Аналіз динамічної поведінки каркасної будівлі з урахуванням багатошаровості ґрунту основи
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.200-210Ключові слова:
динаміка, метод скінченних елементів, багатоповерхова каркасна будівля, багатошарова модель ґрунту, модальний аналіз, змушені коливанняАнотація
Досліджено вплив навантаження від рухомого складу на двадцятитрьох-поверхову каркасну будівлю, що розташована поблизу руху залізничних потягів у міській забудові. Математичне моделювання динаміч-ної поведінки багатоповерхових будівель при дії навантаження від рухомого складу виконано за допомогою чисельної методики, що складається з двох етапів.
На першому етапі у програмному комплексі NASTRAN сформована скінченно-елементна модель багатошарової ґрунтової основи разом їз баластовою призмою у вигляді плоского пружнопластичного напівпростору довжиною 200 м і глибиною 30 м. При цьому використаний реальний геологічний розріз, утворений з п’яти шарів з різними фізичними характеристиками. Навантаження від рухомого складу подано у вигляді вертикального періодичного збурення, зосередженого в центрі мас системи, що складається з рами візка, колісних пар вагону вантажного потягу та баластової призми.
Модальний аналіз ґрунтової основи і баластової призми виконано методом Ланцоша. Досліджено вплив навантаження від рухомого складу на динамічну поведінку ґрунтової основи методом Рунге-Кутти четвертого порядку. Визначені горизонтальні і вертикальні переміщення та прискорення грунту на різних відстаннях і глибинах моделі основи від осі залізничної колії. На другому етапі у програмному комплексі SCAD створена 3D модель монолітної каркасної будівлі. Модальний аналіз споруди виконано методом ітерацій підпросторів. Розглянуто два варіанти розрахунку багатоповерхової будівлі. Перший розрахунок виконаний на дію розрахункових сполучень навантажень: постійних, тривалих, короткочасних (снігове, вітрове навантаження).
У другому варіанті розрахунку за допомогою спектрального методу досліджено напружено-деформований стан будівлі при дії розрахункових навантажень та кінематичного збурення ґрунту, прикладеного по висоті фундаменту будинку у вигляді векторів прискорень. Прискорення враховані у двох напрямках і додані у розрахункові сполучення по двох напрямках вітрового впливу.
Виконано порівняння двох варіантів розрахунку для перевірки надійності і конструктивної безпеки будівлі.
Посилання
Ustenko O.V. (2021) Fundamentals of the theory of vibrations and stability of rolling stock posibnyk, Kharkiv: – 130 s. [in Ukrainian].
Boyko I., Sakharov V. (2009) Interaction of multi-storey buildings as elements of the system "base - foundation - overground constructions" under static and dynamic loads. Modern technologies, materials, and structures in construction, scientific and technical collection. - Vinnytsia. - Universum-Vinnytsia. – p. 53-59
Solodei I.I., Ruvin O.Н., Koliakova V.M., Kulikov O.P. (2024) The problem of the structure and the soil plastic environment interaction in the conditions of dynamic evolutionary processes. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientificand-technical collected articles. (112), 83-92.
DOI: 10.32347/2410-2547.2024.112.83-92
Solodei, I., Petrenko, E., Zatyliuk, Gh. (2020). Nonlinear problem of structural deformation in interaction with an elastoplastic medium. Strength of Materials and Theory of Structures: (105), 48 – 63.
DOI: 10.32347/2410-2547.2020.105.48-63
http://opir.knuba.edu.ua/files/zbirnyk-105/05-105_solodey_petrenko_zatiluk.pdf
Ivanchenko H.M., Vorona Yu.V. (2019) Numerical study of wave propagation in elastic media: Vyd-vo ”Karavela”, 150 s. [in Ukrainian].
Dubovyi S.V. (2021). Explicit and implicit schemes in numerical dynamics of mechanical systems. Теkhnika — 450 s. [in Ukrainian]
Morgun A.S. (2013) Plastic flow theory in soil mechanics. Vinnytsya: VNTU – 108 s. [in Ukrainian]
Gorodetskyi, A.S., Barabash, M.S., Pysarevskyi, B.Yu., & Genzerskyi, Yu.V. (2021). Modeling of seismic loading on the "above-ground structure-soil" system. Nauka ta budivnytstvo 4 – S. 51–57. [in Ukrainian]
Perelmuter A.V. (2001) Design models of structures and their analysis capabilities. VPP «Коmpas». – 352 s. [in Ukrainian]
Hussein, M. F. M &. Hunt, H. E. M (2006). A power flow method for evaluating vibration from underground railways, Journal of Sound and Vibration 293, no. 3-5, pp. 667–679.
