Независимая экспертиза обследование негосударственное общественное заключение проектной документации лабораторные испытания математических моделей c видеозаписью на сейсмостойкость и ветровые воздействия по линейно спектральной теории с использованием подробных и точных математических моделей и расчетных схем всех несущих конструкций каркасного и панельных спортивных сооружений города Сочи, социальных объектов города Цхинвал, Южная Осетия проводит Экспертный Центр СейсмоФОНД
Лабораторией прочности и математического моделирования Экспертного Центра «СейсмоФОНД» ( общественной организацией инженеров ) совместно с университетами: ПГУПС ( ранее ЛИИЖТ), СПб ГАСУ ( ранее ЛИСИ ), ОАО СПб ЗНИиПИ ( ранее ЛенЗНИиЭП), СПб ГУ ( Государственный университет ), Политехнический Университет ( ранее ЛПИ им Калинина ) будут проведены в лаборатории испытания на сейсмостойкость и ветровые воздействия 9 баллов по МСК -64 различной этажности каркасных и панельных зданий усовершенствованных, усиленных, по технологии общественной организации инженеров «СейсмоФОНД» и собранное из разных сейсмостойких конструкций
Решению задач прогноза сейсмического риска включает в себя как мероприятия по оценке фактической сейсмостойкости существующих зданий и сооружений используя математические модели, так и выполнение их антисейсмической защиты Качественное выполнение проектов сейсмоусиления возможно при условии исчерпывающих сведений о техническом состоянии объекта в целом и его отдельных строительных конструкций. Принятие проектных решений без достоверных и полных сведений о фактическом состоянии строительных конструкций в одних случаях может существенно завысить объемы капитальных вложений, а в других привести к катастрофическим последствиям с человеческими жертвами. До настоящего времени в стране не существовало единой методики, которая бы позволяла с высокой степенью достоверности оценивать фактическую сейсмостойкость существующих зданий. Были разработаны многочисленные рекомендации по проведению паспортизации, однако они ограничивались в лучшем случае попыткой "экспертной оценки" сейсмостойкости, а в худшем рекомендовали принимать решение по разрозненным данным отдельных точечных измерений. В этих условиях наиболее универсальными и информативными могли бы быть динамические характеристики зданий, которые давали бы конкретные сведения об изменении жесткости объекта, в том числе и после его сейсмоусиления. Многие ведущие специалисты уже давно обратили внимание на импульсную микродинамику, т.е. способ определения динамических характеристик зданий при возбуждении микроколебаний. В качестве источников возбуждения использовали и взрывы, и автершоки слабых землетрясений, и оттяжку здания тросом с последующим мгновенным сбросом приложенного усилия, но все эти способы оказались достаточно трудоемкими и не давали надежных результатов. Поэтому появление импульсной виброметрии, основанной на использовании измерительной, регистрирующей и обрабатывающей аппаратуры современного уровня, сразу нашло применение и в значительной степени сняло остроту стоящей проблемы.
В настоящее время методы импульсной виброметрии получили широкое распространение в России и странах СНГ. Специалисты ООИ «СейсмоФОНД» провели ряд работ в различных регионах, оценивая сейсмостойкость, качество строительных и монтажных работ и эффективность усиления зданий и сооружений.
Теоретические предпосылки расчетно-аналитических оценок. На начальных стадиях внедрения разработанных методов специалисты ООИ «СейсмоФОНД» столкнулись с проблемой, когда заказчики работ - проектные организации - не смогли использовать полученные фактические динамические характеристики зданий в расчетно-аналитических оценках сейсмостойкости. Это и не удивительно, поскольку традиционные методы расчета не предполагают их использование в качестве исходных данных, а получают такие данные как одно из решений. Таким образом, возникла проблема разработки расчетной методики, использующей фактические динамические характеристики. Проблема была решена и проверена на численном эксперименте с использованием математической модели типового проекта. Суть подхода к решению в подборе адекватной математической модели здания путем приведения ее динамических характеристик в соответствие с фактическими, полученными при испытаниях.
