Нелинейные динамические методы расчета на особые воздействия
(аварийные и сейсмические)

  При действии на здания и сооружения интенсивных сейсмических и аварийных нагрузок, которые близки к разрушающим, характер работы конструкций становится существенно нелинейным. Данные воздействия являются динамическими. Наиболее эффективными и обоснованными в этом случае становятся нелинейные динамические методы расчета.

  До настоящего времени применение этих методов было практически неприемлемым из-за большой потребности в машинном времени. Нелинейные динамические методы расчета могли использоваться только для расчета отдельных элементов конструкций и малоэлементных систем.

  Предлагается методика, позволяющая выполнять расчеты реальных зданий и сооружений в практически приемлемое для проектирования время. Методика основана на явных методах прямого интегрирования уравнений движения, которые реализованы во многих «тяжелых» конечноэлементных программных комплексах (ANSYS с приложениями, NASTRAN, ABAQUS и др.).

  Предлагаемый подход позволяет следующее.
1. Учитывать нелинейности всех видов.
2. Получить решение во временной области (т.е. во времени).
3. Моделировать весь процесс разрушения здания или сооружения.
4. Учитывать взаимодействие сооружения с грунтами основания с использованием различных, в том числе и нелинейных моделей грунтов (Мора-Кулона, Друккера-Прагера и др.).
5. Выполнять расчеты на устойчивость к прогрессирующему обрушению в соответствии с действующими рекомендациями, но на качественно более высоком уровне с учетом динамического эффекта и определением коэффициента запаса несущей способности.
6. Производить анализ живучести сооружений и последствий в случае разрушения.
7. Выполнять расчеты на сейсмические воздействия в полном соответствии с п.2.2б СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах». Расчеты по данному пункту всегда вызывали большие сложности, которые преодолевались путем принятия не совсем обоснованных допущений.
8. Учитывать некоторые явления, например, ползучесть бетона, разжижаемость грунтов при землетрясении.

  Данная методика применялась при проведении расчетов на аварийные и сейсмические воздействия в рамках проектирования следующих объектов.
- Олимпийский Ледовый дворец для фигурного катания в г. Сочи.
- Стадион «Зенит» на Крестовском острове в г. Санкт-Петербург.
- Некоторые высотные здания в г. Москва.

  Предлагаемый подход не подменяет существующие нормативные методы расчетов на эксплуатационные нагрузки объектов массового строительства, которые проверены многолетней практикой проектирования и эксплуатации. Она может служить важным дополнением при выполнении расчетов на особые воздействия (аварийные и сейсмические), что позволит избежать определенных ошибок при проектировании. Наиболее целесообразно использование данной методики при выборе конструктивной схемы, проектировании и научно-техническом сопровождении уникальных объектов.

  В некоторых случаях применение нелинейных динамических методов расчета является безальтернативным.
Например, в утвержденных в Минрегионразвития СТУ на проектирование всех олимпийских ледовых арен в г. Сочи указывается:
«…Расчеты по п.2.2б должны быть выполнены на основе прямого численного интегрирования во временной области с использованием расчетных акселерограмм…».

  На сегодняшний день указанное положение СТУ пока не выполнено.