DOI: https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.010920.128.663

Моделювання рухомого навантаження на будівельні конструкції на прикладі однопрогонової шарнірно обпертої балки

D. S. Yaroshenko, A. E. Guslysta

Анотація


Постановка проблеми. Аналіз публікацій із визначення динамічних навантажень на будівлі і споруди показав, що, по-перше, досі немає чіткої узгодженої термінології в цій галузі знань, по-друге, в різних сферах науки і техніки застосовувались різні підходи до визначення динамічних навантажень, по-третє, серед існуючих підходів недостатня увага приділена визначенню та моделюванню динамічних навантажень з урахуванням нелінійних властивостей досліджуваних систем. Математизовані дослідження довгий час обмежувалися математичними моделями, що ґрунтувались на виміряних «якимось способом» величинах. Набиралася статистика по вимірюваннях в імовірнісній постановці. Вводилися не тільки формули для функцій в детермінованому вигляді, а й нові терміни «спектральна щільність», «кореляційна функція». Мета статті − провести порівняльні розрахунки взаємодії системи «конструкція − навантаження» на прикладі однопрогонової шарнірно обпертої балки і рухомого навантаження із врахуванням інерційності рухомої маси і демпфірувальних характеристик балки. Методика. Розрахунки проводились трьома методами: аналітичним, методом скінченних елементів у ПК SCAD і методом прямих у ПК Mathcad. Порівняльні розрахунки проведені за трьома схемами: 1) аналітичний розв’язок − без урахування інерційності рухомої маси і балки, демпфіруючих характеристик балки; модель будівельної конструкції континуальна; 2) розв’язок у ПК SCAD (метод скінченних елементів) без урахування інерційності рухомої маси, але з урахуванням демпфірувальних характеристик балки; модель будівельної конструкції дискретна (кількість скінченних елементів – 22);
3) розв’язок у ПК Mathcad («метод прямих») із врахуванням інерційності рухомої маси і демпфіруючих характеристик балки; модель будівельної конструкції дискретна (кількість степенів вільності – 21). Висновок. Аналітичний розв’язок зі всіма його спрощеннями майже повністю повторюється розв’язком в ПК SCAD (МСЕ) за відсутності внутрішнього тертя. Врахування внутрішнього тертя зменшує розрахункові прогини в середньому перерізі балки (для прийнятих параметрів задачі) на 1,9 %. Урахування сил інерції рухомого навантаження, навпаки, збільшує розрахункові прогини в середньому перерізі балки (для прийнятих параметрів задачі) на 1,2 %.



Ключові слова


динамічні навантаження і впливи; рухоме навантаження; моделювання; внутрішнє тертя; нелінійність

Повний текст:

PDF

Посилання


Tymoshenko S.P. Kolebaniya v inzhenernom dele [Vibration in engineering]. Moscow : Nauka Publ., 1967, 444 p. (in Russian).

Kudryavtsev N.N. Issledovaniye dinamiki neobressorennykh mass vagonov [Dynamic study of unsprung mass of wagons]. VNIIZHT [Joint Stock Company Railway Research Institute]. 1965, vol. 287, 255 p. (in Russian).

Kudryavtsev N.N. Opredeleniye vertical’nykh vozmushcheniy vyzyvayushchikh kolebaniya obressorennykh chastey vagona pri dvizzhenii po rel’sovomu puti [Determination of vertical disturbance causing vibration of the sprung parts of the wagon upon movement by rail tracks]. VNIIZHT [Joint Stock Company Railway Research Institute]. 1982, vol. 5, pp. 33−35. (in Russian).

Lazaryan V.A. Issledovaniya neustanovivshikhsya rezhimov poyezda [Study of unfixed train regimes]. Moscow : Transzheldorizdat Publ., 1949, 136 p. (in Russian).

Lazaryan V.A. Dinamika vagonov. Ustoychivost’ dvizheniya i kolebaniya [Railway Dynamics. Stability of motion and vibration]. Moscow : Transport Publ., 1964, 175 p. (in Russian).

Silaev A.A. Spectral’naya teoriya podressorivaniya transportnykh mashin [Spectral cushioning theory of transportation vehicles]. Moscow : Mashinostroyeniye Publ., 1972, 192 p. (in Russian).