Испытания проводятся в лаборатории Экспертного Центра «СейсмоФОНД» выполненное по изобретениям ООИ «СейсмоФОНД» и Российского национального Комитет по сейсмостойком строительства для обеспечения сейсмостойкости олимпийских объектов города Сочи и города Цхинвал, республика Южная Осетия. Лабораторные испытания проводились по расчетным математическим моделям на сейсмические воздействия в программах SCAD Office, ( wwwscadgroup.com wwwaspo-spb.ru ) STARK ES 4 X 4 ( wwweurosoft.ru ), МОНОМАХ 4.2 , ЛИРА 9.4 ( wwwlira.kiev.ua wwwrflira.ru ) для блок –бокса 3 х 12 на сейсмичность 9 баллов по MSK -64
Для лабораторных испытаний и построения математической модели с использованием компьютерной графики необходимо представить следующие данные по электронному адресу : 89118149375@mail.ru 89117626150@mail.ru 89218718396@mail.ru lenzniiepspbru@rambler.ru
1 Категория грунта два наприем для Краснодарского края, Южной Осетии, Республики Абхазия, Чеченской Республики , Ингушетия, Камчатка, Южный Сахалин и другие сейсмоопасные регионы России
2. Ветровой район - 11 Wg =1,00 kПм ( при Се=-2 , ) скорость ветра 5 м/с, ( значение снегового покрова принято для 11 района )
3. Направление сейсмики к модели - угол / Х - 0 или 90 градусов
4. Тип местности - B ( А -открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра )
5. Этажность - 1
6. Количество форм колебаний - 5 ( максимальное )
9. Сейсмичность площадки S = 9
10. Мощность слоя, м = 30 м ( желательно разрез геологии грунта, представить разрез шурфа по возможности максимальной глубины )
11. Расстояние между поверхностью земли и минимальной аппликатой расчетной схемы = 3.0 метра
12. Выборочные позиции по таб СНИп 11-7-81 К1=1 , К2=1, К3-1, Кpsi=1
13. Поправочный коэффициент для сейсмических сил = 1.00
14. Частота собственных колебаний f = 0,5 -до 3.0 Гц
15. Коэффициент динамичности для стальных конструкций b =0,15
16. Круговая частота внешнего воздействия = 0
17. Рабочие чертежи а электронных носителях в AutoCADе ( план, разрез здания, сбор нагрузок постоянной и временной, расчетная схема, геология - характеристика грунта )
Испытания будут проводиться в лаборатории прочности и математического моделирования Экспертного Цента «СейсмоФОНД» на сейсмическую нагрузку для района строительства с сейсмичностью 9 баллов по CYKK 22-301-200 ( карта В ) для средних грунтовых условиях и степеней сейсмической опасности А ( 10% ) и В ( 5% ) и проводятся испытания по следующей схеме с видефиксацией испытаний :
1. Принимается расчетная схема модели с определением массы соответствующих частей - Qk и размещением ее в узлах, где расположены сосредоточенные массы в соответствии с расчетной схемой;
2. По результатам динамических испытаний определяются собственные частоты и эпюры основных форм колебаний здания. (Для каменных зданий малой этажности в расчетах по динамической модели в виде консоли достаточно использовать только первую форму колебаний, для зданий "гибких конструктивных схем" - не менее трех форм). При моделировании здания перекрестной системой (либо любой другой, учитывающей податливость перекрытия) необходимо учитывать на 2-3 формы колебаний больше, чем это требуется по нормам при моделировании здания консольной многомассовой системой;
3. Далее определяются периоды собственных колебаний Тi =1/wi;
- по формулам (3-5) СНиП П-7-81 ("Строительство в сейсмических регионах" /Госстрой СССР.- М: Стройиздат, 1982. - 48 с.) с учетом категории грунта и фактических значений периода определяются коэффициенты динамичности для каждой формы колебаний здания;
4. Численные значения форм колебаний - Хi(xk), Xi(xj) в точках приведения массы определяют либо в результате прямых динамических испытаний, либо теоретически - расчетом по выбранной динамической модели;
5. По полученной форме деформаций (перемещений) в соответствии с формулой (6) из/29/определяется коэффициент Т} .А, при собственных колебаниях здания по i-му тону;
6. Зная фактические значения коэффициентов по формуле (1) из СНиП П-7-81 определяется сейсмическая сила в выбранном направлении, приложенная к точке А, в которой сосредоточена масса Q здания;
7. После определения горизонтальных сейсмических нагрузок дальнейшие расчеты здания ведутся в предположении статического действия сейсмических сил требуемой расчетной интенсивности;
8. Для статического расчета здания может использоваться модель, отличная от принятой динамической модели. При этом допустимы только те упрощения, которые позволяют получать результаты, идущие в "запас прочности" конструкции.
