Санкт-Петербург +7 (812) 309-81-18        





Техническая поддержка «Миаком Инжиниринг»

Учет сейсмических воздействий

Обсуждаемые темы:


Поиск  Правила 
Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация
Войти
 
Страницы: 1 2 3 След.
Ответить
RSS
Учет сейсмических воздействий
 
Здравствуйте, Евгений Владимирович и участники форума!
При расчетах устойчивости с учетом сейсмики столкнулся с различной информацией и методами которые изложены в разных источниках.
Прошу вашей помощи и мнения на нижеизложенные вопросы:

I) При учете сейсмики СТН Ц-01-95 "Железные дороги колеи 1520 мм" Приложение 2, "Инструкция по применению армогрунтовых конструкций для стабилизации и усиления земляного полотна" Приложение А и СП 32-104-98 «Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» Приложение Г рекомендуют выполнять расчеты устойчивости откосов с учетом величины сейсмической силы:

Qc=Kc*G

где Kc - коэффициент сейсмичности (равный 0,025; 0,05; 0,10 соответственно для интенсивности расчетного сейсмического
воздействия 7, 8 и 9 баллов);
G - вес призмы обрушения (или её отсеков) с учетом влияния коэффициента надежности по нагрузке.
Угол наклона вектора сейсмической силы к горизонту принимается наиневыгоднейшим для устойчивости - обычно параллельно поверхности смещения призмы (или её отсеков).

Как я понимаю, данная сила является сдвигающей и учитывается в знаменателе дополнительно к тангенциальной
составляющей веса блока Tсдв.
Формула проф. Г.М. Шахунянца при этом приобретает вид:

Есть несколько вопросов:
1) Каким образом учитывается сейсмическая сила в отсеках, которые работают на удержание:
-в знаменателе (сила работает на сдвиг)
-в числителе (сила работает на удержание)
-вообще не учитывается?
2) Учет коэффициента надежности по нагрузке следует учитывать при любых расчетах путем умножения веса блока при расчете откосов выемок на 1,1, а при расчете насыпей на 1,15? Учитываются ли эти коэффициенты надёжности в GEO5?

II) Есть иной способ учета сейсмики, изложенный у проф. Г.М. Шахунянца, в котором равнодействующая веса блока Q определяется по формуле:


где Qg-i – вес отсека
u - коэффициент сейсмичности
При этом равнодействующая раскладывается на тангенциальную и нормальную с учетом «угла сейсмичности»:


где Oc-i – угол отклонения равнодействующей силы от вертикали тангенс которого приближенно равен коэффициенту сейсмичности:


Данный метод более понятен, но в нормативной документации он не встречается.
III) В ОДМ 218.2.006-2010 «Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог» в примечаниях к таблице 2 сказано:
«Для искусственных склонов (откосов, насыпей, дамб, выемок, бортов карьеров и др.) значения коэффициента сейсмичности увеличивают в 1,5 раза»
По сути данное увеличение делает запас на бальность землетрясения, повышая максимальное расчетное сейсмическое ускорение.
Проблема в том, что для проектирования ж.д. нормативная документация не предусматривает запас на бальность и так же указывает, что «Сейсмические нагрузки следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке равным единице»

В связи со всем написанным, подскажите пожалуйста:
1) Какой из методов учета сейсмики более приемлем?
2) Следует ли учитывать при расчетах увеличение коэффициента сейсмичности в 1,5 раза?
3) Каким методом учитывается землетрясение в GEO5? При расчетах задаю только горизонтальное ускорение.
 
Посмотри в СП 14.13330.2014 на сколько я понимаю в программе учитывается ускорение возникающие при сейсмичности. Вот это ускорение и нужно увеличить в 1.5 раза.
 
Да, Vladimir, Вы правы. Если руководствоваться ОДМ 218.2.006-2010 то и в расчетах вручную и в программных расчетах следует увеличивать коэффициент сейсмичности (ускорение) в 1,5 раза. Проблема в том, что это правило я встречал только в этом ОДМ который распространяется на автомобильные дороги. Вопрос в обосновании и в том, стоит ли руководствоваться этой рекомендацией для расчетов ж.д. земляного полотна. Бегло просмотрев СП 14.13330.2014, не нашел там подобных рекомендаций. Может где то еще встречается данная рекомендация, что бы было обоснование при расчетах в ж.д. сфере?
 
