Analýza seizmické odezvy vysoké panelové budovy

Podobné dokumenty
Výpočet vlastních frekvencí a tvarů kmitů lopaty oběžného kola Kaplanovy turbíny ve vodě

Výpočet kmitání oběžného kola Francisovy turbíny vynuceného tlakovými pulzacemi ve vodním prostředí

Z. Čada, P. Hradil, V. Kanický, V. Salajka

Seizmická odezva rozsáhlých stavebních objektů

technické v Brně, Veveří 95, Brno,

PRAVDĚPODOBNOSTNÍ PŘÍSTUP ÚPRAVY SPEKTER ODEZVY SEIZMICKÉHO DĚJE THE PROBABILISTIC APPROACH OF SEISMIC RESPONSE SPECTRA MODIFICATION

Podrobná statická analýza keramické stropní konstrukce

NELINEÁRNÍ ODEZVA ŽELEZOBETONOVÉ RÁMOVÉ KONSTRUKCE NA SEIZMICKÉ ZATÍŽENÍ

Spolehlivost a bezpečnost staveb zkušební otázky verze 2010

Numerické modelování interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu

SEIZMICKÁ ODOLNOST STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

ANALÝZA NAPĚTÍ A DEFORMACÍ PRŮTOČNÉ ČOČKY KLAPKOVÉHO RYCHLOUZÁVĚRU DN5400 A POROVNÁNÍ HODNOCENÍ ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI DLE NOREM ČSN EN A ASME

Realizace omezovače kmitání na lávce v areálu Škody Auto Mladá Boleslav

DYNAMICKÁ ODEZVA ŠTÍHLÉ MOSTNÍ KONSTRUKCE NA ÚČINKY POHYBU OSOB

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

DYNAMICKÝ EXPERIMENT NA SADĚ DŘEVĚNÝCH KONZOLOVÝCH NOSNÍKŮ

5 Analýza konstrukce a navrhování pomocí zkoušek

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

obhajoba diplomové práce

MODÁLNÍ ANALÝZA ZVEDACÍ PLOŠINY S NELINEÁRNÍ VAZBOU

Využití programu AutoCAD při vytváření geometrie konstrukce v prostředí programu ANSYS

Aleš NEVAŘIL 1 ÚČINEK PŖETRŅENÍ LANA KOTVENÉHO STOŅÁRU THE EFFECT OF CABLE FAILURE ON THE GUYED MAST

SIMULACE ŠÍŘENÍ NAPĚŤOVÝCH VLN V KRYSTALECH MĚDI A NIKLU

RESPONSE ANALYSIS OF BUILDING UNDER SEISMIC EFFECTS OF RAILWAY TRANSPORT

Základy tvorby výpočtového modelu

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYHODNOCENÍ LOMOVÉHO EXPERIMENTU S KATASTROFICKOU ZTRÁTOU STABILITY

Paralelní výpočty ve finančnictví

Návod k použití programu pro výpočet dynamické odezvy spojitého nosníku

Miroslav Stárek. Brno, 16. prosince ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary

Programové systémy MKP a jejich aplikace

Novinky v. Dlubal Software. Od verze / Nové přídavné moduly. v hlavních programech. v přídavných modulech.

APLIKACE SIMULAČNÍHO PROGRAMU ANSYS PRO VÝUKU MIKROELEKTROTECHNICKÝCH TECHNOLOGIÍ

Ing. Jaromír Kejval, Ph.D.

Libor Kasl 1, Alois Materna 2

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2008, ročník VIII, řada stavební článek č.

Modelování a simulace Lukáš Otte

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. Statický projekt Administrativní budova se služebními byty v areálu REALTORIA

POSTUPY SIMULACÍ SLOŽITÝCH ÚLOH AERODYNAMIKY KOLEJOVÝCH VOZIDEL

KRÁLOVOPOLSKÁ STRESS ANALYSIS GROUP

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Advance Design 2017 R2 SP1

DIPLOMOVÁ PRÁCE Nelineární řízení magnetického ložiska

TN je vytvořen tak, aby mohlo být provedeno posouzení shody také podle 5 (vazba na 10).

ZATÍŽENÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

III. MKP vlastní kmitání

Ing. Ondřej Kika, Ph.D. Ing. Radim Matela. Analýza zemětřesení metodou ELF

Advance Design 2015 / SP2

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Numerická simulace přestupu tepla v segmentu výměníku tepla

VYUŽITÍ PROGRAMU ANSYS PRO PREDIKCI VLASTNÍCH FREKVENCÍ A TVARŮ KMITU VODNÍCH STROJŮ

þÿ E x p e r i m e n t á l n í my e n í a n u m e r þÿ m o d e l d y n a m i c k ý c h ú i n ko v i b r a

NAPĚŤOVÁ A DEFORMAČNÍ ANALÝZA MECHANISMU OBĚŽNÉHO KOLA KAPLANOVY TURBÍNY VODNÍ ELEKTRÁRNY GABČÍKOVO

VÝPOČET DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ KOLESOVÉHO RYPADLA SchRs 1320/4x30. COMPUTATION OF DYNAMIC CHARACTERISTIC OF THE BUCKET WHEEL EXCAVATOR SchRs 1320/4x30

OPTIMALIZACE A MULTIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ FUNKČNÍ ZPŮSOBILOSTI POZEMNÍCH STAVEB D24FZS

Hodnocení seizmické odolnosti prováděná pro české jaderné elektrárny Marek Tengler

Co je nového 2017 R2

Technický návod je vytvořen tak, aby mohlo být provedeno posouzení shody také podle 5 (vazba na 10).

ANALÝZA SMYKOVÉHO PORUŠENÍ ŽELEZOBETONOVÉ STĚNY

Železniční estakáda přes Masarykovo nádraží v Praze v km 3,993 HK

Téma 8: Optimalizační techniky v metodě POPV

Vliv kapilární vodivosti na tepelně technické vlastnosti stavební konstrukce

5 Úvod do zatížení stavebních konstrukcí. terminologie stavebních konstrukcí terminologie a typy zatížení výpočet zatížení od vlastní tíhy konstrukce

Náhradní ohybová tuhost nosníku

Numerické řešení proudění stupněm experimentální vzduchové turbíny a budících sil na lopatky

ITÍ PROGRAMU ANSYS PRO PREDIKCI VLASTNÍCH FREKVENCF REKVENCÍ A TVARŮ KMITU VODNÍCH. Vlastislav Salajka. Petr Hradil

Téma 1: Spolehlivost a bezpečnost stavebních nosných konstrukcí

Dílčí projekt: Systém projektování textilních struktur 1.etapa: tvorba systému projektování vlákno - příze - tkanina

U Úvod do modelování a simulace systémů

NUMERICKÁ SIMULACE ODTRŽENÍ SKLOEPOXIDOVÉ VRSTVY ADAFLEX BG

MODEL DYNAMICKÉHO TEPELNÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH DETAILŮ

Zvýšení kvality jízdní dráhy ve výhybkách pomocí zpružnění

VLIV KMITÁNÍ TRUBKY NA PŘESTUP TEPLA V KANÁLU MEZIKRUHOVÉHO PRŮŘEZU

Novinky ve zkušebnictví 2011 SČZL. Únavové vibrační zkoušky ve SWELL. Ing. Jaromír Kejval, Ph.D.

5 790,- únor ceník. HCOMP AMD 4020 Trinity. Záruka 2 roky. Příplatky a software: Cena s DPH. Počítač: 4GB DDR3 RAM AMD HD GB HDD

KIA ŽILINA ŽELEZOBETONOVÉ KONSTRUKCE V OBLASTI S VYSOKOU SEISMICITOU

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

Stavební fakulta Katedra mechaniky. Jaroslav Kruis, Petr Štemberk

Tvarová optimalizace v prostředí ANSYS Workbench

Zadání vzorové úlohy výpočet stability integrálního duralového panelu křídla

Stroboskopické metody vibrační diagnostiky

Porovnání vypočtených a naměřených vlastních frekvencí kolesového rypadla SchRs 1320

Úvod do analytické mechaniky

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Centrum AdMaS Struktura centra Vývoj pokročilých stavebních materiálů Vývoj pokročilých konstrukcí a technologií

Simulace oteplení typového trakčního odpojovače pro různé provozní stavy

Tutoriál programu ADINA

CFD SIMULACE VE VOŠTINOVÉM KANÁLU CHLADIČE

Provozní pevnost a životnost dopravní techniky. - úvod do předmětu

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2008, ročník VIII, řada stavební článek č.