Расчет будет проводился по следующим параметрам
• Расчет ( испытание ) прочности каркасного или панельного здания выполненное по технологии ООИ «СейсмоФОНД» (линейный и нелинейный)
• Динамические расчеты (гармоническая и случайная вибрация, удар) каркасного мобильного здания выполненного по технологии ООИ «СейсмоФОНД»
• Расчетное подтверждение сейсмостойкости и вибростойкости одноэтажного мобильного каркасного здания
• Определение собственных частот и форм колебаний каркасного одноэтажного мобильного здания
• Нелинейные задачи устойчивости каркасного мобильного здания
• Анализ кинематики каркасного или панельного высотного здания
• Экспериментальное определение модальных свойств конструкции каркасного здания
• Измерение и поиск источников вибраций и ветра
• Одно- и многокомпонентные измерения сил и моментов в реальном времени
• Многоканальная запись и математическая обработка результатов измерений и испытания мобильного одноэтажного каркасного здания
Для проведения расчетов и измерений мы используем программное и аппаратное обеспечение ведущих мировых производителей. Основной задачей каркасного или панельного здания выполненное по технологии ООИ "СейсмоФОНД», город Сочи и город Цхинвал ( республика Южная Осетия ) является обеспечение безопасности функционирования энергетического оборудования при возникновении аварийных ситуаций, в частности, при сейсмических воздействиях. Не требуется проводить специальные испытания на стойкость к сейсмическим воздействиям. Квалификация оборудования по стандартам МЭК и МАГАТЭ в части сейсмостойкости основывается на анализе исходных параметров заданного землетрясения, конечно-элементном моделировании несущих конструкций и базе данных по экспериментальной отработке вибростойкости комплектующих изделий.
В данных лабораторных испытаниях предложен расчетно-экспериментальный метод подтверждения сейсмостойкости каркасного или панельного здания выполненное по методике ООИ "СейсмоФОНД» для повышения сейсмостойкости Олимпийского комплекса, основанный на конечно-элементном представлении конструкции, проведении расчетов и использовании экспериментальных данных.
Подтверждение сейсмостойкости каркасного или панельного здания выполненного по технологии ООИ "СейсмоФОНД» проводится в три этапа. На первом этапе на основе анализа конструкторской документации и имеющейся базы данных по характеристикам основных конструктивных элементов (файлы AutoCAD и экспериментальные данные по динамическим свойствам: собственные частоты и параметры демпфирования) в конечно-элементном виде строится подробная математическая модель несущей конструкции, которая адекватно отражает все геометрические, массовые и жесткостные параметры одноэтажного мобильного каркасного здания.
Затем проводятся испытание вибрационных полей во всех наиболее важных узловых точках конструкции при указанных в ТЗ параметрах землетрясения, которые задаются в виде обобщенных спектров реакций. Полученные результаты позволяют определить максимальные перегрузки для всех комплектующих конструкций одноэтажного мобильного здания. На заключительном этапе проводится сравнительный анализ расчетных и допустимых значений перегрузок для встроенной аппаратуры (допустимые значения перегрузок либо задаются в сертификате мобильного здания, либо определяются по данным испытаний прототипов), который и позволяет сделать окончательный вывод по квалификации мобильное здание.
С использованием предложенного расчетно-экспериментального метода получены результаты расчета вибраций металлического каркасного одноэтажного здания организации ООИ "СейсмоФОНД», являющегося типовым представителем базового электрооборудования, на заданное максимальное расчетное землетрясение (МРЗ) для г. Сочи и г. Цхинвал. Определение свойств элементов конструкции. Современные несущие модульного здания для электроснабжения морского терминала существенно отличаются от ранее используемых конструкций, а именно:
- использованием изобретений номера: 220898, 2119012 , 2062853, AU199917324, 2132919 ;
- широким использование резьбовых соединений с шайбами по изобретению № 220898 вместо сварных и др .
Испытания выполнены в программном комплексе SCAD, LIRA, МОНОМАХ с использованием твердотельных конечных элементов. Испытания могут показать на сколько меньшие, значения резонансных частот. Что и следовало ожидать в связи с наличием податливости в закреплении торцов балки при эксперименте. В тоже время модели с разными типами элементов показали неплохое совпадение. Использование каркаса или панельного здания для последующих расчетов позволило значительно сократить размерность модели и уменьшить время расчета. Результаты проведенных экспериментальных исследований были использованы при составлении конечно-элементной модели мобильного здания.
