Динамика сооружений (д.С.)

1. Основные понятия д.С. Общие положения

Д.С. – это раздел строительной механики, в котором изучаются методы расчета и исследуется поведение сооружений при динамических воздействиях. Основное отличие динамического воздействия от статического состоит в необходимости учета фактора времени. Динамические нагрузки вызывают в сооружении напряжения, деформации и перемещения, переменные во времени: =(t); f=f(t) и =(t).

При действии на сооружения динамических нагрузок возникают и играют существенную роль силы инерции масс этих нагрузок и самого сооружения.

Динамические задачи теории расчета сооружений являются более сложными, чем статические задачи и не только потому, что вводится дополнительная переменная (время) и необходимо учитывать силы инерции, но и в связи с динамическими характеристиками материалов и конструкций.

Следует различать понятия статической и «динамической» жесткости элементов строительных конструкций.

Динамическую жесткость определяют при достаточно быстрых циклических процессах деформирования конструкции. Она обычно выше статической из-за того, что при циклической нагрузке исключаются деформации ползучести, влияние микротрещин и др., а модуль упругости материала возрастает с повышением частоты цикла.

Но как показывают эксперименты, при умеренных динамических нагрузках средние значения динамической жесткости оказываются близкими к статической, которая определяется при упругой работе материала.

Динамические нагрузки

Все динамические нагрузки вызывают колебания конструкции, на которую они действуют.

Динамические нагрузки можно разделить на следующие основные виды:

1) периодическая нагрузка, создаваемая стационарными машинами и механизмами с движущимися частями (напр. электродвигателями, станками и др.). Нагрузки этого вида почти не зависят от свойств конструкций, на которые они действуют, но являются основным источником колебаний этих конструкций. Периодическая нагрузка является наиболее важным видом динамической нагрузки, как в теоретическом, так и практическом отношении. Она характеризуется непрерывно повторяющимися циклами нагружения, происходящими за равные промежутки времени. В том случае, когда закон изменения нагрузка описывается тригонометрическими функциями синуса или косинуса, нагрузки называется гармонической или вибрационной.

P=P₀sint

P=P₀cost

2) импульсивная, создаваемая падающими грузами и падающими частями силовых установок (молотов, копров, ударная волна от взрыва и др.). Эти нагрузки характеризуются небольшой продолжительностью действия и зависят от упругих и инерционных свойств конструкций, воспринимающих удар.

3) подвижная, положение которой в пролетах сооружений изменяется во времени, например нагрузка от подвижного состава, автомобилей, кранов и др.).

4) случайные, например ветровая, сейсмическая, проявляющиеся в виде одного или ряда, иногда периодических, толчков. Их так же можно отнести к импульсивным нагрузкам.

5) кратковременные и длительные нагрузки. Если время действии () нагрузки меньше ¼ периода колебания , то нагрузка называется кратковременной, если же больше - длительной.

Динамический расчет производится как с целью проверки сооружения на прочность, так и с целью определения величин динамических перемещений, скоростей и ускорений, которые при воздействии на людей и на некоторые виды оборудования (например измерительные приборы) не должны превышать допустимых пределов.