Что такое статическая и динамическая нагрузка

Анализ статики и динамики конструкций зданий

Динамические и статические нагрузки

В соответствии с разными характеристиками нагрузок, действующих на конструкции, мы можем разделить их на динамические и статические. Статической нагрузкой называется нагрузка, у которой величина и направление почти не изменяются во времени. Наоборот, динамической нагрузкой называется такая нагрузка, у которой величина и направление изменяются во времени.

Сейсмическое воздействие, суть которого заключается в перемещении конструкций от движения основания, является динамической нагрузкой.

Нагрузки от технологического оборудования, машин, механизмов, нагрузки от транспорта являются динамическими. В нормах «Нагрузки на конструкции сооружений» приведены соответствующие динамические коэффициенты, обеспечивающие безопасность конструкций за счет увеличения влияния ее статистики.

Ветровая нагрузка также принадлежит к динамическим нагрузкам, особенно для верхней части высотных и возвышающихся конструкций, при сильном ветре и податливой конструкции. Действие ветра и конструкций друг на друга является очень сложным динамическим процессом. В обычных случаях применяется коэффициент ветровой пульсации, увеличивающий ветровое статическое действие. В случае сложной конструкции, когда она очень восприимчива к динамическому влиянию ветрового давления, необходимо проводить анализ с выполнением эксперимента и численного решения.

Сейсмическое воздействие является одной из динамических нагрузок, при этом обычно используют упрощенную методику расчета. Сегодня применяется методика спектрального анализа, но для сложных высотных конструкций дополнительно необходимо проводить анализ динамики в единицу времени.

Способ анализа колебаний во времени

Уравнение движения для высотных зданий записывается в следующем виде:

Матрица демпфирования может быть определена следующим образом:

Таким образом, матрицу [С] можно представить в виде линейной комбинации матриц [М] и [К].

Коэффициенты 1/τ_м и т_к можно вычислить следующим образом:

В упругопластическом анализе матрица жесткости [К] изменяется в соответствии со степенью нагружения элемента конструкции, соответствующим образом изменяется матрица [С], зависящая от матрицы [К].

Пошаговое интегрирование является основным способом решения уравнения движения. Решение каждого шага выполняется при разбивке движения на определенные временные отрезки. Пошаговое интегрирование применительно к решению упругопластического уравнения движения и уравнения упругости достаточно трудоемкий процесс.

При проведении линейного анализа можно выбрать методику накладывания типа колебания. Объем расчета в этом случае сокращается.

В соответствии с «Требованиями к сейсмоустойчивым сооружениям» и «Техническими требованиями к конструкциям высотных сооружений» выполнение анализа движения во времени должно соответствовать нижеследующим требованиям:

Максимальная вводимая величина А_max сейсмической акселерации

Балльность антисейсмической установки

При проектировании сейсмостойких высотных сложных сооружений часто требуется провести дополнительный анализ колебаний во времени. Необходимо выбрать правильную волну сейсмической акселерации для ввода в общую расчетную схему сооружения, которая должна приниматься не более чем 65% расчетного спектра реакции отклика, а осредненный расчет многих волн не менее чем 80% расчетного спектра реакции. В некоторых проектах для удовлетворения вышеуказанных требований увеличивают максимальную величину акселерации в 1,5-2 раза. Данная мера увеличит балльность антисейсмической установки на 1 балл, что неприемлемо, и в этом случае необходимо заново выбирать сейсмическую волну.Примечание. При 7, 8 баллах величины, которые даны в скобках, назначаются соответственно для тех зон, в которых основная проектная акселерация 0,15 g и 0,30 g.

Источник

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ, начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы.

Соотношение между расчетом и проектированием.

Главная задача здесь – подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чтобы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время работы конструкции. Здание или мост собирается из таких основных элементов конструкции, как балки и сжатые или растянутые стержни. Чтобы можно было рассчитать элементы, из которых будет состоять мост, инженер должен сначала определить нагрузки и оценить различные связанные с ними эффекты. Например, чтобы рассчитать стальную балку, нужно сначала определить нагрузки и реакции, действующие силы и моменты и точки их приложения. Если проектируется ферма (состоящая из сжатых и растянутых стержней), то нужно определить нагружение каждого стержня. На этом этапе проектирования, называемом предварительным прочностным расчетом, балка и ферма существуют лишь в виде линейных (одномерных) диаграмм.

На следующем этапе определяются пропорции и выбираются размеры. При этом, однако, проектировщик не анализирует распределение напряжений и деформаций внутри элементов конструкции. Максимально допустимые напряжения для каждого материала, например среднеуглеродистой стали, предписываются соответствующими нормативами. Руководствуясь ими, проектировщик рассчитывает элементы конструкции так, чтобы эти максимально допустимые напряжения не были превышены в наиболее нагруженных сечениях.