Александр,
эта же рекомендация по поводу коэффициента 1,5 приведена в документе "РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
КОЭФФИЦИЕНТА УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНА И ОПОЛЗНЕВОГО ДАВЛЕНИЯ", разработанных Гинзбургом (Центральное бюро научно-технической информации Москва - 1986), в параграфе 1.3. Учет сейсмических воздействий.
 
В СП 14.13330.2014_п. 5.2 б) расчетную ситуацию ведем для МРЗ. Aleksandr A вам нужно определиться по какой карте вы выбираете балльность (А,Б,С). В п. 5.2.2 (СП 14.13330.2014) написано что максимальные амплитуды ускорений принимают 1,0;, 2,0; 4,0 м/с2., для 7, 8, и 9 баллов соответственно умножаем на коэф. К таблицы 3 .Обращаемся к таблице 3 - пункт 2 Здания и сооружения, ссылка на ст.48.1 "Градостроительного кодекса РФ" .К особо опасным и технически сложным объектам относятся:
- подпункт 7 ) объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования;
Думаю этим можно обосновать увеличения ускорение в 1.5 раза.
 
Большое спасибо за ссылки на документы и разъяснение.
Выходит при любых расчетах "искусственных склонов (откосов, насыпей, дамб, выемок, бортов карьеров и др.)" действительно нужно увеличивать коэффициент сейсмичности в 1,5 раза? Я считаю пока что только по методам предельного равновесия. В МКЭ Вы пользуетесь данным правилом, когда задаете ускорение?

Кстати в Рекомендациях разработанных Гинзбургом так же упоминается 2 метода по учету сейсмики: 1ый из методов тот, что изложен в СТН-Ц, а 2ой метод - Чугаева, схож с методом Шахунянца. Согласно параграфа 1.3, сейсмическую силу нужно складывать со сдвигающими силами. То есть в отсеках в которых вес блока действует на удержание, сейсмическая сила так же действует на удержание? На этих отсеках её нужно учитывать в числителе? Хотя наиболее неблагоприятное направление то,что вызывает сдвиг (знаменатель)...
Что бы Вы могли сказать по поводу выбора метода учета сейсмики и других вопросов, которые поднимал в сообщение #30?
параграф 1.3
Изменено: Aleksandr A - 23.04.2015 12:39:42
 
Александр, спасибо за очень хороший вопрос! Детальность вопроса потребовала детальную проработку ответа.
Отдельная благодарность Владимиру и Александру за дискуссию на форуме, теперь он стал больше похож на форум!
Мы решили сделать эту тему отдельной. Теперь по существу вопроса.

1. Каким образом учитывается сейсмическая сила в отсеках, которые работают на удержание.
В имеющейся литературе мы не нашли четкого ответа на поставленный вопрос. Считаем, что программы учитывают сейсмическую силу как сдвигающую. То же можно проследить в методе Р.Р. Чугаева с поворотом отсека на сейсмический угол. В общем, все в запас.

2. Учет коэффициента надежности по нагрузке следует учитывать при любых расчетах путем умножения веса блока при расчете откосов выемок на 1,1, а при расчете насыпей на 1,15? Учитываются ли эти коэффициенты надёжности в GEO5?

Коэффициенты, в соответствии с нормами, учитывать стоит, только вопрос в том, что влияние этой поправки на конечный результат незначительное, чаще в третьем знаке. В настройках есть возможность использовать различные коэффициенты (при переключении на европейские и другие нормы), но проще, наверное, ввести значение с поправкой непосредственно.

3. Какой из методов учета сейсмики более приемлем?

