Приложение Б. Общие положения динамического расчета строительных конструкций

Приложение Б

Общие положения динамического расчета строительных конструкций

Б.1 Динамические нагрузки

Б.1.1 Динамический расчет строительных конструкций, для которых динамические нагрузки являются основными, может влиять на выбор конструктивной схемы и размеры поперечных сечений, если указанные в 4.1.13 специальные мероприятия по уменьшению колебаний оказываются не достаточно эффективными, экономически нецелесообразными или технически невыполнимыми.

Б.1.2 Динамические нагрузки, развиваемые большинством машин непрерывного действия, изменяются по гармоническому закону и только в отдельных случаях являются некоторыми периодическими (негармоническими) функциями времени. Эти функции разлагают в тригонометрические ряды, в которых для целей динамического расчета используются первые, а иногда и высшие гармоники. Динамические нагрузки вычисляют как геометрические суммы сил и моментов сил инерции, движущихся частей, ускорение которых определяется кинематикой механизма машины.

Б.1.3 Если машина имеет номинально уравновешенные, а фактически неуравновешенные движущиеся части, то динамическая нагрузка зависит от значения эксцентриситетов вращающихся частей или от разности весов возвратно-поступательно движущихся частей, номинально уравновешивающих друг друга.

Б.1.4 Возмущающая сила R от ротационных машин, амплитуда которой определяется по формуле (4.5), постоянна по величине и вращается с угловой скоростью в плоскости, перпендикулярной оси вращения и проходящей через центр тяжести вращающихся частей. Она может быть разложена по любым двум неподвижным взаимно перпендикулярным осям, расположенным в этой плоскости и имеющим начало координат на оси вращения, на составляющие и .

Б.1.5 Импульсная нагрузка действует на конструкцию в течение относительно малого промежутка времени (рисунок Б.1), достигая при этом достаточно больших значений, ее импульс (измеряемый на рисунке Б.1 в выбранном масштабе заштрихованной площадью) не является малой величиной. Продолжительность импульса считается достаточно малой, если , где - основной период собственных колебаний конструкции, на которую действует импульсная нагрузка.

Б.1.6 Кратковременный импульс определяют тремя характеристиками (рисунок Б.1):

- величиной импульса, вычисляемой по формуле

, (Б.1)

- формой импульса, вычисляемой по формуле

, (Б.2)

- и продолжительностью действия .

Мгновенный импульс определяют одной характеристикой - величиной импульса.

Примечания

1 Размерность импульса определяют произведением размерности усилия на время. Различают: сосредоточенный импульс силы, кНс; импульс сил, распределенных по длине, кНс/м, или площади, ; сосредоточенный импульс момента, .

2 Если известны наибольшее значение силы и продолжительность ее действия, но неизвестна форма импульса, следует принимать в запас прочности и жесткости прямоугольную форму импульса.

3 Если для кратковременного импульса известна только его величина S, а продолжительность его действия не поддается даже грубой оценке, допускается в запас прочности и жесткости принимать ее равной 0,001 с для обычных эксплуатационных нагрузок.

В.1.7 Перемещения и внутренние усилия в конструкции, вызванные действием кратковременного импульса, зависят от величины импульса S, продолжительности действия и формы f(t).

Перемещения и внутренние усилия в конструкции, вызванные действием мгновенного импульса, зависят только от величины импульса.

Примечание - Перемещения и внутренние усилия в конструкции при действии мгновенного импульса больше, чем при действии кратковременного импульса той же величины (при любой его форме).

Б.2 Расчет зданий на динамические воздействия

Б.2.1 Расчет по приближенным расчетным схемам позволяет выявить основные составляющие (частоты, формы), определяющие характер и уровни колебаний и определить конструктивные решения. В этом случае конструкции здания или сооружения следует расчленять на отдельные элементы (балки, плиты, рамы и т.д.), а динамические нагрузки с одного элемента на другой следует передавать по законам статики или путем загружения динамическими реакциями. При этом влияние различных второстепенных факторов не учитывают, а вертикальные и горизонтальные колебания рассматривают раздельно.

