Тема 3. Ідеалізація умов обпирання та вузлових з’єднань, фізичних властивостей матеріалу. Ідеалізація навантажень і впливів на об’єкт та конструктивних рішень

Важливим чинником є ідеалізація навантажень, що діють на конструкції за різних режимів роботи. Взагалі навантаження є однією з найменш вивчених компонентів розрахунку будівлі або споруди. Вони мають велику мінливість у часі й просторі, і ті розрахункові схеми, якими оперувала та оперує проектна практика, досить умовні. Деякі з моделей навантаження, які традиційно використовуються при складанні комп’ютерних моделей (рівномірно розподілене навантаження, зосереджена сила, імпульсивний вплив, гармонійна осциляція), є також певними припущеннями.

Поняття навантаження є зручним способом опису взаємодії конструкції з навколишнім середовищем, але це — не єдина форма такої взаємодії. Часто необхідно описати не силову, а кінематичну взаємодію, коли деякі, зовнішні щодо розраховуваної системи пристрої, обмежують переміщення або повороти окремих точок чи нав’язують їй свої переміщення. Такі умови називаються зв’язками та майже завжди наявні в комп’ютерній моделі. Зауважимо попередньо, що задане переміщення будь-якої точки реалізується у вигляді зсуву зв’язку, а звичайний зв’язок-опора є окремим випадком такого кінематичного впливу, коли згадане задане переміщення має нульове значення. Звичайно, нескінченно жорсткий зв’язок, який нав’язує системі певне (можливо, нульове) значення переміщення, є ідеалізацією; насправді взаємодія з навколишнім середовищем реалізується через спеціальні елементи скінченної жорсткості.

Особливо багато помилок у процесі ідеалізації навантажень з'являється в частині опису їх поведінки в часі, що призводить до недостовірної картини динамічної поведінки системи. Саме в динаміці найяскравіше проявляється зворотний зв’язок між навантаженням і спорудою, коли його поведінка змінює сам характер динамічно прикладених навантажень.

До характерних прикладів взаємодії навантаження із системою належать багато режимів динамічного навантаження. Споруда є певним фільтром, що бере на себе певну частину збурень, які діють на нього. Ця обставина добре досліджена, частотна картина навантаження є невід’ємною частиною опису динамічного навантаження, і модальний аналіз, що дає спектр власних частот і форм коливань, лежить в основі більшості динамічних розрахунків.

Менше відомо, що фільтрація може відбуватися не тільки за частотою впливу (резонансні явища), а й за довжиною хвилі. Так, сейсмічна дія на об’єкт з малими розмірами в плані (димова труба, вежа тощо) і на спорудження великої протяжності, розміщеними на загальній фундаментній плиті (корпус елеватора, атомна електростанція), виявляються різними за суттю. Якщо в першому випадку спорудження реагуватиме на хвилі всіх довжин, аби лише частотна картина впливу була такою, що потрапляє в зону чутливості, яка визначається спектром власних частот, то в другому випадку спорудження реагуватиме аналогічно тільки на хвилі, довжина яких приблизно вдвічі перевищує розмір фундаменту в плані - вони діють майже синфазно вздовж всієї споруди, тоді як вплив коротших хвиль може бути у  протифазі. Аналогічні ефекти треба брати до уваги під час розрахунку гідротехнічних об’єктів. Так, для конструкцій морських глибоководних основ вдається помітно знизити загальний рівень завантаженості, якщо їх генеральні розміри підібрані так, що на протилежних стороних споруди хвильове навантаження діє в протифазі.