Seeßelberg Basiswissen Baudynamik

Grundlagen und Anwendungen
1. Auflage 2022
ISBN: 978-3-410-31066-2
Verlag: DIN Media
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 294 Seiten

Reihe: Bauwerk

Dieses Grundlagenwerk ist der ideale Einstieg für Studierende in die Baudynamik. Es führt anschaulich in die wesentlichen Aspekte und auch in komplexere Probleme ein, die nachvollziehbar erläutert werden.Mit der durchgehenden Gliederung in drei Teile - die Grundlagen, Beispiele und Aufgaben inklusive Lösung – erhalten alle Lesende eine gute Orientierung und Übersicht. Damit eignet sich das Buch auch für Praktiker zur Wiederauffrischung oder als Einstieg, um sich selbstständig in das Thema einzuarbeiten.Erläuterungen zu den Anwendungen RSTAB/Dlubal, Maple und Excel ergänzen das Basiswissen und sind eine wertvolle Hilfe in der Umsetzung.Mit drei baupraktischen Themen werden anwendungsorientierte Lösungen für Schwingungsprobleme in der Praxis erörtert:•Schwingungsisolierung (Maschinen)•Schwingungsdämpfer•ErdbebenlastenDie enthaltenen Aufgaben erlauben den Lesenden selbst aktiv zu werden, ihre Kompetenzen in der Baudynamik zu trainieren und mit den angegebenen Lösungen die eigenen Berechnungen zu überprüfen.Das Buch richtet sich an:Studierende des Bauingenieurwesens, Planungs- und Ingenieurbüros für Baudynamik, Bauwerkserschütterung, Verkehrsinfrastruktur, Hochbau und Ingenieurbauwerke, Unternehmen des Baugewerbes wie Generalunternehmen und Herstellbetriebe von Messtechnik, Schwingungsminderung, Baustoffen etc.

Autoren/Hrsg.

Seeßelberg, Christoph, Prof. Dr.-Ing.

Seeßelberg, Christoph

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Technische Dynamik (Modalanalyse), Erdbebensicherheit
• Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Konstruktiver Ingenieurbau, Baustatik
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Statik, Dynamik, Kinetik, Kinematik