S. Jones, K. A. Kuo, M. F. M. Hussein, and H. E. M. Hunt (2012). Prediction uncertainties and inaccuracies resulting from common assumptions in modelling vibration from underground railways, Proc. Inst. Mech. Eng. F J. Rail Rapid Transit, vol. 226, no. 5, pp. 501–512.
X. Sheng, C.J.C. Jones, and D.J. Thompson (2004) A theoretical model for ground vibration from trains generated by vertical track irregularities. Journal of Sound and Vibration, 272(3-5), 937–965.
X. Sheng, C.J.C. Jones, & M. Petyt (1999). Ground vibration generated by a load moving along a railway track. Journal of Sound and Vibration 228(1), - P.129 – 156.
Xia, H., Cao, Y.M., Roeck, G. De. (2010). Theoretical modeling and characteristic analysis of moving-train induced ground vibrations, Journal of Sound and Vibration, 329: 819–832.
Zhang, Y., Zhang, N., Cao, Y., & Yu, Y. (2016). A prediction model and its validation of railway-induced building vibrations, Advances in Mechanical Engineering, 8(10): 1 – 10.
Nielepowiczi, K. Bakowska, A. & Maslako-wski, M. (2018) The influence of train-induced ground motion in assessments of dynamic impact on structures. Sciendo, Archives of Civil Engineering, Vol. LXIV,(4), 49 – 63.
Lukianchenko O.O., Kozak A.A., Kostin D.Ye. (2025) Analysis of dynamic behavior of a multi-storey frame building in the railway traffic area. Strength of Materials and Theory of Structures: (114), 127 - 134.
https://doi.org/10.32347/2410-2547.2025.114
Lukianchenko, O., Kozak, A., & Kostin, D (2025). Investigation of the influence of ground accelerations In different directions on a building In the railway traffic zone. Building Constructions. Theory and Practice, (16), 77–86.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.16.2025.77-86.
Lukianchenko O.O., Kostina O.V., Geraschenko O.V. (2014). Influence of loading is from a rolling stock on the dynamic behavior of multi-storey building // Strength of Materials and Theory of Structures:(93), 100-109.
http://opir.knuba.edu.ua/files/zbirnyk-93/14.pdf
MSC NASTRAN 2021 Reference Guide, November 29, 2020. NA:V2021:Z:Z:Z:DC-REF-PDFhttps://help-be.hexagonmi.com/bundle/MSC_Nastran_2021_Reference_Guide/raw/resource/enus/MSC_Nastran_2021_Reference_Guide.pdf
SCAD Office. Versia 23. Computing complex SCAD++] V.S. Karpilovskyi, E.Z. Kriksunov, А.А. Malyarenko, А.V. Perelmuter, М.А. Perelmuter, S.Y. Fialko. — Izdatelstvo «SCAD SOFT», 2024.— 992 s. [in Russian]
DBN В.1.2-2:2006. (2020) Navantazhennya I vplyvy. Normy proektuvannya [Loads and influences. Design standards]. Kyiv, Ministerstvo regionalnoho rozvytku ta budivnytstva Ukrainy – 68 s. [in Ukrainian]
DBN В.1.2-14:2018. (2022) Systema zabezpechennya nadiinosti ta bezpeky budivelnyh obiektiv. Zagalni pryntsypy zabezpechennya nadiinosti ta konstruktyvnoii bezpeky budivel i sporud [System for ensuring the reliability and safety of construction sites. General principles for ensuring the reliability and structural safety of buildings and structures. Kyiv, Ministerstvo regionlnoho rozvytku ta budivnytstva Ukrainy. – 35 s. [in Ukrainian]
DBN V.1.1-12:2006. (2014) Budivnytstvo u seismichnyh raionah Ukraiiny [Construction in seismic regions of Ukraine] Kyiv, Ministerstvo regionlnoho rozvytku ta budivnytstva Ukrainy – 110 s. [in Ukrainian]
Kripak, V., & Koliakova, V. (2021). Interdependence of constructive and settlement schemes of the building. Building Constructions. Theory and Practice, 1(8), 17–24. [in Ukrainian]