P9 Provozní tvary kmitů

TLUMIČ ODPRUŽENÍ jako prvek ovlivňující jízdní vlastnosti automobilu

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

Modelování proudění vzdušiny v elektroodlučovači ELUIII

VYUŽITÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT PŘI ŘEŠENÍ ÚLOH PŘÍMÝM DETERMINOVANÝM PRAVDĚPODOBNOSTNÍM VÝPOČTEM

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

Aktuální trendy v oblasti modelování

Generování sítě konečných prvků

Úvod do předmětu, úvod do problematiky CAE a MKP (přehled nástrojů a obecné postupy CAD/CAE, vazby součástí CAE)

Spojení ANSYS classic s AUTODESK Moldflow. MATĚJ BARTECKÝ Continetal automotive systems s.r.o.

Transkript:

Analýza seizmické odezvy vysoké panelové budovy Seismic response analysis of a high panel building structure Petr Hradil 1, Viktor Kanický 2, Vlastislav Salajka 3 Abstrakt Článek pojednává o způsobu získání seizmické odezvy dvanácti podlažní bytové panelové budovy. Zdrojem vyvolávající buzení základů stavebních objektů je důlní činnost. Byl sestaven komplexní výpočtový model panelového objektu včetně podzákladí. Seizmické buzení bylo definováno pomocí modifikovaných půdních akcelerogramů a byla vyčíslena dynamická odezva na toto buzení. Rovněž byla provedena odezva pomocí lineárních spekter odezvy. Některé z výsledků jsou uvedeny v tomto příspěvku. Summary The paper deals with the procedures of determining seismic response of a twelvestorey residential panel building structure. Mining industry activities are considered as the source of the foundation motion excitation. A complex computation model of the panel building with complicated mutual constraints of parts has been developed. Structural response to the seismic excitation specified by a modified recorded ground acceleration time history has been analyzed. Consequently the seismic response analysis using linear response spectrum method has been performed. Results of both analyses are discussed in the paper. 1 ) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavební mechaniky, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: +420 541 147 366, +420 604 233 802, E-mail: hradil.p@fce.vutbr.cz 2 ) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavební mechaniky, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: +420 541 147 365, +420 603 258 039, E-mail: kanicky.v@fea.cz 3 ) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavební mechaniky, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: +420 541 147 365, +420 603 244 458, E-mail: salajka.v@fce.vutbr.cz - 1 -

1 ÚVOD V rámci úkolu s cílem prozkoumat mezní možnosti výpočtů dynamického chování technologických konstrukcí a staveb vystavených nestacionárnímu dynamickému zatížení technickou seizmicitou se provedl výběr typických stavebních konstrukcí. Dynamická analýza těchto konstrukcí výpočtem, doplněná experimenty, by mohla přispět k obecnějším závěrům z řešení úkolu. Se zřetelem k dané úrovni vstupních informací se úlohy v prvním přiblížení řeší globálně s deterministickým přístupem, s použitím linearizovaných výpočtových modelů. Jednou z vybraných konstrukcí je dvanáctipodlažní bytový dům (viz. obr. 1) jako reprezentant stavby z velkoplošných panelů. Aplikace konstrukcí tohoto typu byla velmi rozšířená a jejich počet je značný, rovněž v částech území, které jsou oblastmi zájmu řešení úkolu. Technická životnost většiny panelových domů není zdaleka vyčerpána a jsou připravovány rekonstrukce s cílem podstatně prodloužit jejich použitelnost i při současných a budoucích zvýšených nárocích na bydlení. Pro posuzování jejich zbytkové životnosti mají experimenty, založené na dynamice konstrukce nebo její části, značný význam a přes jejich náročnost lze očekávat jejich využití. Přes značný počet těchto konstrukcí je jejich variabilita svým způsobem omezená, což vyhovuje náplni řešení úkolu. To vše - mimo přímého zájmu na této konkrétní stavbě - bylo důvodem pro její výběr jako reprezentativní panelové konstrukce a jako objektu podrobné dlouhodobé dynamické analýzy výpočtem a experimentem. 2 VLASTNÍ KMITÁNÍ KONSTRUKCE Obr. 1 Dvanáctipodlažní panelový dům Jedním z konkrétních cílů řešení úkolu je získání korektních výpočtových modelů dovolujících predikci odezvy reprezentativního stavebního objektu projektovaného ve sledované oblasti, charakterizované technickou seizmicitou. Jde jak o výpočtový model konstrukce s interagující podzákladovou půdou, tak o výpočtové modely buzení kmitání. Těžiště prací při vytváření modelu konstrukce leží v oblasti výpočtů, experiment slouží k ověření korektnosti modelu, přičemž základním prostředkem dosud je (a ještě nějaký čas zůstane) měření vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitů konstrukce, obecněji měření vlastního kmitání modelovaného objektu. Při vytváření výpočtového modelu seizmického buzení se musí vycházet z experimentů, i když ověření věrohodnosti modelu buzení vyžaduje iterativní postup s využitím výsledků měření a simulačních výpočtů odezev. Při výpočtech odezev se zatím často používají postupy vyžadující znalost části spektra vlastních frekvencí (a příslušných vlastních tvarů kmitů), ať již pouze ve fázi přípravných výpočtů nebo přímo pro vlastní výpočet (modálním rozvojem). Z uvedeného vyplývá základní význam znalosti vlastního kmitání konstrukce pro řešení dané problematiky v jakékoliv fázi. Prakticky vzato, výpočet vlastních frekvencí je vstupním krokem při řešení odezvy pomocí lineárních spekter odezvy nebo při řešení odezvy při buzení pomocí akcelerogramů rozvojem podle vlastních tvarů kmitů. Spektrum vlastních frekvencí slouží pro predikci velikosti časového kroku při přímé integraci pohybových rovnic. - 2 -