Экспериментальные данные испытания и результаты расчета собственных частот могут показать высокую несущею способность к сейсмическим нагрузкам 9 баллов по МСК -64 или разрушить модельный макет, математической модели с видеозаписью разрушения или обрушения конструкций здания. Результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными при проведении испытаний шкафа на определение амплитудно-частотной характеристики. При данном виде испытаний крутильная форма не может реализоваться. Внешнее воздействие Параметры расчетного землетрясения задаются кинематическим воздействием в виде спектра реакций.
Спектр реакций модульного здания. Демпфирование 7%. Расчет ускорений линейно - спектральным методом Для построенной конечно-элементной испытания модульного здания был выполнен расчет максимальных ускорений по высоте модульного здания по линейно-спектральной теории. Для определения ускорений использовался модуль расчета широкополосной вибрации SOL 103 программного комплекса SCAD, LIRA, МОНОМАХ. Параметр структурного демпфирования по рекомендации МЭК 60980 был принят 7%.
Расчет ускорений по заданным акселерограммам На базе конечно-элементной модели модульного здания был выполнен динамический расчет для случая кинематического возбуждения основания по заданной временной функции. В качестве таких функций использовались сгенерированные по спектрам реакций акселерограммы воздействий. Полученная в результате испытания зависимость ускорений в верхней точке каркасного или панельного здания могут показали нормативные или допускаемые отклонения. Для генерации акселерограмм могут использоваться различное программное обеспечение STARK ES 4 х 4 или другие программы
Ключевым моментом является сравнение фактических перегрузок, которым будет подвержено спортивное сооружение в процессе испытаний и расчетных значений перегрузок. Оба применяемых метода расчета (линейно-спектральный и расчет по заданным акселерограммам) могут показать близкие или не близкие результаты по уровням максимальных ускорений. Расчетные значения максимальных ускорений в верхней точке модульного сооружения для заданного землетрясения составят разные ускорения, которые определят степень защищенности или не защищенность здания при землетрясении и его обрушения с видеофиксацией с использованием пока в компьютерной графики с видеоизображением разрушения здания или его частичной потери устойчивости
Сопоставление результатов полученных испытаний различных математических моделей спортивных зданий для проведения олимпийских соревнований в 2014 году в городе Сочи и данных по ранее проведенным испытаниям на программном комплексе STARK ES, позволяют сделать вывод о допустимости или недопустимости перегрузок для спортивных здания и дать заключение о возможности или невозможности, применения спортивных сооружений, административных, социальных здания для города Сочи и города Цхинвал без проведения дорогостоящих испытаний.
ЛИТЕРАТУРА : 1. Расчет конструкций на сейсмостойкость / А.Н. Бирбрайер // СПб.: Наука. 1998. 2. Сейсмостойкость атомных электростанций / Кириллов А.П., Амбриашвили Ю.К.// М.: Энергоатомиздат. 1985. 3 ГОСТ 30546.3-98 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ МАШИН, ПРИБОРОВ И ДРУГИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА МЕСТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ПРИ ИХ АТТЕСТАЦИИ ИЛИ СЕРТИФИКАЦИИ НА СЕЙСМИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ 4. ГОСТ 30546.2-98 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ИСПЫТАНИЯ НА СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ МАШИН, ПРИБОРОВ И ДРУГИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Лабораторные испытание математических моделей олимпийских объектов города Сочи, г Цхинвал с видеозаписью математических моделей, проводятся с использованием программ: AutoCAD, SKAD, LIRA, MONOMAX, STARK ES 2006, ANSYS, MIDAS CIVIL
Боле подробно о расчетных программах используемых для испытания на сейсмостойкость зданий и сооружений с использованием SKADgroup смотрите wwwMidasUser.com wwwMIDAS-DIANA.com/gts wwwscadgroup.com wwweurosoft.ru wwwlira.com.ru wwwansys.com wwwrflira.ru wwwlira.kiev.ua wwwgtstrudl.gatech.edu wwwrobobat.com wwwstrand7.com wwwmscsoftware.com wwwhks.com wwwreiworld.com wwwcosmosm.com wwwls-dyna.com wwwlusas.com wwwdiana.nl wwwtdv.at wwwadina.com Руководитель лаборатории прочности и математического моделирования при Экспертном Центре СейсмоФОНД, Коваленко Александр Иванович тел 89118149375 тел 89117626150 тел. 89218718396 факс 812 3487810 89218718396@rambler.ru lenzniiepspbru@rambler.ru 89117626150@mail.ru 89218718396@mail.ru seismofond@mail.spbnit.ru Адрес лаборатории 197371, Санкт-Петербург, а/я Газета «Земля РОССИИ»