Кратковременные нагрузки большой интенсивности

Кратковременные нагрузки большой (аварийной) интенсивности воз­никают в основном вследствие ударных и взрывных воздействий - падение грузов на конструкции, ударная волна взрыва и т.д. Время действия нагруз­ки изменяется от долей секунд до нескольких минут. Характер изменения подобных динамических нагрузок зависит от взаимодействия конструкции с ударяющимся телом или ударной волной и для большинства практиче­ских случаев может быть представлен в виде графиков (рис. ниже).

Определяющей особенностью расчета на динамические нагрузки боль­шой интенсивности является то, что в конструкциях допускается образование больших пластических деформаций - прогибы, сдвиги, раскрытие трещин, локальные разрушения бетона и т.д., после образования которых конструкция уже не может быть пригодна к дальнейшей эксплуатации. Таким образом, конструкция должна выдержать однократное динамическое воздействие, не обрушившись.

При этом конструкция работает в неупругой области деформирования, как физической, так и геометрической. Это объясняется развитием неупругих деформаций в материалах конструкций и развитием больших перемещений.

Кроме того, при высокоскоростном деформировании наблюдается по­вышение прочностных свойств бетона и стали, происходит так называемое динамическое упрочнение.

Обобщенные законы изменения расчетной динамической нагрузки по времени

а - при мгновенном нарастании без убывания; 6 - при мгновенном нарастании с линейным убыванием; в - при постепенном нарастании и убывании; г - при мгновенном нарастании и с переменной интенсивностью убывания

Расчет конструкций зданий на динамические нагрузки производится методами динамики сооружений. Можно выделить три основных подхода к определению напряженно-деформированного состояния конструкций при действии нагрузок, изменяющихся во времени. Первый - это аналитиче­ский, основанный на решении дифференциальных уравнений равновесия, в которых учитываются динамические эффекты - силы инерции, колебатель­ные процессы, динамические изменения прочностных свойств материалов конструкций и т.д. Метод расчета опирается на достаточно идеализирован­ные расчетные схемы конструкций, поскольку расчет по реальным схемам приводит к непреодолимым математическим трудностям.

Наиболее точным методом считается численный подход к расчету зда­ний на динамические нагрузки. Современные программные комплексы, реализующие численные методы, например метод конечных элементов, позволяют анализировать напряженно-деформированное состояние зданий целиком по пространственным расчетным схемам с учетом взаимодействия с грунтом основания и реальных диаграмм деформирования строительных материалов.

Для практических расчетов наиболее часто используются упрощенные методы, которые основаны на замене динамических нагрузок их статиче­скими эквивалентами. Задача сводится к расчету на статическую нагрузку с повышающими или понижающими коэффициентами к величинам нагрузок и прочностных свойств материалов.