СОПРОТИВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ДИНАМАЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ.

Динамические нагрузки

Элементы железобетонных конструкций в зависимости от их назначения могут испытывать действие помимо статических также и динамических нагрузок. Динамиче­ские нагрузки весьма разнообразны. Они создаются раз­личными неподвижно установленными па перекрытиях зданий машинами с вращающимися частями (электромо­торы, вентиляторы, токарные станки и т. п.), механизма­ми с возвратно-поступательным движением масс (ткац­кие станки, типографские машины н т. п.), машинами ударного и импульсного действия и др.

Подвижные динамические нагрузки сообщаются эле­ментам конструкций различными мостовыми и подвесны­ми кранами в виде ударных воздействий (колес о рельсо­вые стыки), колебательных воздействий (от неуравнове­шенности ходовых частей) и т. п.

Ветровые нагрузки (порывы, пульсация) вызывают колебания многоэтажных зданий и высоких сооруже­ний — дымовых труб, башен, мачт и др.

Сейсмические нагрузки возникают при землетрясении в виде толчков и ударов, сообщаемых элементам конст­рукции колебаниями почвы.

Ударные и импульсные кратковременные нагрузки, развивающиеся и исчезающие с большой скоростью, вы­зываются действием взрывов.

Динамические нагрузки характеризуются: видом (си­ла, момент), законом изменения во времени (вибрацион­ные, периодические, ударные), положением (неподвиж­ные, подвижные) и направлением (вертикальные, гори­зонтальные).

В зависимости от продолжительности вызываемых ко­лебаний нагрузки делятся па многократно повторные (систематические) и эпизодические. К систематическим относятся нагрузки, создаваемые регулярной работой ма­шин и установок в рабочем режиме, а также многократ­ные удары и импульсы, при действии которых необходи­мо учитывать усталостное снижение прочности бетона и арматуры. К эпизодическим нагрузкам относятся одиночные удары и импульсы, кратковременные перегрузки.

Динамическая жесткость железобетонных элементов

Практика обследований в натуре колеблющихся же­лезобетонных конструкций показывает, что перемещения от статических нагрузок обычно во много раз больше амплитуды перемещений, вызываемых динамическими нагрузками, и потому изменение знака напряжений при колебаниях представляет редкое исключение.

Динамический модуль упругости бетона при измене­нии напряжений от нуля до максимума за небольшие периоды времени в процессе колебаний железобетонных элементов практически можно считать постоянным, рав­ным начальному модулю упругости бетона.

Жесткость элементов железобетонных конструкций, воспринимающих динамические нагрузки эксплуатацион­ного характера, определяется как и при статических на­грузках. При многократно повторном действии вибрационной нагрузки в результате накопле­ния остаточных перемещений ( под влиянием виброползу­чести бетона сжатой зоны) элемент начинает совершать колебания вокруг линии установившихся прогибов, т. е. совершать колебания как упругая система.

При оценке частот колебаний и амплитуд перемеще­ний необходимо исходить из среднего возможного значе­ния жесткости , наиболее вероятного в действительных условиях производства. Следует считаться с тем, что ди­намические перемещения элементов зависят от жесткости нелинейно: с изменением жесткости элемента в меньшую сторону динамические перемещения в зависимости от новой частоты свободных колебаний могут либо умень­шаться, либо увеличиваться.

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ.

При расчете элементов железобетонных конструкций на динамические нагрузки необходимо учитывать осо­бенность пульсирующих или вибрационных нагрузок, за­ключающуюся в том, что при совпадении частот свобод­ных и вынужденных колебаний возникает резонанс, сопровождающийся увеличением размаха колебаний. Необходимо считаться с тремя существенно важными факторами: 1) разрушительным действием вибрации на конструкцию, усталостным снижением прочности бетона и арматуры; 2) вредным влиянием вибрации на орга­низм людей, работающих в здании (человек чувствите­лен к вибрации и реагирует на нее снижением работоспо­собности, а иногда и болезненными явлениями — вибра­ционная болезнь); 3) нарушением нормальной работы технологического оборудования — машин, станков, точ­ных измерительных приборов.

Задача динамического расчета состоит в том, чтобы, во-первых, определить амплитуды динамических усилий и с учетом усилий от статических нагрузок проверить несущую способность элементов конструкций; во-вторых, определить амплитуды вынужденных колебаний и уста­новить, являются ли они допустимыми по воздействию на людей и технологический процесс производства, т. е. проверить пригодность к нормальной эксплуатации эле­ментов конструкции.

Для расчета частот и форм свободных колебаний, амплитуд динамических усилий можно воспользоваться различными справочниками, пособиями, а также «Инст­рукцией по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки» Совместные статические и динамические нагрузки вы­зывают в конструкциях соответствующие усилия и пере­мещения. Несущая способность элементов должна быть подтверждена расчетом на прочность и выносливость по первой группе предельных состояний, а пригодность к нормальной эксплуатации — расчетом на трещиностойкость и перемещения по второй группе предельных со­стояний.

Для железобетонных элементов, подвергающихся дей­ствию многократно повторяющейся нагрузки, рекоменду­ется принимать класс бетона по прочности на сжатие не ниже В15. Для предварительно напряженных элементов минимальные значения класса бетона (в зависимости от класса арматуры) увеличиваются на одну ступень (5МПа). Применение мелкозернистого бетона без спе­циальных экспериментальных обоснований для них не допускается.