ДИНА́МИКА СООРУЖЕ́НИЙ

ДИНА́МИКА СООРУЖЕ́НИЙ, раз­дел строи­тель­ной ме­ха­ни­ки, в ко­то­ром рас­смат­ри­ва­ют­ся ме­то­ды рас­чё­та па­ра­мет­ров дис­крет­ных и рас­пре­де­лён­ных сис­тем с уп­ру­ги­ми, дис­си­па­тив­ны­ми и инер­ци­он­ны­ми свой­ст­ва­ми и оп­ре­де­ле­ния ко­ле­ба­ний (виб­ра­ций) этих сис­тем, вы­зы­вае­мых дей­ст­ви­ем ди­на­мич. на­гру­зок; в Д. с. так­же раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся эф­фек­тив­ные ме­то­ды борь­бы с вред­ны­ми виб­ра­ция­ми стро­ит. кон­ст­рук­ций. К ди­нами­че­ским от­но­сят­ся воз­дей­ст­вия, ха­рак­те­ри­зую­щие­ся дос­та­точ­но бы­ст­рым из­ме­не­ни­ем во вре­ме­ни их ве­ли­чи­ны, на­прав­ле­ния или мес­та при­ло­же­ния (сра­зу всех па­ра­мет­ров или не­ко­то­рых из них), в ре­зуль­та­те че­го в эле­мен­тах кон­ст­рук­ций мо­гут воз­ни­кать зна­чит. си­лы инер­ции, ко­то­рые не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать в ди­на­мич. рас­чё­те. При­ме­ры ди­на­мич. воз­дей­ст­вий на стро­ит. кон­ст­рук­ции: удар­ные и виб­ра­ци­он­ные на­груз­ки, вы­зван­ные ра­бо­той ма­шин и ме­ха­низ­мов, раз­ме­щае­мых на фун­да­мен­тах и пе­ре­кры­ти­ях зда­ний; удар­ные на­груз­ки от рель­со­во­го транс­пор­та, воз­ни­каю­щие при про­хо­ж­де­нии ко­лё­са­ми ва­го­нов сты­ков и не­ров­но­стей рель­со­во­го пу­ти (трам­вай, мет­ро, же­лез­ная до­ро­га); взрыв­ные, сейс­мич., вет­ро­вые и вол­но­вые воз­дей­ст­вия на со­ору­же­ния и т. п. Ко­ле­батель­ный ха­рак­тер име­ют не толь­ко пере­ме­ще­ния то­чек со­ору­же­ния, но и воз­ни­каю­щие при этом внутр. уси­лия и на­пря­же­ния в его эле­мен­тах. Осн. со­дер­жа­ние ди­на­мич. рас­чё­та со­ору­же­ния со­став­ля­ют оп­ре­де­ле­ние па­ра­мет­ров его на­пря­жён­но-де­фор­ми­ро­ван­но­го со­стоя­ния (ожи­дае­мых ам­пли­туд пе­ре­ме­ще­ний, внутр. уси­лий и на­пря­же­ний) при ко­ле­ба­ни­ях под дей­ст­ви­ем ди­на­мич. на­груз­ки и срав­не­ние их с до­пус­ти­мы­ми зна­че­ния­ми. До­пус­ти­мые зна­че­ния ам­пли­туд внутр. уси­лий обу­слов­ле­ны тре­бо­ва­ния­ми проч­но­сти и дол­го­веч­но­сти стро­ит. кон­ст­рук­ций, а зна­че­ния ам­пли­туд ско­ро­стей и ус­ко­ре­ний ко­ле­ба­ний зда­ний и со­ору­же­ний, в ко­то­рых на­хо­дят­ся лю­ди или ус­та­нов­ле­но чув­ст­ви­тель­ное к виб­ра­ци­ям тех­но­ло­гич. обо­ру­до­ва­ние, – тре­бо­ва­ния­ми ис­клю­че­ния вред­но­го влия­ния ко­ле­ба­ний зда­ния на здо­ро­вье лю­дей (ус­та­нав­ли­ва­ют­ся са­ни­тар­ны­ми нор­ма­ми) и на нор­маль­ную ра­бо­ту виб­ро­чув­ст­ви­тель­но­го обо­ру­до­ва­ния (со­глас­но его пас­порт­ным дан­ным).