На счет второго способа и угла сейсмичности. Это, по-видимому, интерпретация все того же первого метода, когда дополнительную силу приводят в одно направление с основной (вес отсека). Для несложных способов вычисления вручную это очень удобный подход. А про угол сейсмичности напишем далее отдельно. Наиболее распространенный первый способ, им и пользуемся (компьютерные программы позволяют), большой разницы быть не должно. В примере будет показано, что задание сейсмичности коэффициентом и расчет с углом сейсмичности дают схожие результаты.

4. Следует ли учитывать при расчетах увеличение коэффициента сейсмичности в 1,5 раза?
Некоторые исследователи считают, что сейсмическая сила должна увеличиваться по высоте сооружения, а не быть постоянной по всему объему. В целях учета этого допущения введен коэффициент 1,5. Эти идеи прослеживаются от школы Механики грунтов в гидротехническом строительстве, которая оказала существенное влияние на развитие Инженерной науки в начале прошлого века.

5. Каким методом учитывается землетрясение в GEO5?

Как и в случае с поправкой на вес отсека, увеличение/уменьшение за счет вертикального коэффициента сейсмичности оказывает незначительное влияние на результат. СП в разделе земляное полотно ничего не говорит о вертикальном коэффициенте, он упоминается только при расчете мостов, но и в этом случае не всегда рекомендуется. Иногда, при расчете армогрунтовых подпорных стен добавляют вертикальный коэффициент для снижения веса грунта, что позволяет опять же сделать осторожную оценку, так как при разгрузке эффективность армогрунтовой конструкции снижается.
Таким образом, вводим только горизонтальный коэффициент, причем без учета его знака, он всегда и во всех программах будет направлен наружу откоса. В ГЕО5 стрелка в левую сторону, по-видимому, символизирует значок включенного расчета с учетом сейсмики, а не направление сейсмической силы.
 
Еще раз отметим мощь советской школы Механики грунтов в гидротехнической отрасли (В.А. Флорин, П.Л. Иванов). В области расчетов устойчивости корифеем по праву считается Р.Р. Чугаев. Именно он сделал обширный и детальный анализ различных методов расчета устойчивости и предложил свой. Причем метод Чугаева по принципу схож с SRM методом Plaxis, а сейсмические силы учитываются за счет угла сейсмичности. Отсек поворачивается на угол сейсмичности для возможности геометрического сложения сил сейсмичности и веса отсека.
Для понимания ниже рассмотрен простой пример.
В практике проектирования принято оценивать сейсмическое воздействие путем учета инерционных сейсмических сил:

Где ас – максимальное сейсмическое ускорение, мм/с2; g– ускорение силы тяжести (g=9810 мм/с2); Р – сила тяжести рассматриваемого отсека.
Для удобства дальнейших расчетов сейсмическое ускорение, как правило, не рассматривается, а расчет ведется с использованием величины мю

Именно этот коэффициент приводится в ОДМ 218.2.006-2010 и СНиП II-А.12-69*. В актуализированном СП 14.13330.2014, похоже, эту таблицу убрали.
Приведем общую таблицу, для понимания значений как сейсмического ускорения (ас), так и коэффициента сейсмичности мю.

Балльность

ас, мм/с2

мю

6

51-100

0,005-0,01

7

101-250

0,01-0,025

8

251-500

0,025-0,05

9

501-1000

0,05-0,1

10

1001-2500

0,1-0,25
*правые значения в столбце коэффициента мю соответствуют значениям ОДМ 218.2.006-2010

Интересен следующий прием учета сейсмического воздействия для определения устойчивого откоса.
Откос с углом заложения 27°, характеристики с=10 кПа, фи=20°, гамма=20 кН/м3.
Вероятное землетрясение 9 баллов, тогда мю=0,1, а сейсмическое ускорение ас=981 мм/с2.
Сейсмический угол (дельта):

Будет равен дельта=5,71°, тогда можно сказать, что откос с углом заложения, увеличенным на величину сейсмического угла, будет являться эквивалентным исходному с учетом сейсмической силы. Эквивалентный угол откоса будет равен: угол откоса=27+5,71=32,71°.

