Angewandte Baudynamik

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.

• Vorwort VII 1 Einführung 11.1 Gliederung und Formelzeichen 11.2 Umrechnung von Dimensionen 42 Besonderheiten der Baudynamik 52.1 Baustatik und Baudynamik 52.2 Die „sichere Seite“ 62.3 Schwingungsmessungen 62.4 Fernwirkung 72.5 Dämpfung und Duktilita¨ t 72.6 Die statische Ersatzlast 72.7 Maschinendynamik 82.8 Schäden 83 Technische Regeln in der Baudynamik 93.1 Allgemeines 93.2 Hamburgische Bauordnung (Auszug) 93.3 Bundes-Immissionsschutzgesetz (Auszug) 103.4 Technische Baubestimmungen 103.5 Normen 113.6 Richtlinien und Empfehlungen 113.7 Internationale technische Regeln 123.8 Allgemein anerkannte Regeln der Technik 134 Begriffe und Kenngro¨ßen 154.1 Allgemeines 154.2 Zeitabhängigkeit 154.2.1 Periodische Einwirkungen 154.2.2 Harmonische Einwirkungen 164.2.3 Nichtharmonische Einwirkungen 204.2.4 Nichtperiodische Einwirkungen 244.3 Masse 254.3.1 Schwere Masse 254.3.2 Träge Masse 274.3.3 Allgemeines Gravitationsgesetz 284.4 Steifigkeit 324.4.1 Allgemeines 324.4.2 Stahlfedern 344.4.3 Stützen 354.4.4 Pfahlgründungen 364.4.5 Statisch bestimmter Balken 374.4.6 Elastische Matten 384.4.7 Luftfedern 404.4.8 Federkombinationen 424.4.9 Vorgespannte Schrauben 444.5 Anwendungsbeispiele 454.5.1 Pfahlbock aus zwei Pfählen mit gleicher Neigung 454.5.2 Pfahlbock aus einem geneigten und einem lotrechten Pfahl 475 Bewegungen starrer Körper 495.1 Allgemeines 495.2 Reine Translation 495.2.1 Schwerpunktsatz 495.2.2 Impulssatz 505.2.3 Impulserhaltungssatz 515.3 Reine Rotation 515.3.1 Drallsatz 515.3.2 Drallerhaltungssatz 535.4 Massenträgheitsmoment 535.5 Wuchtgüte von Maschinen 565.6 Anwendungsbeispiele 595.6.1 Krängungswinkel bei seitlicher Schiffsanfahrung 595.6.2 Stabilität eines schwimmenden Körpers 626 Stoßvorgänge 636.1 Der harte Stoß 636.1.1 Allgemeines 636.1.2 Aufprall 636.1.3 Anprall 686.1.4 Zusammenstoß zweier Körper 716.2 Der weiche Stoß 776.3 Konstruktiver Explosionsschutz 786.3.1 Allgemeines 786.3.2 Stoßfunktion infolge Explosion 796.3.3 Vorgehensweise 816.3.4 Traglastverfahren 826.3.5 Dynamisches Modell zur Berechnung plastischer Verformungen 836.3.6 Bemessung und Ausführung 856.3.7 Beispiel Fassadenstütze 866.4 Anwendungsbeispiele 886.4.1 Elastischer Einpfahldalben 886.4.2 Plastischer Anfahrpoller 936.4.3 Bungee-Springen 986.4.4 Duktile Stahlbetontragwerke 1017 Freie Schwingungen 1057.1 Allgemeines 1057.2 Systeme mit einem Freiheitsgrad 1057.2.1 Der Einmassenschwinger 1057.2.2 Differentialgleichung 1067.2.3 Eigenfrequenz der freien ungeda¨mpften Schwingung 1067.2.4 Reduzierte Massen 1107.3 Systeme mit mehreren Freiheitsgraden 1127.3.1 Der ungedämpfte Zweimassenschwinger 1127.3.2 Elastisch gestützte starre Scheibe 1147.4 Homogene Systeme 1187.4.1 Allgemeines 1187.4.2 Stehende Wellen 1197.4.3 Eigenfrequenzen ungedämpfter Systeme 1247.4.4 Näherungsverfahren 1277.4.5 Biegeeigenfrequenz mit Normalkraft 1287.5 Anwendungsbeispiele 1307.5.1 Maschinenfundament auf einzelnen Federn 1307.5.2 Nichtlinearität bei Stahlbetontragwerken 1378 Erzwungene Schwingungen 1438.1 Allgemeines 1438.2 Systeme mit einem Freiheitsgrad 1458.2.1 Direkte konstante Anregung – kraftgesteuerte Vorgänge 1458.2.2 Direkte konstante Anregung – weggesteuerte Vorgänge 1548.2.3 Dynamische Kräfte bei Kurbeltrieb 1558.2.4 Impedanzen 1588.2.5 Direkte quadratische Anregung – Fliehkräfte 1628.2.6 Selbstzentrierung im überkritischen Bereich 1648.2.7 