Основные факторы прочностного расчета.

Равновесие сил.

Важнейшую роль в прочностном расчете конструкции играет закон равновесия сил. Инженер-прочнист занимается в основном проектированием конструкций, выдерживающих действие различных эксплуатационных нагрузок. Хотя силы и моменты могут создаваться не только статическими нагрузками, сама конструкция должна оставаться устойчивой. Следовательно, для элемента конструкции, лежащего в определенной плоскости и нагруженного в этой плоскости, силы должны уравновешиваться. Это выражается представленными ниже уравнениями для системы несходящихся (не пересекающихся в одной точке) сил, лежащих в одной плоскости:

Эти уравнения означают, что должны быть уравновешены: 1) сумма горизонтальных составляющих сил, 2) сумма вертикальных составляющих сил и 3) сумма моментов сил относительно любой точки в данной плоскости. Если конструкция статически определима, то уравнений (1)–(3) достаточно для анализа эффектов, связанных с данной системой сил.

Если же число неизвестных сил или факторов больше трех, то такая система является статически неопределимой. Она может быть статически неопределимой относительно внешних нагрузок и реакций, как, например, неразрезная балка с двумя пролетами, или внутренне статически неопределимой, как, скажем, ферма с избыточными диагональными стержнями.

Статические и динамические нагрузки.

Нагрузки, действующие на элементы конструкции, делятся на статические (или постоянные) и динамические (или временные). Статические нагрузки действуют в данном положении постоянно. Их часто называют гравитационными, поскольку они направлены по вертикали. К статическим нагрузкам относится вес настила моста, здания, механического оборудования, закрепленного на определенном месте. Динамические же нагрузки могут возникать, исчезать и изменять место своего приложения. Динамические нагрузки создают люди в зданиях, грузовые автомобили на мосту, станки в цеху, гидротурбина в машинном зале ГЭС. Такие более или менее упорядоченные динамические нагрузки нетрудно определить, но есть и другие динамические нагрузки, которые невозможно достоверно оценить заранее, например, обусловленные ветром, ударами, температурными колебаниями и землетрясениями. В этих случаях используются специальные методы прочностного расчета и коэффициенты запаса. См. также СТАТИКА; СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.

Данилов В.К. Инженерная механика: основы расчета на прочность. Л., 1984
Писаренко Г.С. и др. Пластичность и прочность материалов при нестационарных нагружениях. Киев, 1984
Бабенков И.С. Основы статики и сопротивления материалов. М., 1988

Источник

Виды нагружения: статическое, динамическое, импульсное, циклическое

Виды и классификация нагрузок (Рис.). Сосредоточенные нагрузки передают свое действие через очень малые площади. Примерами таких нагрузок могут служить давление колес железнодорожного вагона на рельсы, давление тележки тали на монорельс и т. д.

Распределенные нагрузки действуют на сравнительно большой площади. Например, вес станка передается через станину на всю площадь соприкосновения с фундаментом.

По продолжительности действия принято различать постоянные и переменные нагрузки. Примером постоянной нагрузки может слу­жить давление подшипника скольжения — опоры валов и осей — и его соб­ственный вес на кронштейн.

Переменной нагрузке подвержены в основном детали механизмов пери­одического действия. Одним из таких механизмов служит зубчатая переда­ча, у которой зубья в зоне контакта смежных пар зубчатых колес испыты­вают переменную нагрузку.

По характеру действия нагрузки могут быть статическими и динамическими. Статические нагрузки почти не изменяются в тече­ние всего времени работы конструкции (например, давление ферм на опо­ры).

Динамические нагрузки действуют непродолжительное время. Их воз­никновение связано в большинстве случаев с наличием значительных уско­рений и сил инерции.

Динамические нагрузки испытывают детали машин ударного действия, таких, как прессы, молоты и т. д. Детали кривошипно-шатунных механиз­мов также испытывают во время работы значительные динамические на­грузки от изменения величины и направления скоростей, то есть наличия ускорений.

Нагрузки подразделяются на постоянные, длительные, кратковременные, особые и монтажные. К постоянным нагрузкам относятся вес частей зданий и сооружений, вес и давление грунта, усилие предварительного обжатия, а также усилия, вызываемые неточностью изготовления и возведения конструкций. К основным причинам возникновения дополнительных усилий вследствие неточного изготовления и возведения конструкции относятся: несоосность ригелей и колонн в узлах рам и стеновых панелей в вертикальных диафрагмах жесткости; различная толщина перекрытия в горизонтальных стыках стеновых элементов крупнопанельных зданий; несоблюдение очередности сварки стыкуемых арматурных стержней сборных конструкций.

