Виды динамических нагрузок и колебаний

IV. ДИНАМИКА СООРУЖЕНИЙ

Динамические нагрузки, в отличие от статических, являются функциями времени. Они могут изменять свою величину, направление или положение в относительно малые промежутки времени, вызывая сотрясение сооружений, создавая толчки и удары. Динамические нагрузки сообщают массам сооружения значительные ускорения, вызывая тем самым появление сил инерции перемещающихся масс и колебание системы относительно положения её статического равновесия.

Природа динамических нагрузок разнообразна. В основном, они подразделяются на следующие виды:

· Периодическая нагрузка характерна тем, что действует на сооружение, многократно повторяясь через определенные промежутки времени (периоды). Из периодических нагрузок наиболее характерной для инженерных строительных сооружений является гармоническая (вибрационная) нагрузка, меняющаяся по закону синуса или косинуса. Такие нагрузки могут создаваться электромоторами, станками, турбинами и другим оборудованием за счет инерционных сил, возникающих при вращательном и вращательно-поступательном движении неуравновешенных частей машин и механизмов.

Для сооружений вибрационные нагрузки представляют особую опасность, так как вызываемые ими усилия и перемещения зависят не только от величины (амплитуды) нагрузки, но и от частоты её воздействия.

· Ударная нагрузка возникает при соударении масс и характеризуется резким изменением скорости соударяемых тел в короткий промежуток времени. Она можем быть периодической или хаотичной (удары копра, молота, любых механизмов ударного действия, падающего тела, льдин об опоры моста и др.).

· Сейсмическая нагрузка – это беспорядочные движения почвы, толчки, удары и сдвиги при землетрясениях, вызывающие принудительные подвижки фундаментов сооружений и приводящие к сложным колебаниям всего сооружения.

· Подвижная нагрузка, меняющая своё положение на сооружении (поезда, автомобили, мостовые краны и др.), относится, как правило, к сложным динамическим воздействиям, вызывающим колебания сооружения.

· Кратковременная нагрузка (импульсы) характеризуется быстрым, почти мгновенным развитием и исчезновением. Она является следствием всевозможных взрывов и может быть однократной или многократной, периодической или непериодической.

Далее будут рассмотрены простейшие случаи расчетов стержневых систем при действии динамической нагрузки, изменяющейся по гармоническому закону, как наиболее часто встречающейся в инженерной строительной практике.

Колебания систем, вызываемые динамическими нагрузками, подразделяются на свободные и вынужденные.

Если упругую систему какой-либо нагрузкой вывести из состояния равновесия и затем удалить её, то массы системы получат ускорения и система будет совершать колебания относительно положения равновесия своих элементов. Такие колебания принято называть свободными. Частным случаем свободных колебаний являются собственные колебания, когда свободные колебания совершаются по типу стоячей волны с одной определённой частотой и формой деформации системы.

Колебания могут классифицироваться по виду основных деформаций, вызываемых в системе, а именно: поперечные колебания, продольные крутильные, изгибно-крутильные и др.

Колебания могут быть линейными и нелинейными. При линейных колебаниях усилия и перемещения системы находятся в линейной зависимости от величины возмущающих нагрузок. Это условие выполняется, если материал системы находится в упругой стадии работы.

Ниже будут рассматриваться поперечные колебания, как наиболее характерные для строительных конструкций. Будем также полагать, что исследуемые системы находятся в упругой стадии работы материала и совершают линейные колебания.

Дата добавления: 2015-08-31