ANALIZA DRGAŃ – uwzględnienie interakcji konstrukcji z podłożem (SSI – Soil Structure Interaction)

Analiza drgań (analiza dynamiczna) jest badaniem odpowiedzi układu konstrukcyjnego (np. budynku) poddanego działaniu obciążenia zmiennego w czasie. Odpowiedź układu można uzyskać dokonując symulacji tych drgań przy pomocy programu inżynierskiego MES, przy czym niezbędna jest wiedza m.in. z zakresu interakcji konstrukcji z podłożem przy oddziaływaniach dynamicznych.

Drgania, inaczej obciążenia dynamiczne, stale towarzyszą wszelkiego rodzaju konstrukcjom budowlanym. Ich źródłem mogą być zarówno naturalne zjawiska zachodzące na powierzchni lub pod powierzchnią ziemi (wiatr lub trzęsienie ziemi), jak i zjawiska wywołane eksploatacją człowieka. Do wpływów parasejsmicznych należą:

  • eksploatacja górnicza,
  • praca maszyn i urządzeń w obiektach przemysłowych,
  • przejazd wszelkiego rodzaju pojazdów kołowych i szynowych
  • drgania wywołane pracami budowlanymi (np. wbijanie grodzic).

Fale dynamiczne będące wynikiem powyższych są przekazywane przez podłoże na fundament i dalej na konstrukcję i ludzi w niej przebywających. W trakcie przekazywania drgań z gruntu na budynek występuje zjawisko interakcji konstrukcji z podłożem (Soil Structure Interaction SSI). Przez ostatnie 30 lat znacząco wzrosło zainteresowanie naukowców i inżynierów efektem interakcji. Tematyka ta, w szczególności w przypadkach obciążeń dynamicznych, jest jednak wciąż żywa. Pojawia się coraz więcej rozważań teoretycznych, niestety brakuje wciąż badań praktycznych potwierdzających przyjęte tezy.

W zjawisku interakcji (SSI) znaczenie mają dwa aspekty:

  • budynek nie jest posadowiony na sztywnym podłożu, ale na odkształcalnym podłożu o określonej podatności,
  • drgania gruntu zarejestrowane w pobliżu budynku byłyby prawdopodobnie inne w przypadku braku budynku.

Pierwszy aspekt jest kluczowy zarówno w przypadku obciążeń dynamicznych, jak i statycznych. Grunt to nierozłączny i konieczny do uwzględnienia element przy pracy konstrukcji. To w jaki sposób konstrukcja odpowiada na przyłożone obciążenie jest bezpośrednio związane z podparciem jakie występuje. W niniejszym artykule zostanie przedstawiona rola tego aspektu przy szacowaniu podstawowych częstotliwości drgań własnych dla przykładowej wysokiej konstrukcji, jaką jest wieżowiec Shanghai Tower.

Drugi aspekt również podkreśla sprzężenie konstrukcji z podłożem, ale jednocześnie wskazuje na pewne zmiany w charakterystyce propagacji fali zachodzące na granicy grunt-fundament. Powstała fala dynamiczna będąca wynikiem trzęsienia ziemi, czy też wpływów parasejsmicznych propaguje się na swobodnej powierzchni podłoża aż do momentu jej całkowitego wygaśnięcia w wyniku tłumienia geometrycznego, czy też materiałowego gruntu. Sytuacja jednak się komplikuje w przypadku, gdy fala ta spotka na swojej drodze budynek, o zupełnie odmiennej charakterystyce materiałowej (gęstości objętościowej czy też wytrzymałości). Zjawisko, które towarzyszy temu spotkaniu jest bardzo złożone i trudne do zgeneralizowania. Aktualnie powstaje coraz więcej prac naukowych dotyczących tego zagadnienia, ale ze względu na dużą odmienność gruntu, charakterystyk samego źródła drgań oraz różnorodności budynków każda sytuacja staje się wyjątkowa w swoim rodzaju.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *