Комплексный подход к расчету и проектированию сейсмостойких железобетонных зданий и сооружений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье представлен современный комплексный подход к расчету железобетонных зданий с учетом взаимодействия конструкции с грунтовым основанием в условиях сейсмического воздействия. В качестве примера подход был применен при расчете пятиэтажного железобетонного здания на сейсмическое воздействие. Внешнее воздействие задавалось трехкомпонентной акселерограммой девятибалльного землетрясения, взаимодействие здания с грунтовым основанием было реализовано посредством SSI-интерфейса (англ. soil-structure interaction). Для предотвращения влияния отраженных от границ ограниченного грунтового массива волн использовался PML-слой (англ. perfectly matched layer). Железобетонные конструкции моделировались с применением метода взаимодействия объемных элементов бетона с балочными элементами арматуры. Моделирование проводилось с применением технологии распределенных вычислений на вычислительном кластере. Проведено исследование характера разрушения сооружения. Проведен сравнительный анализ исходной акселерограммы свободной поверхности грунта и ускорения фундаментной плиты сооружения. При соответствующей адаптации и применении высокопроизводительных вычислительных систем методика может быть использована в инженерной практике для повышения надежности расчетов сейсмостойкости железобетонных зданий.

Об авторах

О. В. Мкртычев

ФГБОУ ВО “Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет” (НИУ МГСУ)

Email: mkrtychev@yandex.ru
Москва, Россия

А. А. Решетов

ФГБОУ ВО “Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет” (НИУ МГСУ)

