Динаміка споруд
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Динаміка споруд

Динаміка споруд, теорія коливань споруд, наука про коливання і методи розрахунку споруд, динамічних навантажень, що піддаються дії, і способах зменшення коливань; розділ будівельної механіки . Динамічні навантаження на споруду характеризуються настільки швидкою зміною в часі їх величини, напрями або місця додатка, що викликають коливання споруди, які необхідно враховувати при його розрахунку. Такі навантаження, що виникають при роботі машин з неврівноваженими рухомими масами, при ударах масивних тіл, при землетрусах і вибухах і т.д. Коливальний характер мають не лише переміщення точок споруди, але і внутрішні зусилля і напруга в його елементах. Визначення очікуваних амплітуд переміщень, внутрішніх зусиль і напруги в споруді при його коливаннях під дією динамічного навантаження (тобто при вимушених коливаннях) і порівняння їх з допустимими значеннями складають основний вміст динамічного розрахунку споруди. Допустимі значення амплітуд внутрішніх зусиль обумовлені вимогами міцності і довговічності будівельних конструкцій, а значення амплітуд швидкостей і прискорень коливань будівель і споруд, в яких знаходяться люди або розміщено виробництво з точною технологією, — вимогами нешкідливого впливу коливань на здоров'ї людей і на якість продукції, що випускається.

  Д. с. тісно пов'язана з статикою споруджень, що є основним розділом будівельної механіки. Питання про міцність і довговічність споруди вирішується на основі статичних (на статичні навантаження) і динамічних розрахунків. Д. с. використовує добре розроблені методи статики споруд, проте істотно їх узагальнює за допомогою Д''Аламбера принципу, вводячи в рівняння нове змінне — час. По методах дослідження розрізняють Д. с. експериментальну і теоретичну.

  Експериментальна Д. с. за допомогою дослідів в натурі і на моделях вивчає динамічні навантаження на споруди (від стаціонарних і рухливих машин і механізмів, сейсмічні, вітрові, пульсації тиску рідин і газів у водоводах, казанах і т.п.) і динамічні характеристики матеріалів і конструкцій (динамічні модулі пружності, внутрішнє тертя і зовнішні опори, межі витривалості матеріалів і з'єднань конструкцій — заклепувальних, зварних і ін., межі міцності і текучості при великих швидкостях деформації, що викликаються потужними ударами), перевіряє надійність розрахункових схем споруд і ефективність способів зменшення коливань.

  Теоретична Д. с., спираючись на результати досліджень експериментальної Д. с., розробляє аналітичні і чисельні методи визначення амплітуд вимушених коливань (основна проблема Д. с.), а також частот і форм вільних (або власних) коливань споруд. Методи вирішення основної проблеми залежать від вигляду динамічного навантаження і розрахункової схеми споруди. По своєму вигляду динамічні навантаження розділяються на детерміновані, такі, що змінюються в часі по певному закону, і випадкові, такі, що змінюються в часі незакономірно і що характеризуються статистичними величинами. Залежно від вигляду розрахункової схеми споруди (балка, ферма, рама, арка, плита, зведення, оболонка) застосовують відповідний метод для визначення амплітуди коливань як функції координат точок споруди. Методи визначення частот і форм коливань залежать лише від розрахункової схеми споруди. Знання частот і форми відповідних коливань споруди дозволяє ще до його розрахунку на динамічне навантаження передбачити якісну картину вимушених коливань, максимально скоротити цей розрахунок і виявити невигідні значення частот періодичних навантажень і тривалості короткочасних навантажень.

  Д. с. як наука зародилася в 20-х рр. 20 в.; її виникнення було обумовлене практичними потребами будівництва, значним збільшенням динамічних навантажень на споруди (підвищенням потужностей і швидкостей руху машин, швидкостей рухливих навантажень і т.д.). Проте розвиток Д. с. в ці роки істотно відставало від її теоретичної бази — теорії коливань і будівельної механіки і від фактичної інформації, що доставляється динамічними випробуваннями споруд і будівельних матеріалів і вивченням експлуатаційних і динамічних навантажень.

  Традиційний метод обліку впливу динамічного навантаження (введення в статичний розрахунок спорудження динамічного коефіцієнта навантаження), що застосовувався в цей період, був недосконалим; він ігнорував динамічні характеристики споруд і навантажень. У 30-х рр. Д. с. стала швидко розвиватися, спираючись на експериментальні дані і досить строгу теорію (Д. Д. Баркан, Н. І. Безухов, С. А. Бернштейн, Ст Ст Болотин, До. С. Заврієв, Ю. А. Нілендер, А. Ф. Смирнов, І. М. Рабіновіч і ін.). Успіхи обчислювальної техніки в післявоєнний час дали новий поштовх розвитку Д. с., дозволивши за допомогою ЕОМ(електронна обчислювальна машина) практично вирішувати складніші завдання (Центральний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій — ЦНІЇСЬК, Московський інститут інженерів же.-д.(железнодорожний) транспорту — МІЇТ і ін.).

  В 50—60-х рр. в СРСР вперше в світовій практиці були опубліковані інструкції по динамічному розрахунку споруд (розроблені ЦНІЇСЬК і НДІ(науково-дослідний інститут) підстав і підземних споруд), що відображали високий рівень розвитку Д. с. в СРСР. У ці ж роки отримали розвиток нові важливі напрями в Д. с.: динамічний розрахунок конструкцій з нелінійними пружними або диссипативними характеристиками (Я. Р. Пановко, Р. С. Пісаренко, Е. С. Сорокин і ін.), з врахуванням пластичних деформацій (А. Р. Ржаніцин і ін.), конструкцій, що лежачих або стоять на пружній інерційній підставі (Н. М. Бородачев, Б. Г. Коренев і ін.), а також споруд на випадкові навантаження із застосуванням методів статистичної динаміки або теорії випадкових процесів (М. Ф. Барштейн, Ст Ст Болотин, І. І. Гольденблат, Н. А. Николаєнко і ін.).

  Дослідження по питаннях Д. с. публікуються в журналі «Будівельна механіка і розрахунок споруд» (М., з 1959), в збірці «Дослідження по теорії споруд», в працях лабораторії динаміки ЦНІЇСЬК, кафедри теоретичної механіки МІЇТ і ін.

  Літ.: Сорокин Е. С., Динамічний розрахунок конструкцій будівель, що несуть, М., 1956; Смирнов А. Ф., Стійкість і коливання споруд, М., 1958; Болотин Ст Ст, Статистичні методи в будівельній механіці, 2 видавництва, М., 1965; Новацкий Ст, Динаміка споруд, пер.(переведення) з польськ.(польський), М., 1963.

  Е. С. Сорокин.