Рабочая программа учебной дисциплины «Динамика и устойчивость сооружений»

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано	Утверждаю
___________________ Руководитель ООП по специальности 271101 декан строительного факультета проф.	_______________________ Зав. кафедрой СГПиПС проф.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ СООРУЖЕНИЙ»

Специальность: 271101Строительство уникальных зданий и сооружений

Специализация: Строительство подземных сооружений

Квалификация (степень) выпускника Специалист

Составитель: проф.

Санкт-Петербург

2012

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина «Динамика и устойчивость сооружений» имеет своей целью ознакомить будущего специалиста с методами расчета сооружений и конструкций на динамическое воздействие, в том числе от ветровой нагрузки и сейсмическом воздействии, а также методами расчета конструкций на устойчивость, используемыми при проектировании и прочностных расчетах конструкций высотных и большепролетных зданий и сооружений.

1.2. Задачи освоения дисциплины

Задачами дисциплины «Динамика и устойчивость»- научить студента владеть и применять методы динамики и устойчивости сооружений при проектировании и прочностных расчетах конструкций высотных и большепролетных зданий и сооружений. Приобретенные навыки способствуют формированию инженерного мышления

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП

Дисциплина «Динамика и устойчивость сооружений» относится к базовым дисциплинам математического и естественнонаучного  цикла учебного плана.

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для изучения данной дисциплины. 

Изучение дисциплины «Динамика и устойчивость сооружений» требует основных знаний, умений и компетенций студента по курсам: математика, сопротивление материалов, строительная механика, теория упругости, нелинейные задачи строительной механики, теория расчета пластин и оболочек.

Дисциплина «Динамика и устойчивость сооружений» является предшествующей для курсов железобетонные и каменные конструкции, металлические конструкции, конструкции из дерева и пластмасс, основания и фундаменты.

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины «Динамика и устойчивость сооружений» направлен на формирование следующих компетенций: 

ПСК 1.4 - владение основными методами расчета здани й и сооружений на динамичечское воздействие, необходимыми для проектирования и расчета высотных и большепролетных зданий и сооружений;

ПСК 1.6 – способность организовать процесс возведения высотных и большепролетных зданий и сооружений с применением новых технологий  и современного оборудования, принимать самостоятельные технические решения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

Основные методы решения динамических задач строительной механики и соответствующих нормативных документов, основных принципов проектирования конструкций зданий и сооружений в сейсмоопасных регионах или конструкций, подвергаемых динамическим воздействиям.

Уметь:

Составить расчетную схему для сложных инженерных конструкций и их элементов при выполнении динамических расчетов, вести расчеты строительных конструкций на динамические воздействия и устойчивость, анализировать и оценивать получаемые на ЭВМ результаты динамических расчетов.

Владеть:

Навыками использования практических приемов и методов расчета сооружений на динамические воздействия и устойчивость, в том числе и с помощью современных программных комплексов.

ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины «Динамика и устойчивость сооружений» составляет _5__ зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего  часов	Семестры
9	10
Аудиторные занятия (всего)	85	51	34
В том числе:
Лекции	51	34	17
Практические занятия (ПЗ)	34	17	17
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)	95	55	40
В том числе:
Курсовой проект	-	-	-
Расчетные  работы	-	-	-
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)		Зачет	Экзамен
Общая трудоемкость  час.                 зач. ед.	180 5	106 3	74 2