Email: andrew331@bk.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Murray Y.D. User’s Manual for LS-DYNA Concrete. Material Model 159 // McLean. Report No. FHWA-HRT-05-062. Federal Highway Administration, 2007. 77 p.
  2. Jiang H., Zhao J. Calibration of the continuous surface cap model for concrete // Finite Elements in Analysis and Design. 2015. V. 97. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.finel.2014.12.002
  3. Mkrtychev O.V., Sidorov D.S., Bulushev S.V. Comparative analysis of results from experimental and numerical studies on concrete strength // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 117. P. 00123. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711700123
  4. Wolf J.P. Dynamic soil–structure interaction // Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1985. 481 p.
  5. Тяпин А.Г. Учет взаимодействия сооружений с основанием при расчетах на сейсмические воздействия. М.: АСВ, 2014. 136 с.
  6. Basu U. Explicit finite element perfectly matched layer for transient three-dimensional elastic waves // Int. J. Numer. Methods Eng. 2009. V. 77. № 2. P. 151–176. https://doi.org/10.1002/nme.2397
  7. Mkrtychev O.V., Reshetov A.A. Modeling worst-case earthquake accelerograms for buildings and structures // Advances in Engineering Research. 2016. V. 72. P. 89–94. https://doi.org/10.2991/aece-16.2017.21
  8. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Синтезирование наиболее неблагоприятных акселерограмм для линейной системы с конечным числом степеней свободы // Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. 2015. V. 11. № 3. P. 101–115.
  9. Salamon J., Harris D.W. Evaluation of Nonlinear Material Models in Concrete Dam Finite Element Analysis // Report DSO-2014-08. Colorado, 2014. P. 89.
  10. Borja, R.I., Sama K.M., Sanz P.F. On the numerical integration of three-invariant elastoplastic constitutive models // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2003. V. 192. № 9–10. P. 1227–1258. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(02)00620-5
  11. Krysl P., Bittnar Z. Parallel explicit finite element solid dynamics with domain decomposition and message passing: dual partitioning scalability // Computers & Structures. 2001. V. 79. № 3. P. 345–360.
  12. París J., Colominas I., Navarrina F., Casteleiro M. Parallel computing in topology optimization of structures with stress constraints // Computers & Structures. 2013. V. 125. P. 62–73. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2013.04.016
  13. Jin H., Jespersen D., Mehrotra P., Biswas R., Huang L., Chapman B. High performance computing using MPI and OpenMP on multi-core parallel systems // Parallel Computing. 2011. V. 37. № 9. P. 562–575. https://doi.org/10.1016/j.parco.2011.02.002
  14. Basu U., Chopra A. Perfectly matched layers for transient elastodynamics of unbounded domains // Int. J. Numer. Methods Eng. 2004. V. 59. № 8. P. 1039–1074. https://doi.org/10.1002/nme.896
  15. Cun Hu, Haixiao Liu, Implicit and explicit integration schemes in the anisotropic bounding surface plasticity model for cyclic behaviours of saturated clay // Comput. Geotech. 2014. V. 55. P. 27–41. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2013.07.012
  16. Бакалов В.П. Цифровое моделирование случайных процессов. М.: МАИ, 2001. 81 с.
  17. Мкртычев О.В., Джинчвелашвили Г.А., Бусалова М.С. Моделирование взаимодействия сооружения с основанием при расчете на землетрясение // Вестник МГСУ. 2013. № 12. C. 34–40.
  18. Ньюмарк Н., Розенблюэт Э. Основы сейсмостойкого строительства. М.: Стройиздат, 1980. 344 с.
  19. Murray Y.D. User’s Manual for LS-DYNA Concrete. Material Model 159 // McLean. Report No. FHWA-HRT-05-062. Federal Highway Administration, 2007. 77 p.
  20. Jiang H., Zhao J. Calibration of the continuous surface cap model for concrete // Finite Elements in Analysis and Design. 2015. V. 97. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.finel.2014.12.002
  21. Mkrtychev O.V., Sidorov D.S., Bulushev S.V. Comparative analysis of results from experimental and numerical studies on concrete strength // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 117. P. 00123. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711700123
  22. Wolf J.P. Dynamic soil–structure interaction // Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1985. 481 p.
  23. Тяпин А.Г. Учет взаимодействия сооружений с основанием при расчетах на сейсмические воздействия. М.: АСВ, 2014. 136 с.
  24. Basu U. Explicit finite element perfectly matched layer for transient three-dimensional elastic waves // Int. J. Numer. Methods Eng. 2009. V. 77. № 2. P. 151–176. https://doi.org/10.1002/nme.2397
  25. Mkrtychev O.V., Reshetov A.A. Modeling worst-case earthquake accelerograms for buildings and structures // Advances in Engineering Research. 2016. V. 72. P. 89–94. https://doi.org/10.2991/aece-16.2017.21
  26. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Синтезирование наиболее неблагоприятных акселерограмм для линейной системы с конечным числом степеней свободы // Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. 2015. V. 11. № 3. P. 101–115.
  27. Salamon J., Harris D.W. Evaluation of Nonlinear Material Models in Concrete Dam Finite Element Analysis // Report DSO-2014-08. Colorado, 2014. P. 89.
  28. Borja, R.I., Sama K.M., Sanz P.F. On the numerical integration of three-invariant elastoplastic constitutive models // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2003. V. 192. № 9–10. P. 1227–1258. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(02)00620-5
  29. Krysl P., Bittnar Z. Parallel explicit finite element solid dynamics with domain decomposition and message passing: dual partitioning scalability // Computers & Structures. 2001. V. 79. № 3. P. 345–360.
  30. París J., Colominas I., Navarrina F., Casteleiro M. Parallel computing in topology optimization of structures with stress constraints // Computers & Structures. 2013. V. 125. P. 62–73. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2013.04.016
  31. Jin H., Jespersen D., Mehrotra P., Biswas R., Huang L., Chapman B. High performance computing using MPI and OpenMP on multi-core parallel systems // Parallel Computing. 2011. V. 37. № 9. P. 562–575. https://doi.org/10.1016/j.parco.2011.02.002
  32. Basu U., Chopra A. Perfectly matched layers for transient elastodynamics of unbounded domains // Int. J. Numer. Methods Eng. 2004. V. 59. № 8. P. 1039–1074. https://doi.org/10.1002/nme.896
  33. Cun Hu, Haixiao Liu, Implicit and explicit integration schemes in the anisotropic bounding surface plasticity model for cyclic behaviours of saturated clay // Comput. Geotech. 2014. V. 55. P. 27–41. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2013.07.012
  34. Бакалов, В.П. Цифровое моделирование случайных процессов. М.: МАИ, 2001. 81 с.
  35. Мкртычев О.В., Джинчвелашвили Г.А., Бусалова М.С. Моделирование взаимодействия сооружения с основанием при расчете на землетрясение // Вестник МГСУ. 2013. № 12. C. 34–40.
  36. Ньюмарк Н., Розенблюэт Э. Основы сейсмостойкого строительства. М.: Стройиздат, 1980. 344 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025