Расчетная схема (исходная)

Расчетная схема (с измененным углом 32,71°)

Результаты:
ГЕО5 (Bishop):
- Куст=1,1 – при заданном коэффициенте мю=0,1 (горизонтально)
- Куст=1,08 – при изменении геометрии откоса.
ГЕО5 (Fellenius):
- Куст=1,04 – при заданном коэффициенте мю=0,1 (горизонтально)
- Куст=1,03 – при изменении геометрии откоса.

Что касается того, как учесть сейсмичность в Plaxis. Для этого необходимо сделать еще одну фазу расчета (Total multipliers) и установить значение ЕMaccel равным ±1 (в зависимости от направления критической поверхности скольжения), подробнее в инструкции.
А коэффициент следует задавать именно мю (коэффициент сейсмичности). Здесь есть определенная путаница. Мы считаем, что в зарубежной геотехнической практике коэффициент мю приравнивают долям g, поэтому в Plaxis написано 1,0G, однако (опять же, по нашему мнению), это не имеет ничего общего с долями ускорения силы тяжести в СНиП по сейсмике, например, для 9 баллов это будет 0,4g, что очень много.


Результаты Plaxis:
- Куст=1,05 – при заданном коэффициенте мю=0,1 (горизонтально)
- Куст=1,02 – при изменении геометрии откоса.

Возможно квазистатический расчет устойчивости в Plaxis не самый лучший способ, ведь программа имеет возможность учесть землетрясение в динамическом расчета по акселерограммам.
 
Евгений Владимирович, большое спасибо за ответы.
Прошу прощения, что долго не отвечал. Решил сделать расчеты по различным методам и сравнить их с программным счетом. В качестве расчетной схемы взял насыпь H=6м с заложением откосов 1:1.5, с защитным слоем из песка. Нагрузка от подвижного состава – 90 кПа, от ВСП – 17 кПа. Сейсмичность 9 баллов (Кс=0,1). Расчет выполнен по КЦПС.


Расчет 1 (без сейсмики)
1) Вручную
Куст=1,411>1,25
2) GEO5 Устойчивость откоса (по Шахунянцу)
Куст=1,45>1,25
Расчет 2 (сейсмика Кс=0,1)
1) Вручную по СТНЦ (на всех блоках Qc сдвигающая в знаменателе)
Куст=1,166>1,125
2) Вручную по Шахунянцу
Куст=1,185>1,125
3) GEO5 Устойчивость откоса (по Шахунянцу)
Куст=1,22>1,125
Расчет 3 (сейсмика Кс=0,1*1,5=0,15)
1) Вручную по СТНЦ (на всех блоках Qc сдвигающая в знаменателе)
Куст=1,073<1,125
2) Вручную по Шахунянцу
Куст=1,109<1,125
3) GEO5 Устойчивость откоса (по Шахунянцу)
Куст=1,12<1,125

Как видно, результаты расчета по различным методам близки друг к другу.
При расчете 3, с запасом на коэффициент 1,5 - насыпь неустойчива. Специально для расчета взял насыпь с заложением откоса 1:1.5. Возможно это подтверждает пункт 7.3.1 СП 14.13330.2014 «При расчетной сейсмичности 9 баллов и высоте насыпей (глубине выемок) более 4 м откосы земляного полотна из нескальных грунтов должны быть, как правило, на 1:0,25 положе откосов, проектируемых для несейсмических районов».

Так же хотелось бы кое что уточнить по методу Шахунянца.
При учете сейсмической силы в наихудшем направлении (в данном примере влево), в блоках которые работают на удержание (№7, №8 ), сейсмический угол необходимо не суммировать с углом наклона основания отсека к горизонту (бета), а вычитать из него.

Если его суммировать, то сила Qc направлена на удержание (вправо).
Изменено: Aleksandr A - 27.04.2015 11:13:14
 
Александр, Вы проделали очень хорошую научно-исследовательскую работу! Большое Вам спасибо! Такие исследования очень важны для понимания сути расчетов. К сожалению у нас не хватило на это времени... Поэтому мы очеь благодарны Вам за то, что Вы поделились информацией на нашем форуме.
Страницы: 1 2 3 След.
Ответить
Читают тему
Форма ответов
 
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Загрузить картинки
Отправить Отменить
 






Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика