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Angewandte Baudynamik


Angewandte Baudynamik

Grundlagen und Praxisbeispiele
Bauingenieur-Praxis 2. Aufl.

von: Helmut Kramer

49,99 €

Verlag: Ernst & Sohn
Format: PDF
Veröffentl.: 20.05.2013
ISBN/EAN: 9783433602669
Sprache: deutsch
Anzahl Seiten: 344

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Beschreibungen

Obwohl Schwingungsprobleme in der Praxis zunehmend auftreten, werden sie von Tragwerkplanern gern umgangen. Statische Ersatzlasten, Stoßfaktoren oder Schwingbeiwerte werden angewendet, ohne sich der Anwendungsgrenzen bewusst zu sein. Dieses Buch weckt das Grundverständnis für die den Theorien zugrunde liegenden Modellvorstellungen und die Begrifflichkeiten der Dynamik. Die wichtigsten Kenngrößen werden beschrieben und mit Beispielen verdeutlicht. Darauf baut der anwendungsbezogene Teil mit den Problemen der Baudynamik – Stoßvorgänge, freie und erzwungene Schwingungen, Amplitudenreduktion durch Schwingungsdämpfer, menscheninduzierte Schwingungen, Einführung in die Baugrunddynamik und Maßnahmen des Erschütterungsschutzes – anhand von Beispielen auf. Mit diesem Rüstzeug kann sich der Nutzer in spezielle Fälle wie Glockentürme, dynamische Windlasten oder erdbebensicheres Bauen einarbeiten. Dem Bedarf der Praxis folgend wurde die 2. Auflage korrigiert, erweitert und um folgende Abschnitte ergänzt: - Eigenfrequenzen von Pfahlgründungen, - Diskretisierung homogener Systeme infolge „stehender Wellen“, - Ermüdung bei schwingungsanfälligen Stahlbrücken, - konstruktiver Explosionsschutz, - dynamische Kräfte bei Kurbeltrieb, - Abschirmung von Bodenwellen durch vertikale Schlitzkonstruktionen.
Vorwort VII 1 Einführung 1 1.1 Gliederung und Formelzeichen 1 1.2 Umrechnung von Dimensionen 4 2 Besonderheiten der Baudynamik 5 2.1 Baustatik und Baudynamik 5 2.2 Die „sichere Seite“ 6 2.3 Schwingungsmessungen 6 2.4 Fernwirkung 7 2.5 Dämpfung und Duktilita¨ t 7 2.6 Die statische Ersatzlast 7 2.7 Maschinendynamik 8 2.8 Schäden 8 3 Technische Regeln in der Baudynamik 9 3.1 Allgemeines 9 3.2 Hamburgische Bauordnung (Auszug) 9 3.3 Bundes-Immissionsschutzgesetz (Auszug) 10 3.4 Technische Baubestimmungen 10 3.5 Normen 11 3.6 Richtlinien und Empfehlungen 11 3.7 Internationale technische Regeln 12 3.8 Allgemein anerkannte Regeln der Technik 13 4 Begriffe und Kenngro¨ßen 15 4.1 Allgemeines 15 4.2 Zeitabhängigkeit 15 4.2.1 Periodische Einwirkungen 15 4.2.2 Harmonische Einwirkungen 16 4.2.3 Nichtharmonische Einwirkungen 20 4.2.4 Nichtperiodische Einwirkungen 24 4.3 Masse 25 4.3.1 Schwere Masse 25 4.3.2 Träge Masse 27 4.3.3 Allgemeines Gravitationsgesetz 28 4.4 Steifigkeit 32 4.4.1 Allgemeines 32 4.4.2 Stahlfedern 34 4.4.3 Stützen 35 4.4.4 Pfahlgründungen 36 4.4.5 Statisch bestimmter Balken 37 4.4.6 Elastische Matten 38 4.4.7 Luftfedern 40 4.4.8 Federkombinationen 42 4.4.9 Vorgespannte Schrauben 44 4.5 Anwendungsbeispiele 45 4.5.1 Pfahlbock aus zwei Pfählen mit gleicher Neigung 45 4.5.2 Pfahlbock aus einem geneigten und einem lotrechten Pfahl 47 5 Bewegungen starrer Körper 49 5.1 Allgemeines 49 5.2 Reine Translation 49 5.2.1 Schwerpunktsatz 49 5.2.2 Impulssatz 50 5.2.3 Impulserhaltungssatz 51 5.3 Reine Rotation 51 5.3.1 Drallsatz 51 5.3.2 Drallerhaltungssatz 53 5.4 Massenträgheitsmoment 53 5.5 Wuchtgüte von Maschinen 56 5.6 Anwendungsbeispiele 59 5.6.1 Krängungswinkel bei seitlicher Schiffsanfahrung 59 5.6.2 Stabilität eines schwimmenden Körpers 