Чтение онлайн

А. А. Космодемьянский.

Дина'мика ру'словых пото'ков, наука, в которой изучается движение воды и наносов в русловых потоках: реках, ручьях, каналах. Главная задача Д. р. п. — изучение движения воды в деформируемом русле в условиях непрерывного взаимодействия потока и русла: русло управляет потоком, формируя распределение скоростей в различных его частях (скоростное поле), а поток создаёт себе русло, отвечающее его скоростному полю. В связи с этим Д. р. п. исследует кинематическую структуру потока (распределение скоростей и давлений, их пульсации, турбулентность и механизмы турбулентного перемешивания, сопротивление движению потока и т.д.), механизм взвешивания и переноса наносов, деформации дна потока, положение потока (реки) в плане и др. Основой Д. р. п. является гидродинамика вязкой жидкости, теория турбулентного течения жидкости, подобия теория и физический эксперимент.

Движение русловых потоков в криволинейном русле сопровождается поперечной циркуляцией, благодаря чему наносы перемещаются как вдоль, так и поперёк потока, создавая сложные формы рельефа дна. Теоретическое исследование руслового потока из-за сложности и нестационарности его течения представляет значительные трудности. В связи с этим в Д. р. п. большое значение приобрёл физический эксперимент, в особенности моделирование русловых процессов, основанное на теории подобия. Наряду с этим русловые исследования проводятся и непосредственно в натурных условиях (на реках и каналах).

Как самостоятельная наука Д. р. п. сформировалась в начале 20 в. на базе исследований равнинных рек в целях судоходства (начатых русским инженером В. М. Лохтиным и Н. С. Лелявским) и в связи с развернувшимся гидротехническим строительством. Большой вклад в создание и развитие Д. р. п. внесли советские учёные М. А. Великанов, заложивший теоретические основы науки, а также В. М. Маккавеев, В. Н. Гончаров, Н. И. Маккавеев и др.

Изучение закономерностей руслового потока позволило не только прогнозировать русловые деформации, но и направлять их. Так, с помощью специальных гидротехнических сооружений направляют русла рек, создавая условия, способствующие увеличению глубины русла, наиболее благоприятной для нормального судоходства. Прогноз русловых деформаций приобрёл особое значение в связи со строительством гидротехнических сооружений. Наиболее важны практические задачи Д. р. п.: осаждение наносов в каналах и отстойниках, заиление водохранилищ; размывы дна за гидротехническими сооружениями (понижение уровня воды в нижних бьефах гидроузлов), размывы русла реки при стеснении его сооружениями (перемычками, постройкой мостовых переходов, водозаборов и др.); разработка методов выправления рек в целях судоходства; борьба с вредным действием селевых потоков и др.

Лит.: Великанов М. А., Динамика русловых потоков, 3 изд., т. 1—2, М. — Л., 1954—55; Леви И. И., Динамика русловых потоков, 2 изд., М. — Л., 1957; Гончаров В. Н., Основы динамики русловых потоков, Л., 1954; Гришанин К. В., Динамика русловых потоков, Л., 1969; Маккавеев Н. И., Экспериментальная геоморфология, М., 1961.

И. Б. Найдёнова.

Дина'мика сооруже'ний, теория колебаний сооружений, наука о колебаниях и методах расчёта сооружений, подвергающихся действию динамических нагрузок, и способах уменьшения колебаний; раздел строительной механики. Динамические нагрузки на сооружение характеризуются настолько быстрым изменением во времени их величины, направления или места приложения, что вызывают колебания сооружения, которые необходимо учитывать при его расчёте. Таковы нагрузки, возникающие при работе машин с неуравновешенными движущимися массами, при ударах массивных тел, при землетрясениях и взрывах и т.д. Колебательный характер имеют не только перемещения точек сооружения, но и внутренние усилия и напряжения в его элементах. Определение ожидаемых амплитуд перемещений, внутренних усилий и напряжений в сооружении при его колебаниях под действием динамической нагрузки (т. е. при вынужденных колебаниях) и сравнение их с допустимыми значениями составляют основное содержание динамического расчёта сооружения. Допустимые значения амплитуд внутренних усилий обусловлены требованиями прочности и долговечности строительных конструкций, а значения амплитуд скоростей и ускорений колебаний зданий и сооружений, в которых находятся люди или размещено производство с точной технологией, — требованиями безвредного влияния колебаний на здоровье людей и на качество выпускаемой продукции.

Д. с. тесно связана со статикой сооружений, являющейся основным разделом строительной механики. Вопрос о прочности и долговечности сооружения решается на основе статических (на статические нагрузки) и динамических расчётов. Д. с. использует хорошо разработанные методы статики сооружений, однако существенно их обобщает с помощью Д'Аламбера принципа, вводя в уравнение новое переменное — время. По методам исследования различают Д. с. экспериментальную и теоретическую.