Д. с. в осн. раз­ви­ва­ет­ся по двум гл. на­прав­ле­ни­ям. Пер­вое из них пред­став­ля­ет со­бой ана­ли­ти­че­скую ди­на­ми­ку, свя­зан­ную с наи­бо­лее ста­рым раз­де­лом стро­ит. ме­ха­ни­ки – ста­ти­кой со­ору­же­ний. Ана­ли­тич. ди­на­ми­ка ис­поль­зу­ет в рас­чё­тах (обоб­щая на ос­но­ве Д’Аламбера прин­ци­па) раз­ра­бо­тан­ные в ста­ти­ке клас­сич. ме­то­ды стро­ит. ме­ха­ни­ки (ме­то­ды сил, пе­ре­ме­ще­ний, на­чаль­ных па­ра­мет­ров и др.). Вто­рое на­прав­ле­ние – при­клад­ная Д. с., ко­то­рая на ре­аль­ных объ­ек­тах и ими­та­ци­он­ных мо­де­лях изу­ча­ет ди­на­мич. на­груз­ки (при­род­но­го и тех­но­ген­но­го про­ис­хо­ж­де­ния) на со­ору­же­ния, оп­ре­де­ля­ет ди­на­мич. ха­рак­те­ри­сти­ки ма­те­риа­лов и кон­ст­рук­ций (ди­на­мич. мо­ду­ли уп­ру­го­сти, внутр. тре­ние, 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 раз­ра­ба­ты­вае­мых ме­то­дов борь­бы с виб­рац. по­вре­ж­де­ния­ми в пром-сти и строи­тель­ст­ве, спо­соб­ст­ву­ет про­из-ву средств виб­ро­за­щи­ты, шу­мо­глу­ше­ния и т. п.

Ме­то­ды ди­на­мич. рас­чё­та со­ору­же­ния за­ви­сят от ви­да ди­на­мич. на­груз­ки и рас­чёт­ной схе­мы со­ору­же­ния. Ди­на­мич. на­груз­ки раз­де­ля­ют­ся на де­тер­ми­ни­ро­ван­ные (из­ме­няю­щие­ся во вре­ме­ни по оп­ре­де­лён­но­му за­ко­ну) и слу­чай­ные (из­ме­няю­щие­ся во вре­ме­ни не­за­ко­но­мер­но и ха­рак­те­ри­зуе­мые ста­ти­стич. ве­ли­чи­на­ми). В за­ви­си­мо­сти от ви­да рас­чёт­ной схе­мы со­ору­же­ния (бал­ка, фер­ма, ра­ма, ар­ка, пли­та, обо­лоч­ка) при­ме­ня­ют со­от­вет­ст­вую­щий ме­тод для оп­ре­де­ле­ния ам­пли­ту­ды ко­ле­ба­ний как функ­ции ко­ор­ди­нат то­чек со­ору­же­ния. В ди­на­мич. рас­чё­тах со­ору­же­ния клас­си­фи­ци­ру­ют­ся по чис­лу сте­пе­ней сво­бо­ды, т. е. по ко­ли­че­ст­ву не­за­ви­си­мых чи­сло­вых па­ра­мет­ров, од­но­знач­но оп­ре­де­ляю­щих по­ло­же­ние всех то­чек сис­те­мы в про­стран­ст­ве в лю­бой фик­си­ро­ван­ный мо­мент вре­ме­ни. Ес­ли чис­ло сте­пе­ней свободы со­ору­же­ния ко­неч­но, то для его ди­на­мич. рас­чё­та обыч­но ис­поль­зу­ют ме­тод раз­ло­же­ния ре­ше­ния по собств. функ­ци­ям (фор­мам ко­ле­ба­ний). Оп­ре­де­ле­ние спек­тра собств. час­тот и со­от­вет­ст­вую­щих им форм собств. ко­ле­ба­ний яв­ля­ет­ся важ­ным эта­пом ди­на­мич. рас­чё­та со­ору­же­ния, по­зво­ляю­щим ещё на ран­ней ста­дии про­ек­ти­ро­ва­ния пре­д­у­га­дать ка­че­ст­вен­ную кар­ти­ну вы­ну­ж­ден­ных ко­ле­ба­ний, мак­си­маль­но со­кра­тить рас­чёт и про­ана­ли­зи­ро­вать не­об­хо­ди­мость вы­пол­не­ния воз­мож­ной кор­рек­ти­ров­ки про­ект­ных ре­ше­ний.

