Разработка способов гашения колебаний куполообразующих и прямоугольных каркасов зданий и сооружений

Актуальность темы. Опыт строительства каркасных зданий и сооружений в сейсмически опасных районах показывает, что для их защиты от разрушений под воздействием землетрясений необходимо применять меры сейсмической защиты. В качестве защитных устройств широко применяются пассивные динамические гасители колебаний. Однако эти гасители эффективны только в узком диапазоне рабочих частот колебаний. Применение активных гасителей колебаний более результативно, но существенно более дорого и трудоёмко в обслуживании. Поэтому необходима разработка более универсальных в работе, эффективных и относительно недорогих способов полуактивного или пассивного гашения колебаний. Помимо этого, здания с различными несущими конструктивными системами нуждаются в специфических системах гашения колебаний. В частности, в связи с ростом количества купольных сооружений и набирающим популярность на территории России купольным жилищным домостроением, такие здания и сооружения нуждаются в специальных гасителях. Здесь снижение размаха колебаний можно обеспечить при помощи системы односторонних связей – ленточно-тросовой системы. В радиолокационной технике крайне важными и необходимыми являются локаторы, представляющие собой открытые купола. Для их стабильной работы в условиях землетрясений и взрывных воздействий можно использовать ленточно-тросовую конструкцию гашения колебаний, обеспечивающую работу локаторов без помех и перебоев. В строительной практике широко распространены здания с рамным стальным каркасом. Для гашения колебаний таких каркасных зданий целесообразно также использовать специальную конструктивную систему демпфирования – пластические накладки. При высоких скоростях деформирования прочностные характеристики материалов конструкций изменяются. А при возникновении больших деформаций значения напряжений в элементах конструкций могут превышать предел упругости, а зависимость напряжений от деформаций становится нелинейной. Поэтому, для описания динамики таких конструкций необходим учет нелинейных факторов. Это требует модернизации прямых методов решения дифференциальных уравнений колебательного движения механических систем. Таким образом, требования безопасной эксплуатации зданий и сооружений делают актуальным и важным разработку новых способов гашения колебаний стальных куполообразующих и прямоугольных каркасов и точного нелинейного динамического расчета их работы. Научная новизна работы состоит в следующем. 1. Разработан и экспериментально обоснован новый способ гашения колебаний каркасов куполообразных зданий и сооружений ленточно-тросовой системой. С помощью данного способа гашения создаются дополнительные односторонние силовые воздействия на защищаемые узлы несущих конструкций, препятствующие колебательным движениям этих узлов. 2. Предложен и численно испытан модифицированный метод переменных параметров упругости для решения задачи динамики зданий и сооружений с учетом геометрической и физической нелинейностей. 3. Впервые предложен и численно апробирован способ демпфирования колебаний каркасных зданий с помощью пластических накладок. Практическая значимость работы заключается в следующем. 1. Разработанные новые способы гашения колебаний могут быть использованы при эксплуатации прямоугольных и куполообразующих каркасов зданий и сооружений для предотвращения развития недопустимых перемещений узлов. 2. На основе новых способов гашения колебаний с использованием пакета прикладных программ Matlab разработан программный комплекс, предназначенный для определения динамического положения узлов сооружения. 3. Разработанный программный комплекс позволяет проводить вычислительные эксперименты с системами «сооружение - гаситель колебаний», что сокращает затраты на проведение опытно-конструкторских работ и натурных испытаний.