62 6 Stoßvorgänge 63 6.1 Der harte Stoß 63 6.1.1 Allgemeines 63 6.1.2 Aufprall 63 6.1.3 Anprall 68 6.1.4 Zusammenstoß zweier Körper 71 6.2 Der weiche Stoß 77 6.3 Konstruktiver Explosionsschutz 78 6.3.1 Allgemeines 78 6.3.2 Stoßfunktion infolge Explosion 79 6.3.3 Vorgehensweise 81 6.3.4 Traglastverfahren 82 6.3.5 Dynamisches Modell zur Berechnung plastischer Verformungen 83 6.3.6 Bemessung und Ausführung 85 6.3.7 Beispiel Fassadenstütze 86 6.4 Anwendungsbeispiele 88 6.4.1 Elastischer Einpfahldalben 88 6.4.2 Plastischer Anfahrpoller 93 6.4.3 Bungee-Springen 98 6.4.4 Duktile Stahlbetontragwerke 101 7 Freie Schwingungen 105 7.1 Allgemeines 105 7.2 Systeme mit einem Freiheitsgrad 105 7.2.1 Der Einmassenschwinger 105 7.2.2 Differentialgleichung 106 7.2.3 Eigenfrequenz der freien ungeda¨mpften Schwingung 106 7.2.4 Reduzierte Massen 110 7.3 Systeme mit mehreren Freiheitsgraden 112 7.3.1 Der ungedämpfte Zweimassenschwinger 112 7.3.2 Elastisch gestützte starre Scheibe 114 7.4 Homogene Systeme 118 7.4.1 Allgemeines 118 7.4.2 Stehende Wellen 119 7.4.3 Eigenfrequenzen ungedämpfter Systeme 124 7.4.4 Näherungsverfahren 127 7.4.5 Biegeeigenfrequenz mit Normalkraft 128 7.5 Anwendungsbeispiele 130 7.5.1 Maschinenfundament auf einzelnen Federn 130 7.5.2 Nichtlinearität bei Stahlbetontragwerken 137 8 Erzwungene Schwingungen 143 8.1 Allgemeines 143 8.2 Systeme mit einem Freiheitsgrad 145 8.2.1 Direkte konstante Anregung – kraftgesteuerte Vorgänge 145 8.2.2 Direkte konstante Anregung – weggesteuerte Vorgänge 154 8.2.3 Dynamische Kräfte bei Kurbeltrieb 155 8.2.4 Impedanzen 158 8.2.5 Direkte quadratische Anregung – Fliehkräfte 162 8.2.6 Selbstzentrierung im überkritischen Bereich 164 8.2.7 Passive Schwingungsisolierung – indirekte Anregung 165 8.2.8 Aktive Schwingungsisolierung – direkte Anregung 168 8.2.9 Aktive Schwingungsisolierung – indirekte Anregung 170 8.2.10 Isolierwirkungsgrad 171 8.2.11 Resonanzu¨ berho¨ hung in dB 172 8.3 Der Zweimassenschwinger 175 8.3.1 Allgemeines 175 8.3.2 Der Zweimassenschwinger als Schwingungstilger/-dämpfer 176 8.3.3 Der Zweimassenschwinger als Maschinenfundament 181 8.4 Lösungswege der Baudynamik bei periodischer Anregung 192 8.5 Anwendungsbeispiele 192 8.5.1 Schwingungsdämpfer für eine Fußgängerbrücke 192 8.5.2 Ermüdungsfestigkeit bei Schmelzofenschwingungen 195 8.5.3 Schwingungsanfällige Stahlbrücken 201 9 Amplitudenreduktion 217 9.1 Allgemeines 217 9.2 Amplitudenreduktion an der Quelle 217 9.3 Amplitudenreduktion auf der ebertragungsstrecke 217 9.4 Amplitudenreduktion am Empfänger 217 9.4.1 Amplitudenreduktion im resonanzfernen Bereich 218 9.4.2 Amplitudenreduktion im resonanznahen Bereich 218 9.5 Dissipative Dämpfung 218 9.5.1 eberblick 218 9.5.2 Rheologische Modelle 219 9.5.3 Ausschwingversuch 221 9.5.4 Resonanzversuch 224 9.5.5 Hysterese-Kurve 225 9.5.6 Fluidreibung 230 9.6 Anwendungsbeispiele 231 9.6.1 Dämpfungsberechnung aus einem Ausschwingversuch 231 9.6.2 Dämpfungsberechnung aus einer Hysterese-Kurve 234 10 Menscheninduzierte Schwingungen 237 10.1 Allgemeines 237 10.2 Anregungsspektrum 237 10.3 Dimensionierungsfalle 239 10.4 Erzwungene Schwingungen 243 10.5 Zumutbare Amplituden 245 11 Einführung in die Baugrunddynamik 247 11.1 Allgemeines 247 11.2 Wellenausbreitung 248 11.2.1 Allgemeines 248 11.2.2 Fortlaufende Wellen 249 11.2.3 Wellenarten 253 11.2.4 Wellengleichung 256 11.2.5 Energietransport 257 11.2.6 Abschirmung durch vertikale Schlitzkonstruktionen 