Исследование методов повышения устойчивости строительных конструкций при комбинированном воздействии динамических и статических нагрузок в условиях сложных грунтовых оснований
Ключевые слова:
устойчивость строительных конструкций, комбинированные нагрузки, сложные грунтовые основания, динамический анализ, взаимодействие грунт-фундамент-сооружение, нелинейное поведение грунтов, сейсмостойкостьАннотация
Представленное исследование посвящено анализу и разработке комплексных методов повышения устойчивости строительных конструкций, функционирующих в условиях одновременного воздействия динамических и статических нагрузок на сложных грунтовых основаниях. Актуальность работы обусловлена растущими требованиями к безопасности зданий и сооружений в сейсмически активных регионах с неоднородными геологическими условиями. Методологическая база исследования включает численное моделирование с использованием метода конечных элементов, экспериментальные испытания на физических моделях и натурные обследования существующих конструкций. Разработана многопараметрическая модель взаимодействия «грунт – фундамент – конструкция», учитывающая нелинейное поведение грунтов при различных сочетаниях нагрузок. Результаты исследования показали, что интегрированное применение комбинации демпфирующих элементов, геосинтетических материалов и модифицированных технологий свайного фундамента повышает устойчивость конструкций на 28-35% в зависимости от типа грунтового основания. Установлено, что коэффициент динамического усиления при комбинированных нагрузках снижается на 42% при использовании предложенных решений, а общая несущая способность фундаментов возрастает в 1,6 раза. Анализ данных полевых испытаний выявил повышение коэффициента затухания колебаний на 0,23, что соответствует уменьшению амплитуды колебаний конструкций на 31% в сравнении с традиционными решениями. Практическая значимость исследования заключается в разработке рекомендаций по проектированию строительных конструкций с повышенной устойчивостью на сложных грунтах, что способствует снижению материалоемкости и повышению надежности зданий и сооружений. Полученные результаты открывают перспективы для дальнейшего развития адаптивных конструктивных систем, способных эффективно противостоять комплексным нагрузкам в сложных инженерно-геологических условиях.
Библиографические ссылки
Allawi A.A., Mohammed Q.S. Numerical analysis of a concrete foundation under a combination of a dynamic and a seismic load // Journal of Engineering. 2022. № 28(2). рр. 18-39.
Avilеs J., Suаrez M., Sаnchez-Sesma F.J. Effects of wave passage on the relevant dynamic properties of structures with flexible foundation // Earthquake engineering & Structural dynamics. 2002. № 31(1). рр. 139–159.
Bapir B., Abrahamczyk L., Wichtmann T., Prada-Sarmiento L.F. Soil-structure interaction: A state-of-the-art review of modeling techniques and studies on seismic response of building structures // Frontiers in built environment. 2023. № 9. рр. 112-351.
Belinchon P., Sorensen K.K., Christensen R.A. A case study of the interaction between a pile and soft soil focusing on negative skin friction using finite element analysis // Proceedings of the 17th Nordic Geotechnical Meeting. 2016. рр. 513–522.
Benz T. Small-strain stiffness of soils and its numerical consequences: doct. diss. Stuttgart: University of Stuttgart, 2007.
El Hoseny M., Ma J., Dawoud W., Forcellini D. The role of soil structure interaction (SSI) on seismic response of tall buildings with variable embedded depths by experimental and numerical approaches // Soil dynamics and earthquake engineering. 2023. № 164. рр. 107-583.
El Hoseny M., Ma J., Josephine M. Effect of embedded basement stories on seismic response of low-rise building frames considering SSI via small shaking table tests // Sustainability. 2022. № 14(3). Р. 1275.
Eldar G., Singh B. Analysis of irregular multistoried buildings with and without floating columns under seismic loading // Materials today: proceedings. 2022. Vol. 56. pp. 2698-2702.
Far H. Advanced computation methods for soil-structure interaction analysis of structures resting on soft soils // International journal of geotechnical engineering. 2019. № 13(4). рр. 352-359.
Firoj M., Maheshwari B.K. Dynamic impedances of CPRF using coupled BEM-FEM approach: A parametric study and application // Engineering analysis with boundary elements. 2023. № 156. рр. 8-19.
Gao X., Duan P., Duan S. Simulated seismic response analysis of subway tunnels under complex geological conditions of obliquely incident seismic SV waves // Arabian journal of geosciences. 2021. № 14(11).
Jeong S.Y., Kang T.H.K., Yoon J.K., Klemencic R. Seismic performance evaluation of a tall building: practical modeling of surrounding basement structures // Journal of building engineering. 2020. № 31. рр.101-420.
Kim S., Roesset J.M. Effect of nonlinear soil behavior on inelastic seismic response of a structure // International journal of geomechanics. 2004. № 4(2). рр.104-114.
Tasleem M., Firoj M., Bahuguna A. Effect of open-ground storey on RC frame buildings incorporating soil-structure interaction // Asian journal of civil engineering. 2022. № 23(4). рр. 471-485.
Zhang X., Far H. Seismic behaviour of high-rise frame-core tube structures considering dynamic soil-structure interaction // Bulletin of earthquake engineering. 2022. № 20. рр. 5073-5105.
