Рассматривается этажерка из пластинчатых и стержневых элементов (рис. 1а), модель основания – пружина конечной жесткости, к которой приложены акселерограммы. Вязкие свойства грунта учитываются демпфированием по Релею.

Воздействие на сооружение задается трехкомпонентной синтезированной акселерограммой уровня проектного землетрясения (ПЗ) интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64. Максимальные ускорения в горизонтальных направлениях составляют 0,12 g, в вертикальном – 0,08 g. Длительность воздействия равняется 22,5 с (в рассматриваемом примере длительность воздействия ограничена 10 с), шаг оцифровки – 0,01 с (рис. 2а).

Рассматривается волновая контактная задача об распространении волны в полупространстве. Расчетная область состоит из сооружения и полупространства и моделируется объемными изопараметрическими 8-точечными конечными элементами типа трапецоид (рис. 3).

Вязкопластические свойства грунта учитываются моделью упруго-вязкопластического грунта типа Рыкова – Григоряна.

Основные размеры и физико-механические характеристики расчетной области приведены выше, грунтовый массив под всей областью толщиной 5 м.

Граничные условия – ограничение перемещений только нижней грани расчетной области, боковые грани свободны и не закреплены (усиление условий консервативности).

В качестве начальных условий заданы исходные волновые сейсмические воздействия в грунтовом массиве 1, 2 (выделены на расчетной схеме объемы грунта, рис. 4) в виде трехкомпонентных ускорений.

На свободной поверхности фундаментной плиты, грунтового основания и наземного строения задаются точки, в которых необходимо получить графики акселерограмм для сравнения их значений на грунте и фундаментной плите, а также для построения поэтажных спектров ответа на конструкциях верхнего строения (стены, колонны, ригели, перекрытия, покрытия).

По схеме точечного приложения акселерограмм в ПК_SCAD ускорения на покрытии достигают максимума 0,5 м/c2, а в ПК STAR_T – 0,2 м/с2.

В данной работе проведен прямой динамический расчет для двух различных моделей объекта с использованием ПК SCAD и STAR_T на заданное сейсмовоздействие интенсивностью 7 баллов.

При расчете по упрощенной схеме в ПК SCAD отсутствует возможность получения акселерограмм на грунте и фундаментной плите, т. к. они задаются как исходное воздействие, также при расчетах по упрощенной схеме необходимо проведение многовариантных расчетов с различными коэффициентами демпфирования, т. к. небольшой разброс коэффициентов по Рэлею дает отличающиеся на порядок значения акселерограмм.

Расчет по схеме «сооружение – основание» показал, что при приходе сейсмовоздействия как волнового процесса и моделирования контактной задачи параметры колебаний свободной поверхности и фундаментной плиты отличаются почти на порядок (0,7 м/с2 на грунте и 0,08 м/с2 на фундаментной плите), причем на покрытии они отличаются всего в 2 раза.

При расчете по модели сооружения совместно с грунтовым основанием эти проблемы отсутствуют в связи с возможностью задания любой математической модели деформирования материалов конструкций и грунтового основания как по деформационной теории, так и по теории пластического течения.

Проведенный анализ показал, что для проведения расчетов на сейсмические воздействия наиболее эффективными из методов прямого интегрирования являются неявные методы (в частности примененный в расчетах метод Ньюмарка), обладающие безусловной устойчивостью и не требующие жестких ограничений на шаг по времени и сеточное разбиение расчетной области.