Динамика сооружений

Определение "Динамика сооружений" в Большой Советской Энциклопедии

Динамика сооружений, теория колебаний сооружений, наука о колебаниях и методах расчёта сооружений, подвергающихся действию динамических нагрузок, и способах уменьшения колебаний; раздел строительной механики. Динамические нагрузки на сооружение характеризуются настолько быстрым изменением во времени их величины, направления или места приложения, что вызывают колебания сооружения, которые необходимо учитывать при его расчёте. Таковы нагрузки, возникающие при работе машин с неуравновешенными движущимися массами, при ударах массивных тел, при землетрясениях и взрывах и т.д. Колебательный характер имеют не только перемещения точек сооружения, но и внутренние усилия и напряжения в его элементах. Определение ожидаемых амплитуд перемещений, внутренних усилий и напряжений в сооружении при его колебаниях под действием динамической нагрузки (т. е. при вынужденных колебаниях) и сравнение их с допустимыми значениями составляют основное содержание динамического расчёта сооружения. Допустимые значения амплитуд внутренних усилий обусловлены требованиями прочности и долговечности строительных конструкций, а значения амплитуд скоростей и ускорений колебаний зданий и сооружений, в которых находятся люди или размещено производство с точной технологией, - требованиями безвредного влияния колебаний на здоровье людей и на качество выпускаемой продукции.

Динамика сооружений тесно связана со статикой сооружений, являющейся основным разделом строительной механики. Вопрос о прочности и долговечности сооружения решается на основе статических (на статические нагрузки) и динамических расчётов. Динамика сооружений использует хорошо разработанные методы статики сооружений, однако существенно их обобщает с помощью Д"Аламбера принципа, вводя в уравнение новое переменное - время. По методам исследования различают Динамика сооружений экспериментальную и теоретическую.

Экспериментальная Динамика сооружений с помощью опытов в натуре и на моделях изучает динамические нагрузки на сооружения (от стационарных и подвижных машин и механизмов, сейсмические, ветровые, пульсации давления жидкостей и газов в водоводах, котлах и т.п.) и динамические характеристики материалов и конструкций (динамические модули упругости, внутреннее трение и внешние сопротивления, пределы выносливости материалов и соединений конструкций - заклёпочных, сварных и др., пределы прочности и текучести при больших скоростях деформирования, вызываемых мощными ударами), проверяет надёжность расчётных схем сооружений и эффективность способов уменьшения колебаний.

Теоретическая Динамика сооружений, опираясь на результаты исследований экспериментальной Динамика сооружений, разрабатывает аналитические и численные методы определения амплитуд вынужденных колебаний (основная проблема Динамика сооружений), а также частот и форм свободных (или собственных) колебаний сооружений. Методы решения основной проблемы зависят от вида динамической нагрузки и расчётной схемы сооружения. По своему виду динамические нагрузки разделяются на детерминированные, изменяющиеся во времени по определённому закону, и случайные, изменяющиеся во времени незакономерно и характеризуемые статистическими величинами. В зависимости от вида расчётной схемы сооружения (балка, ферма, рама, арка, плита, свод, оболочка) применяют соответствующий метод для определения амплитуды колебаний как функции координат точек сооружения. Методы определения частот и форм колебаний зависят только от расчётной схемы сооружения. Знание частот и формы соответствующих колебаний сооружения позволяет ещё до его расчёта на динамическую нагрузку предугадать качественную картину вынужденных колебаний, максимально сократить этот расчёт и выявить невыгодные значения частот периодических нагрузок и продолжительности кратковременных нагрузок.

Динамика сооружений как наука зародилась в 20-х гг. 20 в.; её возникновение было обусловлено практическими нуждами строительства, значительным увеличением динамических нагрузок на сооружения (повышением мощностей и скоростей движения машин, скоростей подвижных нагрузок и т.д.). Однако развитие Динамика сооружений в эти годы существенно отставало от её теоретической базы - теории колебаний и строительной механики и от фактической информации, доставляемой динамическими испытаниями сооружений и строительных материалов и изучением эксплуатационных и динамических нагрузок.

Применявшийся в этот период традиционный метод учёта влияния динамической нагрузки (введение в статический расчёт сооружения динамического коэффициента нагрузки) был несовершенным; он игнорировал динамические характеристики сооружений и нагрузок. В 30-х гг. Динамика сооружений стала быстро развиваться, опираясь на экспериментальные данные и достаточно строгую теорию (Д. Д. Баркан, Н. И. Безухов, С. А. Бернштейн, В. В. Болотин, К. С. Завриев, Ю. А. Нилендер, А. Ф. Смирнов, И. М. Рабинович и др.). Успехи вычислительной техники в послевоенное время дали новый толчок развитию Динамика сооружений, позволив с помощью ЭВМ практически решать более сложные задачи (Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций - ЦНИИСК, Московский институт инженеров ж.-д. транспорта - МИИТ и др.).

В 50-60-х гг. в СССР впервые в мировой практике были опубликованы инструкции по динамическому расчёту сооружений (разработанные ЦНИИСК и НИИ оснований и подземных сооружений), отражавшие высокий уровень развития Динамика сооружений в СССР. В эти же годы получили развитие новые важные направления в Динамика сооружений: динамический расчёт конструкций с нелинейными упругими или диссипативными характеристиками (Я. Г. Пановко, Г. С. Писаренко, Е. С. Сорокин и др.), с учётом пластических деформаций (А. Р. Ржаницин и др.), конструкций, лежащих или стоящих на упругом инерционном основании (Н. М. Бородачёв, Б. Г. Коренев и др.), а также сооружений на случайные нагрузки с применением методов статистической динамики или теории случайных процессов (М. Ф. Барштейн, В. В. Болотин, И. И. Гольденблат, Н. А. Николаенко и др.).

Исследования по вопросам Динамика сооружений публикуются в журнале «Строительная механика и расчёт сооружений» (М., с 1959), в сборнике «Исследования по теории сооружений», в трудах лаборатории динамики ЦНИИСК, кафедры теоретической механики МИИТ и др.

Лит.: Сорокин Е. С., Динамический расчет несущих конструкций зданий, М., 1956; Смирнов А. Ф., Устойчивость и колебания сооружений, М., 1958; Болотин В. В., Статистические методы в строительной механике, 2 изд., М., 1965; Новацкий В., Динамика сооружений, пер. с польск., М., 1963.
  Е. С. Сорокин.