3 VÝPOČTOVÝ MODEL PANELOVÉHO DOMU Základní a nejdůležitější úlohou při řešení problému analýzy dynamických vlastností konstrukce je vytvoření korektního výpočtového modelu, tj. modelu nezavádějícího geometrické a fyzikální zjednodušující aproximace v rozsahu širším než je teoreticky přípustné pro získání požadovaných informací o dynamice konstrukce. Model musí dovolit podrobný popis inerciálních, elastických a dissipativních vlastností konstrukce na úrovni soudobých poznatků. Zavedení aproximací musí být podloženo příslušnou citlivostní analýzou. Dalším praktickým hlediskem při vytváření výpočtového modelu je sledování perspektiv využití modelu pro řešení předvídatelných problémů, např. posouzení konstrukčních úprav nebo posouzení variant subkonstrukcí vyžadující korektní okrajové podmínky. Korektní výpočtový model daného panelového domu byl vytvořen s aplikací metody konečných prvků v prostředí programového systému ANSYS. Geometrie modelu odpovídá i v podrobnostech dosažitelné výkresové dokumentaci objektu, model je velmi jemně strukturován. Modelování respektovalo všechny stěnové otvory, podlažní výřezy, vnitřní členění podlaží, podsklepení a základy. Hodnoty fyzikálních veličin konstrukčních materiálů byly převzaty z věrohodných zdrojů. Oprávněně lze očekávat, že model korektně postihne základní dynamické vlastnosti vlastní konstrukce. Při modelování panelové konstrukce byly použity deskostěnnové prvky typu SHELL43 (43019 prvků). Struktura výpočtového modelu panelového domu je patrná z obr. 3. Obr. 2 Dvanáctipodlažní panelový dům - výkres Obr. 3 Model ze stěnodeskových prvků Obr. 4. Komplexní výpočtový model - 3 -

