воздействие в области атомной энергетики. Это связано с рядом крупнейших аварий, вызванных сейсмическими воздействиями, одна из которых, произошедшая 11 марта 2011 года на АЭС «Фукусима-1» в Японии, нанесла серьезный ущерб окружающей среде.

Согласно НП-031-01 при проектировании АЭС необходимо производить обоснование сейсмостойкости оборудования и строительных конструкций.

Есть два способа обоснования сейсмостойкости оборудования и строительных конструкций:

  • Экспериментальное обоснование;
  • Расчетное обоснование.

Экспериментальное обоснование – способ, позволяющий получить абсолютное подтверждение сейсмостойкости оборудования или строительной конструкции. Этот способ считается предпочтительным, однако он имеет определенные недостатки. В частности, не всегда существует возможность проведения определенного эксперимента. Например, в экспериментальных условиях невозможно создать сейсмику, соответствующую требованиям, предъявляемым к конструкции или оборудованию. Также проведение эксперимента может быть сопряжено с большими экономическими затратами. Например, для проведения эксперимента необходимо изготовить стенд, на котором будет закреплено и подвергаться рабочим нагрузкам оборудование, затем, если приложение дополнительных нагрузок, таких как: сейсмика, падение самолета, воздушно-ударная волна, приведет к разрушению стенда, то дорогостоящее оборудование может тоже стать непригодным к использованию.

Поэтому все чаще используется расчетное обоснование сейсмостойкости оборудования и строительных конструкций.

Расчет сейсмическое воздействие в продуктах APM

В программных продуктах линейки APM реализованы несколько методов определения динамической реакции при сейсмическом воздействии:

  1. Статический анализ или метод эквивалентной статической нагрузки используется путем задания статического нагружения исследуемой конструкции инерционной нагрузкой, распределенной или сосредоточенной в узлах расчетной модели. В свою очередь, инерционная нагрузка определяется как произведение весовой нагрузки конструкции на набор соответствующих коэффициентов, определяемых по СП или аналогичным нормативным документам. Применение метода эквивалентной статической нагрузки ограничивается оборудованием и компонентами, которые имеют первую собственную частоту колебаний выше 20 Гц.
  2. Линейно спектральный метод расчета предполагает проведение модального анализа рассматриваемой конструкции. На этом этапе определяются формы и частоты собственных колебаний вплоть до характерной частоты fmax, соответствующей ускорению нулевого периода. Далее, система загружается инерционной нагрузкой по каждой из вычисленных форм колебаний и для каждого пространственного направления сейсмического воздействия. В качестве исходных данных используют спектры ответа или спектры отклика – график отклика (смещения, скорости или ускорения) осциллятора различной собственной частоты при внешнем возмущении.
    При этом для каждой из форм колебаний и направления сейсмического воздействия определяется полный отклик системы: распределение внутренних усилий, перемещения и реакции опор и т.д. Учет влияния высших форм колебаний, не включенных в основной модальный отклик, проводится путем статической коррекции. При этом особое внимание должно быть уделено различным сейсмическим смещениям жестких заделок и опор конструкций. Результирующий ответ конструкции вычисляется с использованием правила суммирования ККСК (корень квадратный из суммы квадратов).
  3. Динамический метод. Этот метод предполагает численное интегрирование уравнений движения (прямое интегрирование) или разложение по собственным формам (метод суперпозиций мод). При анализе данным методом в качестве исходной информации чаще всего используются акселерограммы, показывающие зависимость ускорения от времени. Динамический метод требует больших затрат вычислительных мощностей.
  4. При решении задач сейсмостойкости строительных конструкций используется метод задания сейсмики по СП 14.133.30.2014 – Строительство в сейсмических районах.

Спектры ответаАкселерограммаЗадание сейсмики по СП 14.133.30.2014

Продукты