Inhaltsverzeichnis

1;Volltextsuche;1
2;Basiswissen Baudynamik;1
3;Impressum / Copyright;5
4;Vorwort;6
5;Inhaltsverzeichnis;8
6;1 Übersicht über baudynamische Lasten;12
6.1;1.1 Wann sind Lasten als dynamisch anzusehen?;12
6.2;1.2 Dynamische Lasten nach zeitlichem Verlauf;13
6.2.1;1.2.1 Harmonische Lasten;13
6.2.2;1.2.2 Periodische Lasten;15
6.2.3;1.2.3 Transiente Lasten;15
6.2.4;1.2.4 Impulsartige Lasten;15
6.3;1.3 Auswirkungen dynamischer Lasten;16
6.4;1.4 Dynamische Lasten nach Ursache;17
6.4.1;1.4.1 Menscheninduzierte Schwingungen;17
6.4.2;1.4.2 Maschineninduzierte Schwingungen;19
6.4.3;1.4.3 Windinduzierte Schwingungen;20
6.4.4;1.4.4 Wasserwelleninduzierte Schwingungen;20
6.4.5;1.4.5 Erdbebeninduzierte Schwingungen;21
6.4.6;1.4.6 Erschütterungen durch Schienen- oder Straßenverkehr;21
6.4.7;1.4.7 Erschütterungen durch Bauarbeiten;22
6.4.8;1.4.8 Aufprallinduzierte Beanspruchungen;23
6.4.9;1.4.9 Explosionsinduzierte Beanspruchungen;24
6.4.10;1.4.10 Beanspruchungen durch plötzlichen Ausfall tragender Bauteile;25
7;2 Mechanische Energie, Impuls und Stoß;26
7.1;2.1 Mechanische Energie und Energieerhaltungssatz;26
7.2;2.2 Impuls und Impulserhaltungssatz;31
7.3;2.3 Der Stoß;31
7.3.1;2.3.1 Einführung;31
7.3.2;2.3.2 Stoß einer Punktmasse auf eine starre Wand;34
7.3.3;2.3.3 Die Stoßzahl e;36
7.3.4;2.3.4 Zentrischer, gerader Stoß zweier Punktmassen;38
7.4;2.4 Aufgaben zur Lernkontrolle;43
8;3 Freie, ungedämpfte Schwingung von Systemen mit einem Freiheitsgrad;48
8.1;3.1 Einführung und Begriffe;48
8.2;3.2 Die Differentialgleichung des EFS und ihre Lösung;50
8.2.1;3.2.1 Die Differentialgleichung;50
8.2.2;3.2.2 Die Lösung der DGl des EFS;51
8.2.3;3.2.3 Energiebetrachtung der freien Schwingung;55
8.3;3.3 Modellierung von Tragwerken als EFS;55
8.3.1;3.3.1 Vorgehensweise;55
8.3.2;3.3.2 Rechnen mit Federsteifigkeiten;58
8.3.3;3.3.3 Federsteifigkeit des EFS mit Hilfe der Verformung berechnen;60
8.3.4;3.3.4 Federsteifigkeiten bei elastischem Untergrund;64
8.3.5;3.3.5 Reduzierte Massen mred zur Berücksichtigung verteilter Massen;64
8.4;3.4 Typen von EFS;65
8.5;3.5 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;67
9;4 Die freie, gedämpfte Schwingung des EFS;71
9.1;4.1 Beschreibung der Dämpfung;71
9.2;4.2 DGl der gedämpften Schwingung;73
9.3;4.3 Lösung der DGl der gedämpften Schwingung;74
9.4;4.4 Bestimmung der Dämpfungsparameter durch Ausschwingversuche;77
9.5;4.5 Typische Dämpfungsmaße für Bauwerke;81
9.6;4.6 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;83
10;5 Die erzwungene Schwingung des EFS;86
10.1;5.1 Dynamische Krafterregung;86
10.2;5.2 Harmonische Anregungen;87
10.2.1;5.2.1 Vergrößerungsfunktion V1 bei harmonischer Krafterregung;87
10.2.2;5.2.2 Vergrößerungsfunktionen V4 bei harmonischer Unwuchterregung;97
10.2.3;5.2.3 Vergrößerungsfunktion V5 bei harmonischer Stützenerregung;103
10.3;5.3 Schnittgrößen des Tragwerks infolge der Schwingungen;108
10.4;5.4 Impuls- und Sprungbelastung;111
10.4.1;5.4.1 Impulsbelastung;111
10.4.2;5.4.2 Sprungbelastung;116
