|
РЕДУЦИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
«ГРУНТ-СООРУЖЕНИЕ» ПРИ СЕЙСМОВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.
Рахманов Б.С., Сагдиев Х., Тешабаев З.Р.
Узбекистан. Ургенчский государственный университет, Институт сейсмостойкости
сооружений АН РУзбекистан.Ташкент.
Энергетическая оценка поведения подземного сооружения является наиболее
универсальным подходом при изучении взаимодействия сооружения и грунтовой среды.
Вопрос энергетической оценки поведения грунта при прохождении сейсмических и
сейсмовзрывных волн был изучен в работах[1,3,4,5,8]. В этих работах было изучено поведение
грунтовой среды при прохождении по нему сейсмических и сейсмовзрывных волн. Но число
работ, где было изучено поведение подземного сооружения через энергии сооружения и
грунтовой среды, очень мало.
Настоящая работа посвящена вышеизложенной проблеме, где эксперименты были
проведены в натурных условиях. Методика проведения экспериментов, сведения о грунтовых
условиях и другие данные приведены в [7].
При сейсмическом воздействии грунт сообщает подземному сооружению кинетическую
энергию, величина которой зависит от площади контакта подземного сооружения и грунта,
условия взаимодействия и др. Чтобы объективно судить об энергетической характеристике
подземного сооружения, необходимо рассматривать плотность сейсмической энергии, т.е.
количество энергии, поступающей через единицу площади контакта.
В данной работе значение энергии колебания грунта подсчитывалось по следующей
формуле[3,5]
i
i
r
T
v
c
E
2
2
1
(1)
где
-плотность грунта в г/см
3
; с -скорость распространения волны в грунте, см/сек; v
i
-
амплитуда скорости в см/сек, которая принимается равной половине измеренной одиночной
амплитуды за счет эффекта отражения волны; T
i
- период колебания в сек.
Общая энергия колебания грунтовой среды
ГР
E
подсчитывается на основании записей по
каждой из трех составляющих колебания: двух горизонтальных и одной вертикальной:
верт
r
ГР
E
E
E
E
E
2
г
1
г
(2)
Так как каждая составляющая соизмерима между собой, на основе [2], для нашего случая
можно написать:
r
гр
E
E
E
35
,
0
г1
(3)
или учитывая (1) напишем:
i
i
p
гр
T
v
c
E
2
2
1
35
,
0
(4)
Подсчет энергии в каждом эксперименте выполнялся по формуле(4), позволяющей по
значению вышеуказанных кинематических параметров, подсчитать значение энергии в пункте
наблюдения [3,5].
Зависимость энергии сейсмовзрывных колебаний грунта от приведенного расстояния
показана на рис.1.
Рис.1. Зависимость плотности потока энергии
сейсмовзрывных колебаний грунта от приведенного
расстояния.
Рис.2. Изменение величины несущих частот в
зависимости от приведенного расстояния.
Анализ этой зависимости показывает, что изменение происходит не по одинаковой
закономерности. Заштрихованная плоскость подтверждает наличие различных зон действия
180
сейсмовзрывных волн с разными показателями затухания. Приведенную плоскость условно
можно разделить на две части: первая, при R
пр
≤15, зона, где затухание потока энергии
происходит с показателем n
1
. Вторая зона, начиная с R
пр
>15, где процесс затухания происходит
с другим показателем (n
2
).
Ниже на рис.2 приводится график, построенный на основе экспериментально-
полученных результатов, который показывает изменения величины несущих частот в
зависимости от приведенного расстояния.
Отсюда видно, что частота соответствующая максимальной величине энергии, с
увеличением приведенного расстояния уменьшается нелинейно.
Результаты также показывают, что с увеличением приведенного расстояния число
пиков растет, т.е. в этих случаев происходит обогащение спектров низкочастотными
составляющими пиков, а их величина уменьшается.
При сейсмических колебаниях, вызванных подземными взрывами, напряженно-
деформированное состояние подземного сооружения определяется величиной энергии,
получаемой сооружением. Поэтому в работе особое внимание уделялось кинетической энергии,
сообщаемой сейсмовзрывной волной сооружению. Для оценки соотношения энергии
протекающей в грунтовой среде и энергии, получаемой подземным сооружением при их
взаимодействии, используем следующее выражение[7]:
η=E
соор
/E
гр
(5)
где E
соор
–полная энергия получаемая подземным сооружением в результате взаимодействия с
грунтом, которая равна сумме кинетической и потенциальной энергии сооружения:
L
EF
u
M
E
E
Е
п
к
соор
2
2
2
2
1
(6)
здесь
u
-максимальная скорость смещения сооружения;
-деформация, возникающая при
колебаний;(
u
,
были измерены непосредственно); М-масса сооружения; Е и F,
соответственно модуль упругости и поперечное сечение сооружения; L–длина сооружения;
u
–
амплитуда скорости смещения сооружения при действии сейсмовзрывных волн (измерялась с
помощью сейсмометрического канала);
Учитывая вышесказаое, можно написать:
2
2
2
2
2
1
u
L
r
R
E
к
(7)
Здесь учитывая, что численное значение
очень мало, потенциальной энергией пренебрегли.
Из (5), (6) и (7) можно написать следующее выражение:
S
T
v
c
L
u
r
R
i
i
p
)
35
.
0
(
)
(
2
2
2
2
(9)
Этот безразмерный коэффициент показывает долю энергии передаваемой через грунт на
подземное сооружение при их взаимодействии.
Кривая зависимости
от интенсивности
сейсмического колебания, полученная на основе
формулы (9), приведена на рис. 4.
Отсюда видно, что с увеличением
интенсивности коэффициент
незначительно
убывает.
С
увеличением
интенсивности
колебания при действии подземных взрывов,
кинетическая энергия, получаемая подземным,
сооружением увеличивается, но
уменьшается.
В
качественной
характеристике
зависимости сил взаимодействия в контакте
сооружения с грунтом от их относительного
смещения, можно выделить три участка. Первый – соответствует стадии нагружения
подземного сооружения, когда связь между силами и относительным перемещением
сооружения имеет линейный характер. При этом происходит уплотнение грунта и выявляются
упругие и вязкие свойства тела, но не пластические[6,7].
На втором этапе пропорциональность между силами взаимодействия и перемещением
сооружения нарушается, теряется упругий характер взаимодействия и, с увеличением внешней
Рис.4. Зависимость коэффициента
от
интенсивности сейсмовзрывного колебания
грунтовой среды.
181
нагрузки на третьем участке можно наблюдать скольжение подземного сооружения
относительно грунта[6,8].
С помощью вышеприведенных результатов можно прогнозировать поведения
подземных тонкостенных сооружений, находящихся под воздействием сейсмовзрывных волн.
Расчеты показывают, что они с достаточной точностью могут быть использованы при
оценке сейсмической интенсивности сейсмовзрывных волн и с достаточной точностью можно
прогнозировать поведения подземных сооружений при действиях сейсмических волн.
УДК 531:621-752:681
Do'stlaringiz bilan baham: |