Экспериментальная Д. с. с помощью опытов в натуре и на моделях изучает динамические нагрузки на сооружения (от стационарных и подвижных машин и механизмов, сейсмические, ветровые, пульсации давления жидкостей и газов в водоводах, котлах и т.п.) и динамические характеристики материалов и конструкций (динамические модули упругости, внутреннее трение и внешние сопротивления, пределы выносливости материалов и соединений конструкций — заклёпочных, сварных и др., пределы прочности и текучести при больших скоростях деформирования, вызываемых мощными ударами), проверяет надёжность расчётных схем сооружений и эффективность способов уменьшения колебаний.

Теоретическая Д. с., опираясь на результаты исследований экспериментальной Д. с., разрабатывает аналитические и численные методы определения амплитуд вынужденных колебаний (основная проблема Д. с.), а также частот и форм свободных (или собственных) колебаний сооружений. Методы решения основной проблемы зависят от вида динамической нагрузки и расчётной схемы сооружения. По своему виду динамические нагрузки разделяются на детерминированные, изменяющиеся во времени по определённому закону, и случайные, изменяющиеся во времени незакономерно и характеризуемые статистическими величинами. В зависимости от вида расчётной схемы сооружения (балка, ферма, рама, арка, плита, свод, оболочка) применяют соответствующий метод для определения амплитуды колебаний как функции координат точек сооружения. Методы определения частот и форм колебаний зависят только от расчётной схемы сооружения. Знание частот и формы соответствующих колебаний сооружения позволяет ещё до его расчёта на динамическую нагрузку предугадать качественную картину вынужденных колебаний, максимально сократить этот расчёт и выявить невыгодные значения частот периодических нагрузок и продолжительности кратковременных нагрузок.

Д. с. как наука зародилась в 20-х гг. 20 в.; её возникновение было обусловлено практическими нуждами строительства, значительным увеличением динамических нагрузок на сооружения (повышением мощностей и скоростей движения машин, скоростей подвижных нагрузок и т.д.). Однако развитие Д. с. в эти годы существенно отставало от её теоретической базы — теории колебаний и строительной механики и от фактической информации, доставляемой динамическими испытаниями сооружений и строительных материалов и изучением эксплуатационных и динамических нагрузок.

Применявшийся в этот период традиционный метод учёта влияния динамической нагрузки (введение в статический расчёт сооружения динамического коэффициента нагрузки) был несовершенным; он игнорировал динамические характеристики сооружений и нагрузок. В 30-х гг. Д. с. стала быстро развиваться, опираясь на экспериментальные данные и достаточно строгую теорию (Д. Д. Баркан, Н. И. Безухов, С. А. Бернштейн, В. В. Болотин, К. С. Завриев, Ю. А. Нилендер, А. Ф. Смирнов, И. М. Рабинович и др.). Успехи вычислительной техники в послевоенное время дали новый толчок развитию Д. с., позволив с помощью ЭВМ практически решать более сложные задачи (Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций — ЦНИИСК, Московский институт инженеров ж.-д. транспорта — МИИТ и др.).

В 50—60-х гг. в СССР впервые в мировой практике были опубликованы инструкции по динамическому расчёту сооружений (разработанные ЦНИИСК и НИИ оснований и подземных сооружений), отражавшие высокий уровень развития Д. с. в СССР. В эти же годы получили развитие новые важные направления в Д. с.: динамический расчёт конструкций с нелинейными упругими или диссипативными характеристиками (Я. Г. Пановко, Г. С. Писаренко, Е. С. Сорокин и др.), с учётом пластических деформаций (А. Р. Ржаницин и др.), конструкций, лежащих или стоящих на упругом инерционном основании (Н. М. Бородачёв, Б. Г. Коренев и др.), а также сооружений на случайные нагрузки с применением методов статистической динамики или теории случайных процессов (М. Ф. Барштейн, В. В. Болотин, И. И. Гольденблат, Н. А. Николаенко и др.).

Исследования по вопросам Д. с. публикуются в журнале «Строительная механика и расчёт сооружений» (М., с 1959), в сборнике «Исследования по теории сооружений», в трудах лаборатории динамики ЦНИИСК, кафедры теоретической механики МИИТ и др.

Лит.: Сорокин Е. С., Динамический расчет несущих конструкций зданий, М., 1956; Смирнов А. Ф., Устойчивость и колебания сооружений, М., 1958; Болотин В. В., Статистические методы в строительной механике, 2 изд., М., 1965; Новацкий В., Динамика сооружений, пер. с польск., М., 1963.