К длительным временным нагрузкам относятся вес временных перегородок, стационарного оборудования и жидкостей, нагрузки в складских помещениях, температурные технологические воздействия, а также воздействия, вызываемые неравномерной осадкой фундаментов, усадкой и ползучестью бетона, часть полезной нагрузки жилых и общественных зданий, от 30 до 60% веса снега, от 50 до 70% нагрузки мостовых кранов и т. д.

Кратковременными нагрузками или временными нагрузками непродолжительного действия считаются вес людей и материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, подвижного подъемного-транспортного оборудования, давление ветра, остальная часть полезной нагрузки жилых и общественных зданий, от 40 до 70% веса снега, от 30 до 50% нагрузки мостовых кранов, транспортная нагрузка и т. д.
К специальной кратковременной нагрузке относится нагрузка, при наличии которой другие временные нагрузки либо уменьшаются, либо отсутствуют. В жилых и общественных зданиях специальная нагрузка имеет место при ремонте и реконструкции помещений. В промышленных зданиях специальная нагрузка связана с испытательными режимами технологического оборудования.

В зависимости от продолжительности вызываемых ими колебаний конструкции и периодичности действия динамические нагрузки делятся на эпизодические и систематаческие.

К эпизодическим динамическим нагрузкам относятся одиночные импульсы и удары, кратковременные перегрузки, имеющие место в аварийных режимах, пуске и остановке оборудования и т. п.

К систематическим динамическим нагрузкам принадлежат нагрузки, возникающие при регулярной работе машин в рабочем режиме, многократные подвижные, пульсирующие, вибрационные и другие цикловые нагрузки. Систематические нагрузки являются причиной усталостных явлений, развития неупругих деформаций, увеличения развития трещин и т. п. Обычно динамическое воздействие сводится к статаческому путем замены динамической нагрузки эквивалентной статической при помощи введения динамических коэффициентов по перемещениям или по нагрузкам.

За нормативную нагрузку принимается ее среднее значение или величина, несколько превышающая это значение. Нормативные постоянные нагрузки определяются с учетом средних значений плотности бетона и каменной кладки. За нормативные временные нагрузки принимают их наибольшие значения при нормальной эксплуатации зданий и сооружений. Нормативные ветровая и снеговая нагрузки определяются по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим среднему периоду их повторения. Нормативные нагрузки, передаваемые колесами кранов на элементы кранового пути, принимаются по стандартам на краны.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Статическая или динамическая нагрузка – какая лучше?

Люди бегают. Они считают, что бег единственный способ для достижения желаемого результата, как правило, снижения веса. Да, это так. Но, опять же, не совсем. Динамичная нагрузка далеко не единственный способ держать себя в отличной физической форме. Бег – это движение, динамика, тело постоянно меняет свое положение, бег требует выносливости и силы. Для бега нужно пространство. Можно ли, выполняя статические упражнения, прокачать и нагрузить мышцы? Ответ: да!

Статическая нагрузка против динамической

К статике мы относим такое положение тела, при котором нельзя шевелиться, тело должно замереть в определенном положении. Яркий пример, упражнение планка. Данное упражнение является самым эффективным для тренировки мышц пресса, также спортсмены его любят за то, что одновременно с брюшной мышцей работают руки и спина. Выполняется упражнение следующим образом: принимаете позу планки, при этом тело должно быть идеально ровным. Поясничный прогиб при выполнении упражнения обязательно убирается. Напрягаются мышцы пресса, спины, рук. В таком положении необходимо провести минимум минуту. Натренированные люди выполняют его гораздо дольше. Вот она статика в чистом виде!

Статические упражнения отличный конкурент динамическим

Хатха йога – яркий пример статики. Нет ни бега, нет динамичных движений. Лишь ровное дыхание через нос, плавность в движении и фиксация поз. Выносливость приобретается и с йогой тоже. При чем невероятно эффективно, кто не уверен предлагаю попробовать. А, соответственно, и со статической нагрузкой.

Динамическая нагрузка представляет собой движение. Статическая нагрузка характеризуется спокойствием статуи. Динамика меняется, статика неподвластна движению. Не существует разницы между ними в качестве проработки той или иной части тела или группы мышц. Лишь место играет роль. Статическая нагрузка идеальна в замкнутых пространствах, в квартирах, спортивных залах. Динамическая нагрузка требует пространства, свободу движения. Упражнения со статической нагрузкой можно выполнять дома, для них не требуется много места. Возвращаясь к Хатха йоге, хочется добавить, что индийские йоги выделяются своей выносливостью, поражающими до онемения способностями, непоколебимым здоровьем.

Вывод: статическая нагрузка ни чуть не уступает динамической. Некоторые статические упражнения даже наиболее эффективны. Используйте статическую нагрузку наряду с динамической и тогда тренировки будут эффективными, разнообразными, более экономичными по времени.

Источник

Виды нагрузок или в чем сила, сопромат?