В тех случаях, когда требуется уточнить напряженно-деформированное состояние отдельных фрагментов или элементов конструкций, необходимо воспользоваться программными комплексами и приближенными расчетными схемами.

При проведении расчета по уточненным расчетным схемам, в частности по расчетным комплексам, основанным на методах конечных элементов (МКЭ), должны быть максимально учтены особенности работы конструкций (влияние пространственности, жесткости узлов, заполнения перегородок и стен, податливости опор и основания и т.д.).

Б.2.2 В качестве приближенной расчетной схемы каркасного здания при поступательных горизонтальных колебаниях следует принимать эквивалентную плоскую раму, массы и жесткости элементов которой равны суммарным массам и суммарным жесткостям соответствующих элементов здания в направлениях колебаний (поперечном или продольном).

Поскольку массы вертикальных элементов здания (колонн, стен, перегородок) обычно значительно меньше масс горизонтальных элементов (перекрытий и покрытий), то допускается сосредоточивать массы в уровне перекрытий и покрытия, распределяя массы вертикальных элементов поровну между верхним и нижним перекрытиями. При этом вертикальные перемещения масс допускается не учитывать, так как они значительно меньше горизонтальных.

Б.2.3 В качестве поперечной жесткости ригеля данного яруса эквивалентной рамы следует принимать поперечную жесткость всего перекрытия данного этажа, а в качестве поперечной жесткости стойки данного яруса эквивалентной рамы - сумму поперечных жесткостей стоек данного ряда того же яруса. Если рассматриваются поступательные колебания здания в направлении оси x, то жесткость ригеля необходимо определять как жесткость поперечного сечения перекрытия вертикальной плоскостью, параллельной оси y, а жесткость стойки следует определять суммой жесткостей всех стоек в ряду, параллельном оси y.

Б.2.4 Вращательные колебания каркасного здания необходимо рассматривать только при отсутствии несущих стен. Допускается применять приближенные расчетные схемы, пренебрегая влиянием кручения стоек.

Б.2.5 Если обобщенная жесткость ригеля эквивалентной рамы (поперечная жесткость, деленная на длину ригеля между смежными узлами) более чем в 3 раза превышает обобщенную жесткость стойки (поперечная жесткость стойки, деленная на ее высоту между смежными узлами), то ригель допускается считать абсолютно жестким.

Частоты собственных колебаний площадок под машины допускается определять по приближенным расчетным схемам.

Б.2.6 На горизонтальные колебания зданий с несущими стенами или жестким ограждением существенное влияние может оказывать упругость основания. Поэтому при динамических расчетах зданий на нежестких основаниях следует учитывать возможность вертикальных и горизонтальных смещений и поворотов здания на основании. Податливость оснований следует определять согласно действующим нормативным документам по динамическому расчету оснований и фундаментов.

Б.2.7 Расчет конструкций на динамические воздействия, передающиеся через грунт и возбуждающие колебания фундаментов, следует проводить на основе решений уравнений колебаний при кинематических воздействиях.

Б.2.8 При расчете несущих конструкций на действие периодических и импульсных нагрузок точность расчета существенным образом зависит от точности исходных данных. Поскольку исходные данные (конструктивные схемы, нагрузки, жесткости элементов и стыков, массы) для строительных конструкций задаются со сравнительно небольшой точностью, возможная погрешность расчета вблизи резонанса может во много раз превышать обычные для инженерных расчетов пределы, особенно при малых значениях коэффициента неупругого сопротивления.

Б.2.9 Во всех случаях в соответствии с подразделами 7.5-7.8 следует предусматривать возможность возбуждения колебаний в резонансных режимах. Частоты вынужденных колебаний от внешних источников определяют исходя из характеристик оборудования или по результатам инструментального обследования колебаний. Частоты свободных колебаний могут быть установлены расчетом или по записям свободных колебаний, возбуждаемых при ударных воздействиях.

В тех случаях, когда полученные соотношения частот попадают в резонансную зону, следует предусматривать мероприятия по снижению уровней колебаний, в частности, приложения А.