Відкрити головне меню

Динаміка споруд

розділ будівельної механіки, у якому розглядаються методи розрахунку споруд та їхніх елементів, що зазнають коливань при зовнішніх динамічних діяннях

Дина́міка спору́д або тео́рія колива́нь спору́д (англ. Structural dynamics ) — розділ будівельної механіки, у якому розглядаються методи розрахунку споруд та їхніх елементів, що зазнають коливань при зовнішніх динамічних діяннях[1]. У динаміці споруд також розробляються ефективні методи боротьби з шкідливими вібраціями будівельних конструкцій. Динаміка споруд тісно пов'язана зі статикою споруд і загальною теорією коливань.

Динамічні впливиРедагувати

До динамічних належать впливи, які характеризуються досить швидкою зміною у часі їх величини, напряму або місця прикладання (відразу усіх параметрів чи окремих з них), в результаті чого в елементах конструкцій можуть виникати значні сили інерції, які необхідно враховувати у динамічному розрахунку. Приклади динамічних впливів на будівельні конструкції: ударні та вібраційні навантаження, викликані роботою машин і механізмів, що розміщуються на фундаментах і перекриттях будівель; ударні навантаження від рейкового транспорту, що виникають при проходженні колесами вагонів стиків і нерівностей колії (трамвай, метро, залізниця); вибухові, сейсмічні, вітрові та хвильові впливи на споруди тощо. Коливальний характер мають не лише переміщення точок споруди, а й внутрішні зусилля, що виникають при цьому і механічні напруження в її елементах.

Основний зміст динамічного розрахунку споруди полягає у визначенні параметрів її напружено-деформованого стану (очікуваних амплітуд переміщень, внутрішніх зусиль та напружень) при коливаннях під дією динамічного навантаження та порівняння їх з допустимими значеннями. Допустимі значення амплітуд внутрішніх зусиль обумовлені вимогами міцності та довговічності будівельних конструкцій, а значення амплітуд швидкостей і прискорень коливань будівель і споруд, в яких знаходяться люди або встановлене чутливе до вібрацій технологічне обладнання, — вимогами виключення шкідливого впливу коливань будівлі на здоров'я людей (встановлюються санітарними нормами) і на нормальну роботу віброчутливого обладнання (згідно з його паспортними даними).

Методи розрахункуРедагувати

У динаміці споруд розрізняють експериментальні й теоретичні методи розрахунку.

Експериментальними методами, використовуючи досліди на натурних об'єктах й на моделях, досліджують динамічні навантаження природного і техногенного походження (сейсмічні та вітрові коливання, ударну дію рухомих тіл, вибухи, вібрацію тощо), визначають динамічні характеристики матеріалів і конструкцій (динамічний модуль пружності, границю витривалості, границі міцності й мінливості при значних швидкостях деформування, внутрішнього тертя тощо), перевіряють адекватність розрахункових схем споруд.

Теоретичними методами, враховуючи експериментальні дослідження, визначають амплітуди вимушених коливань (переміщень, внутрішніх зусиль і напружень), що виникають у споруді від динамічного навантаження, а також частоту і форму власних (вільних) коливань споруди. Розрахункові значення коливань порівнюють із допустимими, зумовленими вимогами міцності й стійкості споруд, а також необхідністю запобігти шкідливому впливові коливань (від вібрації) на здоров'я людини й певні виробничі процеси. Розроблений на основі методів динаміки споруд динамічний розрахунок дає змогу забезпечувати з мінімальною витратою матеріалів надійність і довговічність споруд.

Методи динамічного розрахунку споруди залежать від виду динамічного навантаження і розрахункової схеми споруди. Динамічні навантаження поділяються на детерміновані (змінюються в часі за певним законом) і випадкові (змінюються в часі незакономірно та характеризуються статистичними величинами). Залежно від виду розрахункової схеми споруди (балка, ферма, рама, арка, плита, оболонка) застосовують відповідний метод для визначення амплітуди коливань як функції координат точок споруди.

У динамічних розрахунках споруди класифікуються за кількістю ступенів вільності, тобто за кількістю незалежних числових параметрів, що однозначно визначають положення усіх точок системи у просторі в будь-який фіксований момент часу. Якщо число ступенів вільності споруди є скінченним, то для його динамічного розрахунку зазвичай використовують метод розкладання рішення за власними функціями (формами коливань). Визначення спектра власних частот і відповідних їм форм власних коливань є важливим етапом динамічного розрахунку споруди, що дозволяє ще на ранній стадії проектування передбачити якісну картину вимушених коливань, максимально скоротити розрахунок і проаналізувати необхідність виконання можливого коректування проектних рішень.

ПриміткиРедагувати

ДжерелаРедагувати

  • Дарков А. В., Шапошников Н. Н. Строительная механика: Учеб. для строит. специальностей вузов. — 8-е изд. перераб. и доп. — М. : Высшая школа, 1986. — 607 с.
  • Клаф Р., Пензиен Дж. Строительная механика. Общий курс. — М. : Стройиздат, 1986. — 520 с.
  • Киселёв В. А. Строительная механика. Общий курс. — М. : Стройиздат, 1986. — 520 с.
  • Киселёв В. А. Строительная механика: Специальный курс. Динамика и устойчивость сооружений. Учебник для вузов. — 3-е изд., испр, и доп. — М. : Стройиздат, 1980. — 616 с.