В данном случае имеются в виду физические силы, а всякие там силы духа, мысли, третьего глаза и тому подобные не рассматриваются. Во всяком случае до тех пор, пока телепаты и экстрасенсы не начнут вместо подъемных механизмов работать на стойках народного хозяйства, силой мысли перемещая панели и плиты перекрытия, а не ложки и стаканы в различных телешоу.

Нагрузками, наиболее часто рассматриваемыми при расчете строительных конструкций, являются массы тел (причем далеко не всегда только физическая масса, а иногда еще и инерционная, но об этом чуть позже) и разница давлений. Но это далеко не все, что можно сказать о нагрузках.

В теоретической механике и сопромате принято различать нагрузки, действующие на рассчитываемые конструкции или элементы конструкций, по различным признакам. Одним из таких признаков является время действия нагрузки. По времени действия нагрузки делятся на постоянные и временные:

Постоянные нагрузки

Нагрузки, действующие на конструкцию в течение всего времени эксплуатации конструкции, будь то одна секунда или одно тысячелетие.

Временные нагрузки

Это все остальные нагрузки, действующие на конструкцию.

В свою очередь временные нагрузки принято разделять на длительные и кратковременные:

Длительные нагрузки

Кратковременные нагрузки

Для более точного определения нагрузки дополнительно разделяются на статические и динамические.

Статические нагрузки

Условно говоря, это силы, приложенные с минимальным ускорением или с ускорением, стремящимся к нулю.

Таким образом действие инерционной силы при столь малых ускорениях стремится к нулю и расчет ведется только на действие силы от физической массы. Или так: При воздействии статических нагрузок происходит относительно медленное нарастание деформаций, и потому инерционными массами отдельных элементов конструкции, перемещающихся в процессе деформации, можно пренебречь, так как ускорения таких перемещений являются незначительными. В результате этого равновесие между внешними и внутренними силами в любой момент действия статической нагрузки остается как бы неизменным.

К статическим относятся постоянные и длительные нагрузки, иногда кратковременные нагрузки.

Динамические нагрузки

Это нагрузки, изменяющиеся не только во времени, но и в пространстве.

Для динамических нагрузок характерна относительно большая скорость приложения, что требует при расчетах учитывать инерционную массу как объекта, создающего нагрузку, так и элемента, подвергающегося воздействию нагрузки. Другими словами, следует учитывать характер движения объекта создающего нагрузку, а также то, что инерционные массы элементов конструкции, подвергающиеся воздействию динамической нагрузки, перемещаются с ускорением и влияют на напряженно-деформированное состояние элементов. Чтобы учесть это влияние, в уравнения статического равновесия к внешним и внутренним силам добавляются силы инерции на основании принципа Даламбера. Добавление инерционных сил позволяет рассматривать любую движущуюся систему как находящуюся в состоянии статического равновесия в любой момент времени. Таким образом динамические нагрузки вызывают в материале исследуемого элемента конструкции динамические напряжения и поведение материала при этом оказывается отличным от поведения при статических напряжениях.

В свою очередь динамические нагрузки в зависимости от характера движения бывают также нескольких видов. Для строительных конструкций наиболее важными являются подвижные и ударные нагрузки:

Подвижные нагрузки

Это нагрузки возникающие в результате перемещения некоего объекта по поверхности исследуемой конструкции (вдоль рассматриваемой оси элемента).

Ударные нагрузки

Это нагрузки, возникающие в момент соприкосновения перемещающегося объекта с поверхностью исследуемой конструкции (вдоль или поперек рассматриваемой оси элемента).

Однако и это еще не все варианты классификации нагрузок. По площади приложения нагрузки делятся на сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенные нагрузки

Это силы, площадь приложения которых пренебрежимо мала по сравнению с площадью рассчитываемой конструкции.

Распределенные нагрузки

Это все остальные нагрузки, т.е. силы, распределяющиеся по длине и ширине элемента.

Разнообразие распределенных нагрузок поистине не поддается описанию. Распределенные нагрузки могут равномерно и неравномерно распределенными, равномерно и неравномерно изменяющимися по длине или ширине, при этом характер изменения нагрузки может описываться уравнением параболы, синусоиды, окружности, овала и любым другим уравнением.

А самое примечательное во всем этом то, что один и тот же человек в зависимости от ситуации может рассматриваться и как сосредоточенная нагрузка и как распределенная, и как статическая и как динамическая и только постоянной нагрузкой человек быть не может.

В целом все это выглядит не совсем понятно, однако ничего страшного в этом нет, как говорится, лучше один раз рассчитать конструкцию, чем 100 раз прочитать, как это делается. Примеров расчета на сайте хватает. А кроме того, понимание основ сопромата позволяет в большинстве случаев определять нагрузки так, чтобы максимально упростить расчет.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Источник