Коренев - Динамический расчет сооружений на специальные воздействия (1981)

СПРАВОЧНИК ПРОЕКТИРОВЩИКА

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ НА СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ Москва, 1981г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Справочник по расчету сооружений на специальные динамические воздействия предназначен для инженеров - проектировщиков. Являясь самостоятельным изданием это справочник можно рассматривать как продолжение, вышедшего в 1971г. «Справочника по динамике сооружений».

В «Справочнике по динамике сооружений» основное внимание было уделено расчету сооружений на обычные эксплуатационные динамические воздействия. Наиболее  подробно излагался расчет сооружений на  нагрузки от машин; особенно детально изучались гармонические воздействия и  импульсные нагрузки сравнительно  небольшой интенсивности; наряду с этим, рассматривалось действие ветровых нагрузок и др.

В настоящем справочнике рассмотрены воздействия, которые большей частью возникают сравнительно редко, но учет влияния которых, тем не менее, необходим. Среди них большую роль играют нагрузки, вызванные ударом и взрывом, а также сейсмические воздействия.  Многие из них могут быть причиной разрушения или повреждения зданий и сооружений, влиять на сохранность оборудования и угрожать здоровью и даже жизни людей. Поэтому учет подобных воздействий имеет очень важное значение.

Настоящий справочник посвящен не только расчету сооружений на специальные воздействия, но также вопросам  виброзащиты сооружений и экспериментальным  методам исследования при учете указанных воздействий.

В связи с тем, что степень изученности влияния рассматриваемых в справочнике воздействий различна и далеко неодинакова, то и степень обеспеченности нормативными документами и даже характер освещения существа самих расчетов на эти  воздействия в монографической и учебной  литературе различны; поэтому неизбежны и  различные подходы к изложению материалов, положенных в основу тех или иных  разделов справочника. Например, при изложении вопроса о действии нагрузок, вызванных пролетающими самолетами, нужно учитывать новизну и недостаточную разработанность этой проблемы.

Проблема сейсмостойкости, наоборот, изучена детально и в соответствующем разделе приведены основные положения расчета, имеющие практический характер.

В связи с тем, что задачи о расчете сооружений на динамические воздействия,  передаваемые через грунт, возникают не только при рассмотрении сейсмических  явлений, но и при учете влияния работы  различных промышленных агрегатов, а также при учете влияния движения поездов метро и др. и что этот вопрос в справочной  литературе ранее не обсуждался, то этой  проблеме посвящены четыре раздела  настоящего справочника.

В восьмом разделе приводятся данные о динамическом взаимодействии сооружения и окружающего грунта.

В девятом разделе рассмотрена задача о контакте жесткого сооружения — штампа с грунтом, рассматриваемым как упругое полупространство.

Десятый и одиннадцатый разделы  посвящены соответственно учету влияния  поездов метро и работы установок взрывной штамповки.

В двенадцатом разделе изложен расчет сооружений, оборудованных гасителями колебаний. Поскольку при расчете  сооружений, оборудованных гасителями, нельзя  ограничиваться рассмотрением защищаемых объектов как систем с одной степенью свободы и следует рассматривать наряду с гармоническими и другие воздействия, то в справочнике даны рекомендации и  вспомогательные материалы, необходимые для проведения соответствующих расчетов.

В литературе, посвященной гашению вызванных ветром колебаний гибких  высоких сооружений, наряду со способами,  основанными па применении гасителей,  большое внимание уделено использованию  аэродинамических методов.

Последние два раздела содержат  сведения о применении мелкомасштабного  моделирования и динамической  фотоупругости. Справочник в целом охватывает  широкий круг вопросов, связанных с  динамическим расчетом сооружений на специальные воздействия. При этом предполагается, что читатель может в случае необходимости почерпнуть необходимые сведения по  нормированию уровня вибраций, определению форм и частот свободных колебаний и др. из «Справочника по динамике сооружений», который в ближайшее время выйдет вторым изданием.

В справочнике не приводятся данные, относящиеся к расчету мостов и эстакад, речных и морских гидротехнических  сооружений и др. Динамика подобных специальных сооружений во многих случаях связана с  иными, не рассматривавшимися в обоих томах справочника эксплуатационными  нагрузками. Подобные сооружения, очевидно,  имеют и иные расчетные схемы. В этой связи намечается издание справочника  «Динамический расчет специальных инженерных  сооружений и конструкций», который явится по существу третьей книгой общего  справочника.

