Динамика. 
Динамика и устойчивость сооружений

ВВЕДЕНИЕ

Д. 1. Предмет и задачи динамики сооружений

Петербург, 1905 г. По улицам столицы среди плотной толпы любопытных горожан бодро шествовали колонны кавалерийского полка со знаменами и полковой музыкой. Первые конники приблизились к реке Фонтанка и вступили на Египетский мост. В момент, когда они достигли противоположного конца и мост заполнился торжественно движущейся кавалерией, перед взорами смятенных очевидцев разыгралось захватывающее дух зрелище. Неожиданно мост «ожил», задвигался в такт со стуком конских копыт и с глухим шумом рухнул в воду вместе с находившейся на нем конницей^[1]. Мост обрушился вследствие так называемого резонанса (см. параграф 1.4). Катастрофы подобного рода и другие аналогичные аварии привлекли более тщательное внимание к расчету конструкций, подверженных динамическим воздействиям.

Воздействия на конструкции могут быть как силовыми, так и кинематическими, т. е. вызванными движением основания. И те и другие могут создаваться как силами природы, так и в результате деятельности человека. Силовым фактором в природе в первую очередь является давление ветра, особенно опасное для высотных зданий и «гибких» сооружений. Другим бедствием для человечества до сих пор являются землетрясения, ежегодно уносящие сотни, а порой и тысячи жизней.

Колебания, создаваемые вследствие деятельности человека, весьма разнообразны. Основную часть из них создают неуравновешенные вращающиеся части машин, станков и других механизмов. Большая роль принадлежит транспорту: трамваям, автомашинам, поездам метро и железной дороги, проходящим по территории населенных пунктов. Заметные колебания возникают при забивке свай вдоль набережных и при строительстве новых зданий.

От указанных воздействий в конструкциях возникают перемещения переменного знака, что, в свою очередь, ведет к переменному напряженному состоянию. Ниже рассматриваются в основном только линейные задачи, т. е. рассчитываемые конструкции принимаются идеально упругими и линейно деформируемыми системами, а материал конструкций следует закону Гука (вопросы физической нелинейности освещаются в данной книге лишь на уровне понятия). К линейно деформируемым конструкциям применим принцип независимости действия сил. Вследствие этого расчет ведется отдельно от статических и динамических воздействий, а затем переменное напряженное состояние, вызываемое колебаниями, суммируется с напряженным состоянием от статических нагрузок, которые присутствуют всегда, например от собственного веса конструкции.

Задача динамики сооружений, как и при статическом расчете, состоит в определении напряженного и деформированного состояния конструкции и в оценке ее надежности от совместного действия как статических, так и динамических воздействий. При этом следует помнить об особенностях динамического напряженного состояния, т. е. о его переменности. В случае металлических конструкций, материал которых работает одинаково при растяжении и сжатии, нужно следить лишь за тем, чтобы суммарные напряжения не превышали расчетных. В конструкциях из железобетона, в изгибаемых элементах которых арматура расположена несимметрично относительно нейтральной оси сечения, при колебании растяжение попадает в зону сжатия, а прочность бетона, как известно, в этих случаях значительно меньше. Поэтому если конструкция проектируется под динамическую нагрузку, необходимо этот факт предусмотреть путем постановки соответствующей рабочей арматуры в сжатой зоне.

В целом же задачи динамики являются более сложными, требующими от инженера-строителя больших знаний в области проектирования и расчета конструкций, чем при расчете на статическую нагрузку.

• [1] Оксанович Л. В. Невидимый конфликт. М.: Стройиздат, 1981.