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/ п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Основные понятия и определения динамики сооружений	Введение в динамику сооружений, уравнения движения. Понятия массы и момента инерции. Динамические расчетные схемы.  Классификация сил, действующих на систему при колебаниях.  Классификация возмущений. Три вида сил неупругого сопротивления колебаниям: вязкое, постоянное, по гипотезе .  Понятия и расчет  коэффициентов жесткости, податливости, демпфирования.
2	Методы динамического расчета конструкций зданий и сооружений	Свободные и вынужденные колебания систем с одной степенью свободы при силовых и кинематических воздействиях. Прямая и обратная форма уравнений движения. Динамические параметры системы: частота круговая и техническая, период, амплитуда. Логарифмический декремент, коэффициент затухания. Влияние сил трения на амплитуду и частоту колебаний.  Понятие об амплитудно-частотной характеристике системы (АЧХ). Резонанс. Теория вибрографа. Виброизоляция колеблющихся конструкций. Коэффициент виброизоляции. Вынужденные колебания балки под действием произвольного возмущения. Интеграл Дюамеля.
Примеры на свободные и вынужденные колебания систем с одной степенью свободы и расчет виброизоляции. Расчет на заданные начальные условия Демонстрация лабораторной работы – измерение с помощью прогибографа динамических параметров: частот и логарифмического декремента нагруженной деревянной балки.
Свободные и вынужденные колебания систем конечным числом  степеней свободы при силовых и кинематических воздействиях. Способы определения частот и форм собственных колебаний. Спектр. Условия ортогональности  собственных форм. Расчет на заданные начальные условия. Алгоритмы расчет вынужденных колебаний на силовые и кинематические воздействия, включая метод разложения решения в ряд по собственным формам. Понятие о парциальных подсистемах  и частотах. Теория виброгашения
Динамический расчет  колебаний системы с двумя степенями свободы  с использованием прямой и обратной форм записи дифференциальных уравнений движения. Пример расчета фундамента под молот.
Свободные и вынужденные колебания  простой шарнирно опертой балки как системы с бесконечным числом степеней свободы. Расчет частот и собственных форм. Динамический расчет на произвольное силовое и кинематическое возмущение с использованием разложения по собственным формам и интеграла Дюамеля.
3	Специальные вопросы динамики сооружений	Распространение волн в упругой среде. Дифференциальные уравнения колебаний упругих сред. Построение волновых решений. Волны  растяжения-сжатия, сдвига и поверхностные волны. Расчет скоростей распространения
Природа землетрясений. Оценка землетрясения по магнитуде и шкале Рихтера.  Модели воздействий и сооружений при расчете на сейсмику. Методика динамического расчета по СНиП и по типовым акселерограммам. Расчет двухэтажного каркасного здания на сейсмические нагрузки.
Физиологическое влияние вибрации на людей. Классификация параметров, оказывающих физиологическое воздействие вибрации: частота, амплитуда и продолжительность. Санитарные нормы. Оценка влияния вибрации по перемещениям, скоростям и ускорениям. Расчет влияния вибрации по санитарным нормам для перемещений, скоростей и ускорений.
4	Расчет стержневых систем на устойчивость	Понятие о потере устойчивости I и II рода. Допущения при составлении разрешающих уравнений. Использование метода перемещений при составлении уравнений устойчивости. Определение критической нагрузки
5	Методы исследования устойчивости упругих систем	Виды равновесия. Потеря устойчивости системы «в малом» и «в большом». Понятие критической нагрузки. Различные виды потери устойчивости деформируемых систем. Основные критерии и методы исследования устойчивости упругих систем: динамический, статический и энергетический. Устойчивость систем с одной и несколькими степенями свободы.
6	Устойчивость прямых сжатых стержней	Устойчивость сжатого стержня постоянного сечения. Использование точного и приближенного выражения для кривизны
	стержня. Использование точного и приближенного выражения для кривизны стержня. Дифференциальные уравнения второго и четвертого порядков и их интегрирование при различных граничных условиях, решение задачи о сжатоизогнутом стержне методом начальных параметров.
7	Более сложные случаи исследования устойчивости сжатых стержней	Устойчивость стержней переменного сечения и стержней, загруженных различной нагрузкой по длине стержня. Понятие о точном решении. Использование приближенных методов. Устойчивость стержня на упругом основании. Влияние деформации сдвига на величину критической силы сжатого стержня. Устойчивость составных стержней. Устойчивость центрально и внецентренно сжатых стержней с учетом упругопластической стадии работы материала.
8	Устойчивость рам и арок	Основные допущения. Метод сил в исследовании устойчивости рамных систем. Метод перемещений. Вычисление реакций сжатых стержней. Использование симметрии. Устойчивость неразрезных сжатых стержней на жестких и упругих опорах. Расчет упругих рамных систем по деформированному состоянию. Понятие о расчете на устойчивость арки и круглого кольца.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Железобетонные  и каменные конструкции	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Металлические конструкции, включая сварку	+	+	+	+	+	+	+	+
3	Конструкции из дерева и пластмасс	+	+	+	+	+	+	+	+
4	Основания и фундаменты	+	+	+	+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ.  зан.	Лаб. зан.	СРС	Всего час.
1-ая часть  курса
1	Основные понятия и определения динамики сооружений	12	6	-	25	43
2	Методы динамического расчета конструкций зданий и сооружений	15	6	-	20	41
3.	Специальные вопросы динамики сооружений	7	5	-	10	22
	Итого  по 1- ой части курса	34	17	-	55	106
2-ая часть  курса
4.	Расчет стержневых систем на устойчивость	2	2	-	4	8
5.	Методы исследования устойчивости упругих систем	4	2	-	8	14
6.	Устойчивость прямых сжатых стержней	4	4	-	10	18
7.	Более сложные случаи исследования устойчивости сжатых стержней	3	4	-	12	19
8.	Устойчивость рам и арок	4	5	-	6	15
	Итого  по 2- ой части курса	17	17	-	40	74
	Всего:	51	34	-	95	180

