6. Порядок расчёт на сейсмическое воздействие в программе scad

Для расчёта в программе SCAD используется ранее созданная расчётная схема шпунтовой стенки: узлы, стержни, геометрические характеристики сечений, характеристики упругих оснований.

Создаётся новое динамическое воздействие от сейсмической нагрузки. Для этого необходимо нажать кнопку «Динамические воздействия» на инструментальной панели в разделе «Загружения», а затем выбрать пункт «создание нового загружения».

В появившемся диалоговом окне выбирается вид воздействия – сейсмические воздействия, тип воздействия – «сейсмика по СНиП (01.01.2000)», задаём имя этого загружения.

Во вкладке «Сейсмические воздействия (01.01.2000)» выбирается число учитываемых форм собственных колебаний, ориентация схемы и нагрузок, коэффициенты СНиП II-7-81*, категория грунта по сейсмичности, сейсмичность, тип сооружения.

Число учитываемых форм – 3. Категория грунта и сейсмичность заданы. Тип сооружения – гидротехническое. Глубина заложения соответствует глубине заложения стенки. В диалоговом окне выбирается: допускаемые повреждения – «Допускаются (с диафрагмами и связями); характеристика конструкции – «Другие».

В выбранном загружении создаются нагрузки в виде инерционных свойств узлов. Направление действия массы Z. Значения масс в каждом из узлов берутся из матрицы масс с положительным знаком.

7. Результаты сейсмического расчёта. В пункте меню проекта «Результаты» выбираеся подпункт «Графический анализ». На расчётной схеме отображаются эпюры внутренних усилий ( изгибающих моментов, поперечных и продольных сил) и эпюры деформаций по различным осям.

Максимальный флуктуационный (изменяющийся по направлению при землетрясении) изгибающий момент от сейсмической нагрузки :

.

где М_{i cеч} – изгибающие моменты в сечении от трех форм колебаний.

Аналогично находится флуктуационное анкерное усилие R_{a, ф}.

Расчетный изгибающий момент от совместного действия на подпор-ную стенку флуктуационного и остаточного (от динамического воздействия грунта и воды) изгибающих моментов равен:

М_a = М_{a, ф} + М_{a, ост}

М_{a, ф} и М_{a, ост} – флуктуационный и остаточный изгибающие моменты.

Расчетное анкерное усилие от аналогичного воздействия

R_a = R_{a, ф} + R_{a, ост}

R_{a, ф} – флуктуационное (зависящее от колебаний) анкерное усилие; R_{a, ост} – остаточное анкерное усилие (статическое с учетом динамического коэффициента).

Пример. Выполнить расчет заанкерованного больверка на сейсмическую нагрузку в 9 баллов. За основу взят пример статического расчета больверка на двухслойном основании методом зеркального отображения. Эпюра бокового давления на стенку принята по рис. 7.3.

Первый этап расчета от сейсмического воздействия грунта и воды

1. Сейсмическое давление грунта. Эпюра бокового динамического давления грунта на стенку определяется по формуле 7.1. Величина коэффициента динамичности для площадки сейсмичности 9 баллов при К_с = 0,4.

2. Гидродинамическое давление присоединенной массы воды. Эпюра этого давления на стенку определяется выражением (7.3)

р_г =ρ h_i μ_ср, = 10· h_i·0.7

3. Динамический коэффициент постели. Этот коэффициент определяется из выражения (8.21). Податливая анкерная опора также представляется в виде упругого основания метровой ширины. Значение коэффициента постели в анкере вычисляется с учетом найденного перемещения анкерной опоры Δ_анк и анкерной реакции R_анк по выражению из статического расчета:

К_{п. ан д} . = 3 К_{п, анк} = 3 R_анк/ _анк = 3220 кН/м³

В первом этапе расчета выполняется статический расчет при новых нагрузках и динамическом коэффициенте постели по программе SCAD. Для учета податливости анкера опора заменена участком стенки с коэффициентом постели К_{п. ан д}. Усилия в стенке первого этапа расчета приведены на рис. 7.8.

Р ис. 7.8. Результаты расчета стенки от сейсмического воздействия грунта и воды с учетом податливости анкерной опоры.: а – эпюра изгибающих моментов, кНм; б– эпюра поперечных сил, кН; в – эпюра реактивного давления грунта основания на стенку, кН (R_а=253,1 кН).

Второй этап расчета от колебания стенки при землетрясении

4 .Расчетная схема для определения узловых масс в балке. Для учета колебаний в балке приложим массу в узлах балки, разделив ее по длине на 12 участков ( аналогично рис.7.7).

5. Расчет колебаний в программе SCAD.

Параметры 3-х форм собственных колебаний: периоды, частоты, собственные значения приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Линейные и угловые перемещения узлов схемы для форм собственных колебаний приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3

Распределение весов масс системы приведено в таблице 7.4

Распределение весов масс системы Таблица 7.4

Перемещения узлов стенки для 1, 2 и 3 форм собственных колебаний от динамической нагрузки приведены в рис. 7.9.

Первая форма

Вторая форма

Третья форма

Рис.7.9. Перемещения узлов стенки для 1, 2 и 3 форм собственных колебаний от динамической нагрузки

6. Результаты расчёта по программе SCAD.

Эпюры изгибающих моментов, поперечных сил и реактивного давления основания в стенке от трех форм колебаний стенки приведены в рис. 8.32

Форма 1 (Эпюры М, Q, R)

Форма 2 (Эпюры М, Q, R)

Форма 3(Эпюры М, Q, R)

Суммарные эпюры усилий от трех форм колебаний

Рис.7.10. Расчет усилий в стенке ( эпюры моментов, поперечных сил и реактивного давления основания , включая суммарные эпюры . от трех форм колебаний стенки.

Максимальный расчётный момент в опасном сечении от изгибающих моментов трех форм колебаний:

Перемещения узлов стенки для 1, 2 и 3 формы собственных колебаний от сейсмической нагрузки приведены на рис. 8.33

Форма 1

Форма 2

Форма 3

Рис.7.11. Перемещения узлов стенки для 1, 2 и 3 формы собственных колебаний от сейсмической нагрузки

Расчетный изгибающий момент от совместного действия на подпор-ную стенку остаточного (от динамического воздействия грунта и воды) и флуктуационного ( от колебаний стенки) изгибающих моментов. Внимание отсутствуют чертежи общих суммарных эпюр

М_р = М_{a, ф} + М_{a, ост} = 835,02+ 36,3 = 871,3 кнм

Расчетное анкерное усилие от аналогичного воздействия

R_a = R_{a, ф} + R_{a, ост} = 270,6 + 59,4 =330 кН

Отметим, что в статическом расчете заанкерованной стенки максимальный изгибающий момент равен М = 453,98 кнм, а усилие в анкерной опоре соответственно - R_a = 270.1 кН