7.4. Расчет больверка на сейсмику по программному комплексу scad.

В качестве исходных данных принимается эпюра бокового давления и изгибающих моментов третьего этапа статического расчета (рис. 7.5, а и 8.28, а, пунктирная линия).

Эпюры бокового динамического давления грунта на стенку строятся по формуле (7.1-7.2) и гидродинамического давления от присоединенной массы воды по формуле (7.3), (рис. 7.5, а и 7.6, а, сплошная линия).

1. Расчетная схема сооружения. После определения динамических сил аналогично статическому расчету определяется расчетная схема сооружения. Расчетная схема может остаться с защемлением (рис. 7.5, б), а может перейти в схему свободного опирания (рис. 7.6, б). В случае слабых грунтов основания схема свободного опирания остается изначальной (рис. 7.6, б)

Рис.7.5. Динамический расчет заанкерованной стенки с защемлением с использованием программы SCAD

Рис. 7.6. Динамический расчет заанкерованной стенки со свободным опиранием с использованием программы SCAD

2. Динамические коэффициенты постели. Расчёт балки на упругом основании используется с применением гипотезы Фусса-Винклера. Грунт рассматривается как система не связанных между собой пружин, сжатие которых возрастает прямо пропорционально приложенной нагрузке.

Динамический коэффициент постели К_{п д}. определяется через табличное значение коэффициента пропорциональности по соотношению К_{п д}. = 3К_{п ст}.у.

Коэффициент постели зависит от вида грунта и представляет собой функцию глубины грунта.

Динамический коэффициент постели анкерной опоры (для участка l₂ , рис.7.5) определяется через значение статического коэффициента.

К_{п. ан д} . = 3 К_{п, анк}

При новых динамических нагрузках и увеличенном коэффициенте постели выполняется обычный статический расчет первого этапа по программному комплексу SCAD (рис. 7.5, в, г, д и рис. 7.6, в, г, д).

3. Расчетная схема для определения узловых масс в стенке. Используя существующие участки статического расчета, приложим массу в узлах балки, (рис.7.7). В данной расчётной схеме масса балки сосредоточена в n узлах. Расчёт сосредоточенных масс удобно представить в виде таблицы 8.8.

Р ис.7.7. Расчетная схема для сосредоточенных масс и значений динамических коэффициентов постели для 9 участков стенки.

Таблица 7.1

Сосредоточенные массы в расчётной схеме стенки

	, м	, м	, o	,кН	, кН	, кН	, кН
1
2

_где – номер сосредоточенной массы; – координата массы с номером по оси -Z; – длина стержня под номером ; – угол внутреннего трения грунта на уровне стержня под номером i ; Е_{а, дин} = γ (1+ 2К_с tgφ) Е_{а, ст} – равнодейст-вующая бокового динамического давления на участке балки без учета взвеши-вания воды, γ = 18кН/м³ . Если боковое давление получено с учетом сейсмики то Е_{а, дин} = γ Е_{а, ст}; – динамический коэффициент постели грунта на уровне стержня под номером ; – равнодействующая гидродинамического давления на участке балки ; – сосредоточенная m _i –ая масса в пределах элемента, с учетом собственного веса балки G_i и вертикальной составляющей активного давления без учета взвеши-вающего действия воды Е_{а, дин} , а так же вертикальной составляющей гидро-динамического давления P_гд. В программе SCAD вес массы вводится в тоннах.

Собственные колебания – это колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия.

Форма и частота собственных колебаний определяются массой и упругостью системы. Каждой частоте собственных колебаний соответствует своя форма колебаний. Массы нагрузок и элементов конструкций в расчётной динамической модели допускается принимать сосредоточенными в узлах расчетных схем. При вычислении массы необходимо учитывать только нагрузки, создающие инерционные силы.

4. «Модальный анализ» конструкции. Модальный анализ определяет собственную частоту (СЧ) и собственную форму колебаний (СФК) сооружения. Частота и формы (моды) собственных колебаний сооружения являются важными динамическими характеристиками сооружения, с которыми связана его реакция на динамические воздействия.

Для учета загружения 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 – прочие воздействия, тип воздействия – модальный анализ, задаётся имя этого загружения.

Во вкладке «Модальный анализ» выбирается число учитываемых форм собственных колебаний, которое зависит от условий и типа расчёта. В нашем случае будем проводить расчёт для первых 3-х форм собственных колебаний системы.

В разделе «Загружения» необходимо выбрать созданное загружение. В выбранном загружении создаются нагрузки для чего нажимается кнопка «Инерционные характеристики» на инструментальной панели раздела «Загружения» и выбирается в открывшемся списке «Задание масс». Массы сосредоточены в узлах, поэтому в окне «Массы» выбирается список «Инерционные свойства узлов». Выбирается направление действия массы (в нашем случае – ось Z) и значение веса массы в выбранных величинах.

Значения масс в каждом из узлов берутся из матрицы масс с положительным знаком. После нажатия кнопки «ok» необходимо выбрать узел, к которому относится данное значение массы.

Для проверки правильности расчётной схемы удобно пользоваться фильтрами отображения: номера узлов, узлы, значения нагрузок, инерционные массы.

5. Расчёт частоты и формы колебаний. После задания расчётной схемы и нагрузок необходимо вернуться в главное меню проекта. Для этого необходимо нажать кнопку «Выйти в экран управления проектом» на инструментальной панели в разделе «Управление». Ничего не изменяя в параметрах расчёта, нажимаем кнопку «ok». Выполняется расчёт. После его окончания необходимо нажать кнопку «Выход».

В пункте меню проекта «Результаты» выбираем подпункт «Графический анализ». На расчётной схеме можно отобразить эпюры деформаций по раз-личным осям. Для нас интересны перемещения по оси Z. Для загружения «Модальный анализ» представлены три эпюры перемещений для каждой из форм собственных колебаний системы. Значения перемещений выражены в условных единицах при условии, что максимальное узловое перемещение равно .

Численные результаты динамического расчёта можно найти в подпункте «Печать таблиц». В диалоговом окне «Оформление результатов отчёта» выбирается пункт «Динамика» и нажимаются последовательно кнопки «Формирование документа» и «Просмотр результатов». В текстовом редак-торе «Блокнот» открывается 4 новых окна.

В первом из них представлены параметры 3-х форм собственных колебаний: периоды, частоты, собственные значения ( см. пример, табл.7.2).

Во втором окне представлены линейные и угловые перемещения узлов схемы для форм собственных колебаний (см. пример, табл. 7.3).

В следующем окне представлено распределение весов масс системы (см. пример табл.7.4)

В качестве наглядных результатов расчёта приводятся графики перемещения узлов стенки для 3-х форм собственных колебаний по оси Z.