258 11.2.7 Ausbreitung von Rammerschütterungen 261 11.3 Boden-Bauwerk Wechselwirkung 263 11.3.1 Modellbildung 263 11.3.2 Federsteifigkeiten und Dämpfungen starrer Fundamente 263 11.3.3 Indirekte Anregung durch Bodenwellen 265 11.3.4 Abstimmungsregel für Fundamente 268 11.4 Erschütterungsbedingte Sackungen 270 11.5 Anwendungsbeispiele 272 11.5.1 Auswirkung einer Sprengung auf eine verankerte Spundwand 272 11.5.2 Auswirkung einer Sprengung auf eine Windkraftanlage 276 12 Anforderungen an den Erschütterungsschutz 281 12.1 Allgemeines 281 12.2 Einwirkungen auf bauliche Anlagen 282 12.3 Einwirkungen auf Menschen 283 12.3.1 Allgemeines 283 12.3.2 Menschen in Gebäuden 284 12.3.3 Menschen am Arbeitsplatz 287 12.3.4 Schädliche und heilende Humanschwingungen 288 12.4 Einwirkungen auf empfindliche Geräte 289 13 Schwingungsmessungen 293 13.1 Motivation 293 13.2 Einleitung 294 13.3 Anregung von Schwingungen 295 13.3.1 Anregung von Schwingungen für Schwingungsmessungen 295 13.3.2 Aktive Schwingungsbeeinflussung (Aktuatoren) 298 13.4 Aufbau einer Messkette 299 13.5 Schwingungsaufnehmer 300 13.5.1 Allgemeines 300 13.5.2 Zweck 300 13.5.3 Mechanisches Grundprinzip 300 13.5.4 Arbeitsweise 304 13.6 Durchführung von normgerechten Schwingungsmessungen 309 13.7 Beispiele für gemessene Freifeldschwingungen 312 Fazit 315 Literaturverzeichnis 317 Stichwortverzeichnis 321 DVD – Baudynamik erlebbar machen Filmausschnitte der Experimente in der Versuchshalle des Instituts fu¨ r Massivbau, TU Hamburg-Harburg, zu den im Buch behandelten Beispielen. 1. Titel 2. Aufprall 3. Anprall 4. Eigenfrequenzen 5. Harmonische Anregung 6. Selbstzentrierung 7. Transiente Wellen 8. Rayleighwellen 9. Passive Isolierung 10. Anhang Im Anschluss: Kollapssprengung Hochhaus am Millerntor. Hamburg (1995)
Prof. Dr.-Ing. Helmut Kramer lehrte Baudynamik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Er ist in der Firma baudyn GmbH als Sachverständiger für Schwingungstechnik tätig. In dieses Buch fließt der reiche Erfahrungsschatz aus 40jähriger Tätigkeit als Beratender Ingenieur und Prüfingenieur ein.
Obwohl Schwingungsprobleme in der Praxis zunehmend auftreten, werden sie von Tragwerkplanern gern umgangen. Statische Ersatzlasten, Stoßfaktoren oder Schwingbeiwerte werden angewendet, ohne sich der Anwendungsgrenzen bewusst zu sein. Dieses Buch weckt das Grundverständnis für die den Theorien zugrunde liegenden Modellvorstellungen und die Begrifflichkeiten der Dynamik. Die wichtigsten Kenngrößen werden beschrieben und mit Beispielen verdeutlicht. Darauf baut der anwendungsbezogene Teil mit den Problemen der Baudynamik – Stoßvorgänge, freie und erzwungene Schwingungen, Amplitudenreduktion durch Schwingungsdämpfer, menscheninduzierte Schwingungen, Einführung in die Baugrunddynamik und Maßnahmen des Erschütterungsschutzes – anhand von Beispielen auf. Mit diesem Rüstzeug kann sich der Nutzer in spezielle Fälle wie Glockentürme, dynamische Windlasten oder erdbebensicheres Bauen einarbeiten. Dem Bedarf der Praxis folgend wurde die 2. Auflage korrigiert, erweitert und um folgende Abschnitte ergänzt: - Eigenfrequenzen von Pfahlgründungen, - Diskretisierung homogener Systeme infolge „stehender Wellen“, - Ermüdung bei schwingungsanfälligen Stahlbrücken, - konstruktiver Explosionsschutz, - dynamische Kräfte bei Kurbeltrieb, - Abschirmung von Bodenwellen durch vertikale Schlitzkonstruktionen.

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