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Не предусмотрен.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ 

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тематика практических занятий	Трудоемкость (час)
1-ая часть курса
1	1	Расчет круговой и технической частоты, периода для статически определимой рамы через коэффициент податливости. Расчет движения системы при заданном начальном возмущении. Динамический расчет рамы на силовое гармоническое возмущение с проверкой прочности. Расчет виброизоляции.	6
2	2	Расчет собственных частот и форм свободных колебаний статически неопределимой рамы. Динамический расчет рамы на силовое гармоническое возмущение. Расчет виброгасителя.	6
3	3	Расчет двухэтажного каркасного здания на сейсмические нагрузки	5
2-ая часть курса
	4	Расчет устойчивости стержней при различных условиях закрепления	2
	5	Расчет устойчивости стрежня переменного сечения	2
	6	Расчет устойчивости рамы методом перемещений	4
	7	Расчет арок на устойчивость	4
	8	Понятие о расчете устойчивости пластин и оболочек	5

ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА РАСЧЕТНЫХ РАБОТ

РГР №1 «Свободные и вынужденные колебания систем с одной степенью свободы». 

Расчет круговой и технической частоты, периода для статически определимой рамы через коэффициент податливости. Расчет движения системы при заданном начальном возмущении. Динамический расчет рамы на силовое гармоническое возмущение с проверкой прочности. Расчет виброизоляции.

РГР №2 « Свободные и вынужденные колебания системы с двумя степенями свободы». Расчет собственных частот и форм свободных колебаний статически неопределимой рамы. Динамический расчет рамы на силовое гармоническое возмущение. Расчет виброгасителя. 

РГР№3«Расчет устойчивости рамы методом перемещений»

9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

9.1  Основная литература:

, , Динамика сооружений. Воронеж, Изд-во ВГУ, 1987 г. – 192 с.  , . «Строительная механика» [Текст] - изд. 9-е, испр. - СПб.;  М.; Краснодар: Лань,  2004 (Ульяновск: Ульяновский Дом печати, 2004). - 655 с. В. Глухов, , . «Динамика, прочность и надежность элементов инженерных сооружений» / Учебное  пособие. - М. :  АСВ, 2003. - 303 с.

9.2 Дополнительная литература:

, , Динамика и сейсмостойкость зданий и сооружений. Монография в трех томах. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та. 1992.  , Имитационное моделирование сейсмических процессов в протяженных сооружениях // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. – 2004. № 2. – с. 25 – 33.  и др. Основы теории сейсмостойкости зданий и сооружений.- М.: Стройиздат, 1970.- 224 с.

9.3 Периодические издания

Научно-теоретический  журнал "Строительная механика и расчет сооружений", Москва Научно-теоретический журнал "Строительная механика и конструкции", Воронеж

9.4 Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Электронный каталог библиотеки Горного университета. Учебно-методические разработки кафедры СГПиПС.

10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Требования к условиям реализации дисциплины

№ п/п	Вид аудиторного фонда	Требования
1	Лекционная аудитория	Аудитория должна быть оборудована как обычной доской, так и техническими средствами для реализации мультимедийной технологии проведения лекции.
2	Компьютерные классы.	Оснащение специализированной учебной мебелью. Оснащение техническими средствами обучения: ПК с возможностью подключения к локальным сетям и Интернету.
3	Аудитория для практических занятий.	Аудитория должна быть оборудована как обычной доской, так и техническими средствами для реализации мультимедийной технологии проведения практических занятий.