10.5;5.5 Lösungsverfahren für beliebig belastete EFS;121
10.5.1;5.5.1 Beschreibung einer Anregung im Zeit- und im Frequenzbereich;121
10.5.2;5.5.2 Das Duhamel-Integral;123
10.5.3;5.5.3 Differenzenverfahren;125
10.5.4;5.5.4 Ermittlung der dynamischen Überhöhung mit Stoßspektren;128
10.6;5.6 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;132
11;6 Schwingungen von Systemen mit mehreren Freiheitsgraden;139
11.1;6.1 DGl-System bei zwei Freiheitsgraden;139
11.1.1;6.1.1 Allgemeines;139
11.1.2;6.1.2 Ermittlung der Steifigkeitsmatrix K für einen ZFS;143
11.2;6.2 Eigenfrequenzen und Eigenformen eines ZFS;146
11.2.1;6.2.1 Die Eigenfrequenzen des ZFS;146
11.2.2;6.2.2 Die Eigenformen des ZFS;148
11.2.3;6.2.3 Entkoppelte Mehrfreiheitsgradsysteme;150
11.3;6.3 Ermittlung der Dämpfungsmatrix;151
11.3.1;6.3.1 Lehr’sche Dämpfung der verschiedenen Eigenformen;151
11.3.2;6.3.2 Rayleigh’sche Dämpfung;152
11.3.3;6.3.3 Modale Dämpfung;153
11.4;6.3.4 Explizite Angabe der Dämpfungsmatrix bei ZFS;154
11.5;6.4 Krafterregung des ZFS: Lösung im Frequenzbereich;155
11.6;6.5 Direkte Integration im Zeitbereich für einen ZFS;159
11.7;6.6 Modalanalyse;163
11.7.1;6.6.1 Grundgedanke und Ziel der modalen Reduktion;163
11.7.2;6.6.2 Generalisierte Größen;164
11.7.3;6.6.3 Berechnungsablauf „Modalanalyse“;165
11.7.4;6.6.4 Modalanalyse: Anwendungsbereiche;170
11.8;6.7 Dynamische Berechnung von MFS;171
11.8.1;6.7.1 Vom ZFS zum MFS;171
11.8.2;6.7.2 Dynamische Berechnungen mit FEM-Programmen;173
11.9;6.8 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;178
12;7 Grundfrequenzen einfacher Tragwerke und iterative Verfahren;184
12.1;7.1 Eigenfrequenzen einfacher Tragwerke mit homogener Massenbelegung;184
12.1.1;7.1.1 Biegebalken;184
12.1.2;7.1.2 Schwingende Saite;186
12.1.3;7.1.3 Stab bei Längsschwingung;187
12.1.4;7.1.4 Torsionsschwingung eines Stabes;187
12.2;7.2 Näherungsformel für die kleinste Eigenfrequenz einfacher Tragwerke;188
12.2.1;7.2.1 Näherung für die kleinste Eigenfrequenz eines Tragwerks als EFS;188
12.2.2;7.2.2 Abschätzung von Eigenfrequenzen nach DIN EN 1991-1-4;191
12.3;7.3 Iterative Ermittlung der kleinsten Eigenfrequenz nach Rayleigh;192
12.4;7.4 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;196
13;8 Isolierung gegen maschineninduzierte Schwingungen;198
13.1;8.1 Einführung;198
13.2;8.2 Bewertung von Unwuchten, Unwuchterregung;200
13.3;8.3 Aktive Schwingungsisolierung;203
13.3.1;8.3.1 Arten aktiver Schwingungsisolierung;203
13.3.2;8.3.2 Aktive Schwingungsisolierung durch Hochabstimmung bei rotierenden oder oszillierenden Maschinen;205
13.3.3;8.3.3 Aktive Schwingungsisolierung durch Tiefabstimmung bei rotierenden oder oszillierenden Maschinen;205
13.3.4;8.3.4 Aktive Schwingungsisolierung bei Maschinen mit stoßenden Teilen;209
13.4;8.4 Passive Schwingungsisolierung;213
13.5;8.5 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;215
14;9 Schwingungsdämpfer;219
14.1;9.1 Einführung;219
14.2;9.2 Bauarten von Schwingungsdämpfern;221
14.3;9.3 Optimale Parameter für Schwingungsdämpfer;223
14.4;9.4 Einbauposition des Schwingungsdämpfers;226