Na obr. 4 je zobrazen komplexní výpočtový model s podzákladím modelovaným prostorovými prvky SOLID45 (15288 prvků). Základová půda u objektu zatím není konkretizována. Výpočtový model sestává ze 74724 prvků lokalizovaných pomocí 56544 uzlů a má celkem 285073 stupňů volnosti. 3 VLASTNÍ FREKVENCE A TVARY KMITU Výchozím krokem při dynamické analýze konstrukcí je výpočet vlastních frekvencí a tvarů kmitu. V případě uvedeného modelu byly vyčísleny frekvence a tvary kmitu až do 100 Hz. Tento počet frekvencí je postačující při řešení rozvojem podle tvarů kmitu, neboť četnost naměřených hodnot budícího akcelerogramu zadaného tabulkou je 1 setina sekundy. Obdobně při řešení pomocí spekter odezvy při kombinaci se musí ve výpočtu zohlednit všechny frekvence a odpovídající tvary minimálně do úrovně ZPA tj. do 33 Hz a dále se musí plnit podmínka 95 % kmitající hmoty ve směrech buzení. Vybrané tvary kmitu panelového domu jsou uvedeny na obrázcích 5 až 8. Obr. 5 Tvar kmitu f 1 = 1,022 Hz Obr. 6 Tvar kmitu f 3 = 2,739 Hz Obr. 7 Tvar kmitu f 4 = 3,056 Hz Obr. 8 Tvar kmitu f 5 = 4,599 Hz 4 VÝPOČET SEIZMICKÉ ODEZVY S POUŽITÍM AKCELEROGRAMŮ Seismická odezva dané konstrukce byla řešena přímou integrací pohybových rovnic s použitím upravených akcelerogramů pro jednotlivé směry buzení, viz obr. 11 až 13. Dissipace energie byla modelována v souladu s možnostmi programu ANSYS (Rayleighův model), tak aby poměrné tlumení odpovídalo přibližně hodnotě 7 %. Výběr parametrů α a β - 4 -

není zcela jednoznačný. Způsob výpočtu parametrů může mít značný vliv na korektnost výsledků řešení. Obr. 9 Tvar kmitu f 7 = 10,683 Hz Obr. 10 Tvar kmitu f 8 = 16,138 Hz Obr. 11 Akcelerogram směr x Obr. 12 Akcelerogram směr y Obr. 13 Akcelerogram směr z Byla provedena studie vlivu hustoty digitalizace seizmických akcelerogramů na přesnos výpočtu odezvy a na sestavování spekter odezvy. Číselné řady byly doplněny na 400 vz/s pomocí kubických spline. Tento počet se jevil jako optimální pro případ následného generování lineárních spekter odezvy. Byl zkoumán vliv velikosti oblasti podzákladí a vliv dělení a počtu prvků na odezvu. Oblast řešení představovala 12 s, tj. od tří do patnácti sekund. Výpočty byly mnohonásobně opakovány. - 5 -

5 VÝSLEDKY VÝPOČTŮ Výpočtem byly získány časové průběhy odezvových veličin, potřebných pro všestranné posouzení seizmické odolnosti konstrukce. Celkový obraz o chování konstrukce poskytly časové snímky polí napjatosti a přemístění konstrukce. Vybrané výsledky ilustrující graficky výpočty jsou uvedeny na přiložených obrázcích. Časové průběhy horizontálních složek seizmických přemístění u x a u y v rohu modelu střechy (x+, y-) jsou uvedeny na obr. 14. Na obrázku 15 je pro ilustraci snímek pole posunutí u y v čase 12,75 s. Obr. 14 Průběh posunutí u x a u y - střecha Obr. 15 Pole posunutí u y v čase t = 12,75 s 6 POTŘEBNÉ PROSTŘEDKY PRO VÝPOČET Značně rozsáhlé výpočty byly provedeny na cenově přístupném počítači s procesorem AMD Athlon 64 X2 Dual-Core 4400+ s 4GB RAM a 1,850 TB diskového prostoru pod operačním systémem Windows XP 64 Bit Edition. Byla použita 32 bitová verze ANSYS 8.1. Jeden výpočet trval téměř tři dny a vyžadoval 260 GB prostoru na diskovém poli. 7 ZÁVĚRY V příspěvku je postup řešení seismické odezvy panelového objektu. Odezva byla stanovena metodou přímé integrace pohybových rovnic. Není zatím provedena verifikace těchto výpočtů s řešením pomocí spekter odezvy. Studie však ukázala schůdnost postupu řešení a poukázala na některé problémy při řešení odezvy stavebních konstrukcí v interakci s podložím. PODĚKOVÁNÍ: Tento příspěvek vznikl za finančního přispění MŠMT, projekt 1M6840770001, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS. Při řešení byly využity teoretické výsledky dosažené v projektu GA ČR č. 105/04/1424 Odezva technologických konstrukcí a budov na zatížení technickou seismicitou. LITERATURA [1] Králik, J. Dynamická interakcia konštrukcií s podložím. In Proc. 9 th ANSYS Users' Meeting, SVS FEM Brno, Třešť, September 2001. [2] ANSYS Release 8.0 Documentation. 2003 SAS IP. - 6 -