Перечень материально-технического обеспечения дисциплины:

№ п/п	Вид и наименование  оборудования	Вид занятий	Краткая  характеристика
1	IBM PC-совместимые персональные компьютеры.	Практические занятия.	Процессор серии не ниже Pentium IV. Оперативная память не менее 512 Мбайт. ПК должны быть объединены локальной сетью с выходом в Интернет.
2	Мультимедийные средства.	Лекционные  занятия.	Мультимедиа-проектор, компьютер, оснащенный программой PowerPoint и экран для демонстрации электронных презентаций.
3	Учебно-наглядные пособия.	Лекционные и практические  занятия	Плакаты, наглядные пособия, иллюстрационный материал.

11. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ  ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (образовательные технологии)

При реализации дисциплины должны использоваться следующие образовательные технологии:

№ п/п	Наименование  технологии	Вид занятий	Краткая характеристика
1	Интерактивная форма обучения.	Лекции, практические занятия.	Технология интерактивного обучения - это совокупность способов целенаправленного усиленного взаимодействия преподавателя и обучающегося, создающего условия для их развития. Современная интерактивная технология широко использует компьютерные технологии, мультимедийную технику и компьютерные сети.
2	Самостоятельное изучение учебной, учебно-методической и справочной литературы.	Лекции, практические занятия, самостоятельная работа.	Самостоятельное изучение учебнометодической и справочной литературы позволит студенту осознанно выполнять задания и вести последующие свободные дискуссии по освоенному материалу. Самостоятельная работа предполагает активное использование компьютерных технологий и сетей, а также работу в библиотеке.
3	Метод проблемного изложения материала.	Лекции, практические занятия.	При проблемном изложении материала осуществляется снятие (разрешение) последовательно создаваемых в учебных целях проблемных ситуаций (задач). При рассмотрении каждой задачи преподаватель задает соответствующие вопросы и совместно со студентами формулирует итоговые ответы. Данный метод способствует развитию самостоятельного мышления обучающегося и направлен на формирование творческих способностей.

Информационные ресурсы используются при реализации следующих видов занятий:

№ п/п	Наименование  информационных ресурсов	Вид занятий	Краткая характеристика
1	Учебники и учебные пособия  (включая электронные)	Самостоятельная  работа студента.	Перечень учебников и учебных пособий приведен в разделе 10 рабочей учебной программы
2	Базы данных	Практические занятия, самостоятельная работа.	Выполнение        аудиторных        и        индивидуальных заданий.
3	Интернет-ресурсы	Самостоятельная работа студента.	Интернет-ресурсы включают удаленные системы тестирования знаний, справочники и базы данных.

Виды (способы, формы) самостоятельной работы обучающихся, порядок их выполнения и контроля:

№ п/п	Наименование самостоятельной работы	Порядок выполнения	Контроль	Примечание
1	Изучение теоретического материала.	Самостоятельное освоение во внеаудиторное время.	Письменный и устный опрос, контроль остаточных знаний, проведение тестирования на практических занятиях.	Дидактические единицы и их разделы для изучения определяются преподавателем.
2	Выполнение аудиторных заданий.	Выполнение заданий в присутствии преподавателя.	Проверка выполнения заданий.	Работа выполняется в кабинете для практических занятий.
3	Выполнение индивидуальных заданий	Индивидуальные  задания выполняются во внеаудиторное время.	Проверка и защита индивидуальных заданий.	Индивидуальные задания выдаются после изучения соответствующей дидактической единицы или ее разделов.
4	Самостоятельная работа с использованием интерактивных технологий.	Самостоятельная работа во внеаудиторное время с обучающими программами, электронными учебниками и т. д.	Письменный и устный опрос, проведение тестирования на практических занятиях.	Обучающие программы определяются преподавателем.

Разработал:

кафедра СГПиПС, профессор 

кафедра СГПиПС, доцент 

Эксперты:

кафедра Механики, профессор