Расчет на сейсмические воздействия в ПК ЛИРА 10 и SCAD office

Нормативные документы регламентируют выполнение расчетов на сейсмические воздействия на базе линейно-спектральной теории. В ее основе лежат вычисленные (или замеренные) ускорения маятников с различными периодами собственных колебаний, вызванные землетрясением. Максимальные значения таких ускорений представляются в функции периода собственных колебаний маятника (пробного осциллятора) и образуют спектр реакций, который служит основой для определения сейсмической нагрузки.

Согласно действующему нормативному документу в области проектирования в сейсмически активных районах (СП 14.13330.2014 [1]) здания и сооружения необходимо рассчитывать на проектное землетрясение (ПЗ) и в некоторых случаях на максимальное расчетное землетрясение (МРЗ). И в том, и в другом расчете спектрального метода (Основы расчета строительных конструкций. Расчет на сейсмические воздействия в ПК ЛИРА 10.4) [2] может быть недостаточно и необходимо использовать прямые динамические методы, основанные на интегрировании уравнений движения.

Для решения задач в прямой динамической постановке при расчете на сейсмические воздействия в ПК ЛИРА версия 10.6 существует модуль ДИНАМИКА+ (рис.1), который позволяет получать решение задачи на всем временном интервале (рис. 2).

Как видно из рис. 2, в рамках описания задачи в модуле ДИНАМИКА+ пользователь может настроить шаг и время интегрирования, скорость распространения сейсмического воздействия (впервые появилось в ПК ЛИРА версии 10.0), собрать массы со статических загружений, а также указать какие результаты расчета выводить (перемещения, и/или усилия, и/или РСУ).

При расчете на сейсмические воздействия в прямой динамической постановке, в качестве исходных данных выступают графики ускорений и перемещений (акселерограммы и сейсмограммы соответственно). В ПК SCAD 21 есть сателлит, позволяющий редактировать акселерограммы (рис. 3):

Как видно из рис.3, Редактор акселерограмм в ПК SCAD 21 позволяет отображать все параметры и название записи, отрисовывать акселерограммы (рис. 4) и вычислять по акселерограммам сейсмограммы (рис.5), при этом корректировка средней линии акселерограммы происходит автоматически [3, 4], что видно по сейсмограмме (рис. 5) после интегрирования акселерограммы:

Имеющиеся в наличие акселерограммы можно сохранить в формате *.spc для дальнейшего использования в модуль ДИНАМИКА+ в ПК ЛИРА версия 10.6 или ПК SCAD 21.

Дальнейший расчет на сейсмические воздействия в динамике во времени проводится в ПК ЛИРА 10.6 с использованием модуля ДИНАМИКА+, акселерограмму при этом можно задать, копируя таблицу в ПК ЛИРА версия 10.6, либо загрузив файл SCAD 21 (в формате *.spc):

Понятно, что акселерограммы в ПК ЛИРА версия 10.6 и SCAD 21 будут идентичны (рис. 6 и 4 соответственно). В ПК ЛИРА, начиная с версии 10.0, стало возможным задавать воздействия не только в виде акселерограмм, но и в виде сейсмограмм землетрясений, что позволит учесть определенные эффекты при расчетах (например, эффект Хлыста).

При выполнении расчетов на сейсмические воздействия особое внимание следует уделять затуханию. В модуле ДИНАМИКА+ ПК ЛИРА есть несколько способов учесть это:

Как видно из рис. 7, затухание в ПК ЛИРА можно учесть по Релею, однако также можно задать и вручную, указав соответствующие массы в загружении «Затухание».

Во время расчета в модуле ДИНАМИКА+ ПК ЛИРА версия 10.4 строит график кинетической энергии, для анализа получаемых результатов и контроля сходимости:

Далее, анализируем результаты расчета. В ПК ЛИРА версия 10.6 после прямого динамического расчета (модуль ДИНАМИКА+) можно выводить как графические, так и табличные данные:

• Графики ускорений, скоростей и перемещений для всех узлов;
• Графики усилий для всех типов элементов – стержни, платины, объемные конечные элементы;
• Спектры ускорений, скоростей перемещений для всех 6 направлений (3 линейных и 3 угловых);
• Таблицы с числовыми значениями всех усилий и перемещений по всем узлам;
• Таблица РСУ и т.д.

Так, например, таблицу РСУ можно использовать для подбора/проверки армирования или металлоконструкций, поскольку эта таблица состоит из экстремальных значений усилий по всем моментам времени.

Таким образом, расчет динамических задач с использованием модуля ДИНАМИКА+ в ПК ЛИРА весрия 10.6 и SCAD 21 позволяет получить значительно больше информации о сооружении, чем при использовании стандартного спектрального метода.

Литература:

1. СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81* (актуализированного СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах" (СП 14.13330.2011))
2. Колесников А.В. Основы расчета строительных конструкций. Расчет на сейсмические воздействия в ПК ЛИРА 10.4
3. Алексидзе М.А. Решение некоторых основных и обратных задач сейсмологии, Тбилиси, 1990
4. Джинчвелашвили Г.А., Колесников А.В. Корректировка сейсмического воздействия, сборник ИФО, МГСУ, 2007, с. 15-18