Динамические нагрузки разделяются на две группы: силовые и кинематические. К силовым относятся нагрузки от оборудования, взрывные, ветровые и т. д. К кинематическим, передающимся через основание, — сейсмические нагрузки.
При силовом динамическом воздействии эффективная динамическая нагрузка вычисляется по соответствующим формулам в зависимости от вида воздействия или задается табуляграммой. Для гармонической нагрузки, имеющий вид в установившемся режиме
в режиме пуска эффективная нагрузка вычисляется по формуле
в режиме останова
где P0 — амплитуда силы в установившемся режиме; tп — продолжительность разгона; tн, tк — соответственно время начала режима останова и время полной остановки; tо = tк – tн — продолжительность режима останова.
Импульсная нагрузка представлена одиночным или периодическим импульсом
где t — продолжительность импульса; T — период импульса.
Наиболее достоверные данные при исследовании динамической реакции сооружения на сейсмические нагрузки можно получить при расчете его на реальные акселерограммы заданной интенсивности. Однако это порождает следующие проблемы: 1) частотные характеристики землетрясений лежат в широком диапазоне (0,2 ÷ 4 с), что предполагает расчет по нескольким акс е- лерограммам; 2) количество инструментальных записей акселерограмм землетрясений с интенсивностью 8 ÷ 9 баллов весьма ограничено, а по террит о- рии России не существует ни одной. Для преодоления этих проблем используются два подхода: 1) приведение записей слабых землетрясений к расчетным посредством умножения всей акселерограммы на соответствующий коэффициент [91] и 2) применение синтезированных акселерограмм с заданными свойствами [21, 62].
При втором подходе наиболее широкое распространение получили детерминистские модели землетрясения. Наиболее простая модель сейсмического процесса &y&о (t) сводится к его представлению в виде эквивалентного одночастотного гармонического колебания
предложенного Е. Мононобе. Учитывая более сложный характер спектра сейсмических колебаний и его нестационарность, И. Л. Корчинский предложил следующую модель [80]:
где b — коэффициент, характеризующий затухание сейсмического процесса. Я. М. Айзенберг предложил представить сейсмический процесс классом (множеством) нестационарных процессов. Элемент расчетного множества модели сейсмического колебания грунта задается формулой [4]
где w, wj — частота и доминантная (несущая) частота процесса; k — коэффициент интенсивности, зависящий от дисперсии процесса; j(t, wj) — случайная функция, определяемая нормированной корреляционной функцией и нормированной спектральной плотностью.
Рядом исследователей предложены синтезированные модели с использованием широкополосных фильтров [21]. В настоящее время появилось множество предложений по адекватному воспроизводству акселерограмм землетрясений [21, 35, 62, 84]. Наиболее перспективными являются представления в виде периодического или почти периодического процесса, основанные на преобразованиях Фурье [164]
где A0 — коэффициент балльности (1, 2, 4); Ai, bi, Cj — некоторые коэффициенты; wi — частоты, принимаемые в соответствии с динамическими характеристиками грунтов основания и здания.
Коэффициенты Ai, bi, Cj определяются из двух условий: 1) величина выражения в фигурных скобках должна быть близка к 1 и 2) спектр коэффициентов динамичности линейных осцилляторов b(t) должен максимально соответствовать СНиП. При этом первый член формулы (2.19) моделирует высокочастотный, второй — низкочастотный спектры.
В разработанной программе применяются два способа задания акселеро-граммы: в соответствии с выражением (2.17) и табуляграммой, посредством которой может быть задана любая акселерограмма.
Эффективная динамическая нагрузка Pi(t) в i-й точке при кинематическом воздействии для классической РДМ вычисляется по формуле
где mi — масса i-й точки; &y&о (t) определяется по ординате акселерограммы землетрясения либо по формулам (2.14)—(2.19).
В общем случае массы для определения эффективной нагрузки и массы системы могут отличаться, так как эффективная нагрузка, как правило, прикладывается в горизонтальном направлении по ярусам рассчитываемой конструкции, а массы могут быть как распределенными, так и сосредоточенными. Формула (2.20) получается из уравнения движения при кинематическом возбуждении основания [167]:
где индекс t обозначает полное смещение системы.
Практически все виды динамической нагрузки можно охарактеризовать следующим образом:
1) сейсмическая нагрузка, задаваемая акселерограммой землетрясения (могут использоваться как реальные, так и синтезированные);
2) сейсмическая нагрузка, задаваемая синтезированной акселерограммой по (2.16);
3) гармоническая нагрузка вида P(t) = P0 sin(w t) с изменением частоты в переходных режимах по линейному закону;
4) одиночный или периодический импульс синусоидальной формы;
5) силовая динамическая нагрузка общего вида, задаваемая табуляграм-мой. Для этого вида нет ограничений на количество и направление одновременно действующих динамических нагрузок.
Все эти виды динамических нагрузок включены в программу детерминированного анализа металлических каркасов [148].