Kulyabko V.V. Dinamika konstruktsiy, zdaniy I sooruzheniy. Chast’ 1: Statiko-dinamicheskiye modeli dlya analiza svobodnykh kolebaniy i vzaimodeystviya sooruzheniy s osnovaniyami i podvizhnymi nagruzkami [Dynamics of structures, buildings and constructions. Part 1: Statics-dynamics models for analysis of free vibrations and interaction between buildings and soil bases and movable loads]. Zaporozh’ye, 2005, 232 p. (in Russian).

Kulyabko V., Chaban V., Makarov A. and Yaroshenko D. Taking account of nonlinear properties of subsystems in problems of dynamic interaction of structures with loads, bases and flows. Nonlinear Dynamics–2016 : Proceedings of the 5th International Conferenc. National Technical University “ Kharkiv Polytechnic Institute” at al. Kharkiv, 2016, pp. 125−132.

Garg V. K. and Dukkipati R.V. Dynamics of railway vehicle systems. New-York : Academic Press, 1984,

76 p.

Dukkipati R.V. Dynamics of wheelset on roller rig. Vehicle System Dynamics. 1998, vol. 30, pp. 409−430.

Dukkipati R.V. Vehicle Dynamics. New Delhi : CRC Press, 2000, 85 p.

Dukkipati R.V. and Amyot J.R. Copmputer-Aided Simulation in Railway Dynamics. New-York : Marcel-Dekker, 1988, 74 p.

Redchenko V.P. Dynamichni vyprobuvannya mostiv. Chastyna 2: Vil’ni kolyvannya, modal’nyy kontrol’ [Dynamic tests of bridges. Part 2: Free vibrations, modal control]. Dnipro : Porogy Publ., 2017, 216 p. (in Ukrainian).

Yaroshenko D.S. and Guslysta A.E. Neliniyni dynamichni modeli budivel’, sporud i seredovyshch v matematychnomu paketi Mathcad [Nonlinear dynamic models of constructions, installations and environments in mathematical package Mathcad]. Stroitel’stvo. Materialovedenie. Mashinostroyeniye [Construction, Materials Science, Mechanical Engineering]. 2017, vol. 101, pp. 235–239. (in Ukrainian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. Москва : Наука, 1967. 444 с.


Кудрявцев Н. Н. Исследование динамики необрессоренных масс вагонов [Текст]. ВНИИЖТ. 1965.
Вып. 287. 255 с.


Кудрявцев Н. Н., Белоусов В. Н., Бурчак Г. П. Определение вертикальных возмущений, вызывающих колебания обрессоренных частей вагона при движении по рельсовому пути [Текст]. ВНИИЖТ. 1982. № 5.
С. 33−35.


Лазарян В. А. Исследования неустановившихся режимов движения поезда [Текст]. Москва :  Трансжелдориздат, 1949. 136 с.


Лазарян В. А. Динамика вагонов. Устойчивость движения и колебания. Москва : Транспорт, 1964.
175 с.


Силаев А. А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. Москва : Машиностроение, 1972. 192 с.


Кулябко В. В. Динамика конструкций, зданий и сооружений. Ч. 1: Статико-динамические модели для анализа свободных колебаний и взаимодействия сооружений с основаниями и подвижными нагрузками:  учеб. пособ. Запорожье, 2005. 232 с.


Kulyabko V., Chaban V., Makarov A., Yaroshenko D. Taking account of nonlinear properties of subsystems in problems of dynamic interaction of structures with loads, bases and flows. Nonlinear Dynamics – 2016: Proceedings of the 5th International Conference. National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute” at al. Kharkiv, 2016. Pр. 125−132.


Garg V. K., Dukkipati R. V. Dynamics of railway vehicle systems. New-York : Academic Press, 1984. 76 р.


Dukkipati R. V. Dynamics of wheelset on roller rig. Vehicle System Dynamics. 1998. Vol. 30. Pp. 409−430.


Dukkipati R. V. Vehicle Dynamics. New Delhi : CRC Press, 2000. 85 р.


Dukkipati R. V., Amyot J. R. Copmputer-Aided Simulation in Railway Dynamics. New-York : Marcel-Dekker, 1988. 74 р.


Редченко В. П. Динамічні випробування мостів. Ч. 2: Вільні коливання, модальний контроль :  монографія. Дніпро : Пороги, 2017. 216 с.


Ярошенко Д. С., Гуслиста Г. Е.  Нелінійні динамічні моделі будівель, споруд і середовищ в математичному пакеті Mathcad. Строительство. Материаловедение. Машиностроение. 2017. Вып. 101.
С. 235–239.