Авторский коллектив предлагаемого справочника представлен специалистами тех областей динамики, которые  рассматриваются в этом издании; в большинстве  случаев они являлись авторами соответствующих нормативных и инструктивных документов.

Справочник в целом ориентирован на  установившуюся практику расчета во всех тех случаях, где это оказалось возможным. Большую роль в формировании многих из направлений, отраженных в справочнике, сыграли работы члена-корреспондента АН СССР, профессора, Героя  Социалистического Труда И. М. Рабиновича —  выдающегося ученого, внесшего большой вклад в  развитие строительной науки. И. М. 

Рабиновичем осуществлено общее редактирование справочника «Динамический расчет  сооружений на специальные воздействия»  совместно с автором этого предисловия.

РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ НА ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВНЫХ ВОЛН (О. В. ЛУЖИН, Н. Н. ПОПОВ, Б. С. РАСТОРГУЕВ)

Во многих случаях нагрузки,  вызванные действием взрывных волн, являются для сооружений аварийными, и они  значительно превосходят эксплуатационные  статические нагрузки. К таким сооружениям может быть предъявлено только требование восприятия динамической нагрузки без  обрушения. Тогда можно допустить развитие пластических деформаций, учесть  повышение прочностных характеристик материалов при высокоскоростных деформациях, и в итоге конструкция по расчету может  обеспечить защиту от интенсивных  динамических воздействий. Ниже приведены  сведения о взрывных нагрузках на сооружения, изложены общие принципы взаимодействия волн с конструкциями и особенности их  работы при интенсивных динамических  нагрузках. Даны методы расчета наиболее  распространенных в практике строительства  железобетонных конструкций сооружений.

1.1. ВЗРЫВНЫЕ ВОЛНЫ

Взрывом называется процесс быстрого выделения большого количества энергии, вызванный внезапным изменением  состояния вещества или его параметров [15].  Изменение состояния вещества обычно  возникает в результате быстропротекающей  химической (взрывчатые вещества, газо- или пылевоздушные смеси) или ядерной реакции.

Взрыв вследствие быстроты изменения  параметров вещества возникает при  разрушении паровых котлов, баллонов со сжатым  газом и т. п.

В результате взрыва в окружающей среде распространяются ударные волны или волны сжатия. На фронте ударных волн происходит скачкообразное изменение  давления, плотности, температуры, скорости движения частиц среды. Для волн сжатия характерно постепенное нарастание этих параметров. Под давлением понимается избыточное давление, возникающее в среде при прохождении взрывной волны, т. е.  давление, отличающееся от нормального  атмосферного при взрыве в воздухе или от  бытового давления грунта при  распространении волны в грунте. Параметры волн  зависят от источника энергии взрыва,  окружающей среды (воздух, грунт, вода),  расстояния от центра взрыва и других факторов.

Взрывные волны действуют на  конструкции сооружений как кратковременные динамические нагрузки. В зависимости от назначения сооружения и причин взрыва кратковременные нагрузки могут быть  эксплуатационными или аварийными. В первом случае в конструкциях не должны  возникать деформации, приводящие к нарушению нормальной эксплуатации сооружения. Во втором случае в некоторых конструкциях сооружения могут быть допущены  пластические деформации, и даже разрушение.

1.2. ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУШНЫХ УДАРНЫХ ВОЛН И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПРЕГРАДОЙ [1, 2, 3, 4, 9, 15]

Эффект действия воздушных ударных волн на конструкции и сооружения  различен при взрыве в воздухе, над  поверхностью земли — при воздушном взрыве или у поверхности — наземном взрыве.  Воздушная ударная волна состоит из фазы сжатия, в котором давление выше атмосферного, и фазы разрежения (рис. 1.1). Степень повреждения сооружения при действии ударной волны в большинстве случаев  определяется давлением в фазе сжатия,  поскольку оно обычно значительно превышает  давление в фазе разрежения. При определении нагрузок, возникающих при действии  ударной волны на преграду, необходимо  учитывать условия ее взаимодействия с  преградой (отражение, обтекание, затекание).

Основные параметры воздушной  ударной волны при распространении по воздуху от центра взрыва (проходящая волна)  определяют по формулам:

а) при воздушном взрыве тротилового заряда избыточное давление на фронте ударной волны, МПа.