Passive Schwingungsisolierung – indirekte Anregung 1658.2.8 Aktive Schwingungsisolierung – direkte Anregung 1688.2.9 Aktive Schwingungsisolierung – indirekte Anregung 1708.2.10 Isolierwirkungsgrad 1718.2.11 Resonanzu¨ berho¨ hung in dB 1728.3 Der Zweimassenschwinger 1758.3.1 Allgemeines 1758.3.2 Der Zweimassenschwinger als Schwingungstilger/-dämpfer 1768.3.3 Der Zweimassenschwinger als Maschinenfundament 1818.4 Lösungswege der Baudynamik bei periodischer Anregung 1928.5 Anwendungsbeispiele 1928.5.1 Schwingungsdämpfer für eine Fußgängerbrücke 1928.5.2 Ermüdungsfestigkeit bei Schmelzofenschwingungen 1958.5.3 Schwingungsanfällige Stahlbrücken 2019 Amplitudenreduktion 2179.1 Allgemeines 2179.2 Amplitudenreduktion an der Quelle 2179.3 Amplitudenreduktion auf der ebertragungsstrecke 2179.4 Amplitudenreduktion am Empfänger 2179.4.1 Amplitudenreduktion im resonanzfernen Bereich 2189.4.2 Amplitudenreduktion im resonanznahen Bereich 2189.5 Dissipative Dämpfung 2189.5.1 eberblick 2189.5.2 Rheologische Modelle 2199.5.3 Ausschwingversuch 2219.5.4 Resonanzversuch 2249.5.5 Hysterese-Kurve 2259.5.6 Fluidreibung 2309.6 Anwendungsbeispiele 2319.6.1 Dämpfungsberechnung aus einem Ausschwingversuch 2319.6.2 Dämpfungsberechnung aus einer Hysterese-Kurve 23410 Menscheninduzierte Schwingungen 23710.1 Allgemeines 23710.2 Anregungsspektrum 23710.3 Dimensionierungsfalle 23910.4 Erzwungene Schwingungen 24310.5 Zumutbare Amplituden 24511 Einführung in die Baugrunddynamik 24711.1 Allgemeines 24711.2 Wellenausbreitung 24811.2.1 Allgemeines 24811.2.2 Fortlaufende Wellen 24911.2.3 Wellenarten 25311.2.4 Wellengleichung 25611.2.5 Energietransport 25711.2.6 Abschirmung durch vertikale Schlitzkonstruktionen 25811.2.7 Ausbreitung von Rammerschütterungen 26111.3 Boden-Bauwerk Wechselwirkung 26311.3.1 Modellbildung 26311.3.2 Federsteifigkeiten und Dämpfungen starrer Fundamente 26311.3.3 Indirekte Anregung durch Bodenwellen 26511.3.4 Abstimmungsregel für Fundamente 26811.4 Erschütterungsbedingte Sackungen 27011.5 Anwendungsbeispiele 27211.5.1 Auswirkung einer Sprengung auf eine verankerte Spundwand 27211.5.2 Auswirkung einer Sprengung auf eine Windkraftanlage 27612 Anforderungen an den Erschütterungsschutz 28112.1 Allgemeines 28112.2 Einwirkungen auf bauliche Anlagen 28212.3 Einwirkungen auf Menschen 28312.3.1 Allgemeines 28312.3.2 Menschen in Gebäuden 28412.3.3 Menschen am Arbeitsplatz 28712.3.4 Schädliche und heilende Humanschwingungen 28812.4 Einwirkungen auf empfindliche Geräte 28913 Schwingungsmessungen 29313.1 Motivation 29313.2 Einleitung 29413.3 Anregung von Schwingungen 29513.3.1 Anregung von Schwingungen für Schwingungsmessungen 29513.3.2 Aktive Schwingungsbeeinflussung (Aktuatoren) 29813.4 Aufbau einer Messkette 29913.5 Schwingungsaufnehmer 30013.5.1 Allgemeines 30013.5.2 Zweck 30013.5.3 Mechanisches Grundprinzip 30013.5.4 Arbeitsweise 30413.6 Durchführung von normgerechten Schwingungsmessungen 30913.7 Beispiele für gemessene Freifeldschwingungen 312Fazit 315Literaturverzeichnis 317Stichwortverzeichnis 321DVD – Baudynamik erlebbar machenFilmausschnitte der Experimente in der Versuchshalle des Instituts fu¨ r Massivbau, TU Hamburg-Harburg, zu den im Buch behandelten Beispielen.1. Titel2. Aufprall3. Anprall4. Eigenfrequenzen5. Harmonische Anregung6. Selbstzentrierung7. Transiente Wellen8. Rayleighwellen9. Passive Isolierung10. AnhangIm Anschluss: Kollapssprengung Hochhaus am Millerntor. Hamburg (1995)