Ис­то­ри­че­ский очерк. Д. с. как нау­ка за­ро­ди­лась в 1920–30-х гг.; её воз­ник­но­ве­ние бы­ло обу­слов­ле­но прак­тич. нуж­да­ми строи­тель­ст­ва, столк­нув­ше­го­ся со зна­чит. уве­ли­че­ни­ем ста­тич. и ди­на­мич. на­гру­зок на со­ору­же­ния вслед­ст­вие бы­ст­ро­го раз­ви­тия тех­но­ло­гий и воз­ве­де­ния боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва но­вых пром. пред­при­ятий. Боль­шой вклад в ста­нов­ле­ние Д. с. был сде­лан рос. учё­ны­ми А. Н. Кры­ло­вым, В. В. Бо­ло­ти­ным, а так­же С. П. Ти­мо­шен­ко (США), В. Но­вац­ким (Поль­ша), Р. В. Кла­фом (США), Дж. Ден-Гар­то­гом (США), Э. Рау­шем (Гер­ма­ния). Тем не ме­нее в эти го­ды Д. с. ещё су­ще­ст­вен­но от­ста­ва­ла от её осн. тео­ре­тич. ба­зы – тео­рии ко­ле­ба­ний и стро­ит. ме­ха­ни­ки. При­ме­няв­ший­ся в этот пе­ри­од тра­диц. ме­тод учё­та влия­ния ди­на­ми­ки вве­де­ни­ем в ста­тич. рас­чёт со­ору­же­ния ди­на­мич. ко­эф­фи­ци­ен­та на­груз­ки был дос­та­точ­но ус­лов­ным и не учи­ты­вал ди­на­мич. ха­рак­те­ри­сти­ки со­ору­же­ний. В 1930-х гг. раз­ви­тию Д. с. в СССР спо­соб­ст­во­ва­ли тру­ды Д. Д. Бар­ка­на, К. С. Зав­рие­ва, А. Ф. Смир­но­ва, В. А. Ильи­чё­ва, О. А. Са­ви­но­ва и др. Но­вый тол­чок раз­ви­тию Д. с. да­ли ус­пе­хи вы­чис­лит. тех­ни­ки по­сле Вел. Отеч. вой­ны, по­зво­лив­шие с по­мо­щью ЭВМ чис­лен­но ре­шать мно­гие слож­ные за­дачи, вы­дви­гае­мые стро­ит. прак­ти­кой. В 1960–70-х гг. в СССР бы­ла из­да­на впер­вые в ми­ро­вой прак­ти­ке се­рия спра­воч­ни­ков и ру­ко­водств по Д. с., раз­ра­бо­тан­ных в Ин-те стро­ит. кон­ст­рук­ций (ЦНИИСК) и НИИ ос­нова­ний и под­зем­ных со­ору­же­ний (НИИОПС). В эти же го­ды по­лу­чи­ли раз­ви­тие но­вые важ­ные на­прав­ле­ния в Д. с.: ди­на­мич. рас­чёт кон­ст­рук­ций с не­клас­си­чес­ки­ми дис­си­па­тив­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми (Я. Г. Па­нов­ко, Г. С. Пи­са­рен­ко, Е. С. Со­ро­кин, А. И. Цейт­лин и др.); рас­чёт ди­на­мич. га­си­те­лей ко­ле­ба­ний (Б. Г. Ко­ре­нев, Л. М. Рез­ни­ков и др.); рас­чёт кон­ст­рук­ций, опи­раю­щих­ся на уп­ру­гое инер­ци­он­ное ос­но­ва­ние (Н. М. Бо­ро­да­чёв); рас­чёт со­ору­же­ний на слу­чай­ные на­груз­ки с при­ме­не­ни­ем ме­то­дов ста­ти­стич. ди­нами­ки или тео­рии слу­чай­ных про­цес­сов (В. В. Бо­ло­тин, И. И. Голь­денб­лат, Н. А. Ни­ко­ла­ен­ко, Ю. П. На­за­ров, М. Ф. Бар­штейн, Н. А. По­пов и др.), в т. ч. раз­ра­бот­ка ста­ти­стич. ме­то­дов рас­чё­та со­ору­же­ний на груп­по­вые ди­на­мич. на­груз­ки (А. И. Цейт­лин, Н. И. Гу­се­ва).