14.5;9.5 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;231
15;10 Überblick über weitere dynamische Anregungsarten;232
15.1;10.1 Windinduzierte Schwingungen;232
15.1.1;10.1.1 Vorbemerkung;232
15.1.2;10.1.2 Böeninduzierte Schwingungen in Windrichtung;233
15.1.3;10.1.3 Wirbelinduzierte Querschwingungen;233
15.1.4;10.1.4 Galloping;235
15.1.5;10.1.5 Regen-Wind induzierte Schwingungen;236
15.1.6;10.1.6 Divergenz und Flattern;237
15.2;10.2 Menscheninduzierte Schwingungen von Fußgängerbrücken;238
15.2.1;10.2.1 Vorbemerkung;238
15.2.2;10.2.2 Vertikale Einwirkungen durch eine Person;239
15.2.3;10.2.3 Horizontale Einwirkungen durch eine Person;239
15.2.4;10.2.4 Einwirkungen durch mehrere Personen;240
15.2.5;10.2.5 Synchronisation und Lock-in-Effekt;241
15.2.6;10.2.6 Schwingungstechnische Anforderungen an Fußgängerbrücken;243
16;11 Erdbebengerechtes Bemessen und Konstruieren;247
16.1;11.1 Einleitung;247
16.2;11.2 Das Phänomen Erdbeben;248
16.3;11.3 Dynamische Erdbebenlasten auf Bauwerke;252
16.4;11.4 Parameter für die Bestimmung des Bemessungsspektrums nach DIN EN 1998-1/NA;255
16.4.1;11.4.1 Spektrale Antwortbeschleunigung Sap,R als Maß der Erdbebengefährdung;255
16.4.2;11.4.2 Geologische Untergrundklasse bestimmen;258
16.4.3;11.4.3 Baugrundklasse bestimmen;259
16.4.4;11.4.4 Kontrollparameter TA bis TD, Bodenparameter S bestimmen;259
16.4.5;11.4.5 Bedeutungskategorie und Bedeutungsbeiwert ?1 bestimmen;260
16.4.6;11.4.6 Verhaltensbeiwert q bestimmen;261
16.4.7;11.4.7 Bestimmung des horizontalen Bemessungsspektrums;262
16.5;11.5 Horizontale Erdbebenkräfte nach dem modalenAntwortspektrenverfahren;264
16.5.1;11.5.1 Eigenschwingdauer Tj der Eigenform j des Bauwerks;264
16.5.2;11.5.2 Ersatzmassen, Ersatzmassenfaktoren, zu berücksichtigende Eigenformen;266
16.5.3;11.5.3 Erdbebenkräfte;267
16.6;11.6 Vereinfachtes Verfahren nach Anhang NA.D;270
16.6.1;11.6.1 Voraussetzungen für die Anwendung;270
16.6.2;11.6.2 Berechnung der Gesamterdbebenkraft;271
16.6.3;11.6.3 Gesamterdbebenkraft mit der Vereinfachung des vereinfachten Verfahrens;272
16.6.4;11.6.4 Verteilung der horizontalen Erdbebenkräfte;272
16.6.5;11.6.5 Umgang mit nicht tragenden Bauteilen;274
16.6.6;11.6.6 Allgemeine Vorgehensweise beim Erdbebennachweis;274
16.7;11.7 Kapazitätsbemessung, dissipatives Tragwerksverhalten;274
16.8;11.8 Erdbebensicheres Bauen;278
16.8.1;11.8.1 Allgemeine Regeln;278
16.8.2;11.8.2 Erdbebenschutz durch Basisisolation;282
16.9;11.9 Aufgaben und Fragen zur Lernkontrolle;283
17;A Lösungen der Aufgaben aus den Kapiteln;286
17.1;A.1 Lösungen zu Kap. 2;286
17.2;A.2 Lösungen zu Kap. 3;286
17.3;A.3 Lösungen zu Kap. 4;287
17.4;A.4 Lösungen zu Kap. 5;287
17.5;A.5 Lösungen zu Kap. 6;290
17.6;A.6 Lösungen zu Kap. 7;291
17.7;A.7 Lösungen zu Kap. 8;292
17.8;A.8 Lösungen zu Kap. 9;292
17.9;A.9 Lösungen zu Kap. 11;293
18;B Formelzeichen;294
19;Literaturverzeichnis;298
19.1;Geltende Normen aus dem Bauwesen (Stand: 07/2022);298
19.2;Zurückgezogene Normen;299
19.3;Quellen;299
20;Stichwortverzeichnis;303