在工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算和靜力計(jì)算是兩種常見的分析方法。動(dòng)力計(jì)算主要用于分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，如振動(dòng)、地震響應(yīng)等，而靜力計(jì)算則用于評(píng)估結(jié)構(gòu)在靜態(tài)荷載作用下的性能。在實(shí)際工程中，選擇哪種計(jì)算方法取決于多種因素，如結(jié)構(gòu)的類型、荷載情況以及預(yù)期的應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)于高層建筑或橋梁，由于其高度較高，地震作用顯著，因此需要采用動(dòng)力計(jì)算來確保安全。而對(duì)于一般的工業(yè)廠房或住宅樓，靜力計(jì)算更為適用，可以更全面地評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性能。

一、結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算的特點(diǎn)

1. 與靜力計(jì)算的區(qū)別
   • 動(dòng)荷載與靜荷載不同，動(dòng)荷載大小、方向或位置隨時(shí)間而變，而靜荷載不隨時(shí)間變化。衡量荷載變化快慢的標(biāo)準(zhǔn)還有結(jié)構(gòu)的自振頻率。動(dòng)力計(jì)算與靜力計(jì)算在平衡方程建立上也有區(qū)別，動(dòng)力計(jì)算利用動(dòng)靜法建立的是形式上的平衡方程，力系中包含了慣性力，考慮的是瞬間平衡，荷載、內(nèi)力等都是時(shí)間的函數(shù)，建立的方程是微分方程，而靜力計(jì)算建立的是普通平衡方程。
2. 動(dòng)力平衡的特點(diǎn)
   • 動(dòng)力平衡只是形式上的平衡，是在引進(jìn)慣性力條件下的平衡。在所考慮的力系中要包括慣性力，且所謂的平衡是瞬間的平衡，荷載、內(nèi)力、位移、速度、加速度等都是時(shí)間的函數(shù)。慣性力的方向與加速度方向相反，大小等于質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與加速度的乘積，并且質(zhì)點(diǎn)的慣性力是質(zhì)點(diǎn)作用于施力物體上的力，而不是質(zhì)點(diǎn)本身受到的力。
3. 動(dòng)力反應(yīng)的特點(diǎn)
   • 在動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（動(dòng)內(nèi)力、動(dòng)位移等）都隨時(shí)間變化，它除與動(dòng)力荷載的變化規(guī)律有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)的固有特性（自振頻率、振型和阻尼）有關(guān)。不同的結(jié)構(gòu)，如果它們具有相同的阻尼、頻率和振型，則在相同的荷載下具有相同的反應(yīng)，結(jié)構(gòu)的固有特性可確定動(dòng)力荷載下的反應(yīng)，被稱之為結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。

二、動(dòng)荷載分類

1. 周期荷載
   • 隨時(shí)間作周期性變化，如轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的偏心力產(chǎn)生的荷載。偏心質(zhì)量$m$m，偏心距$e$e，勻角速度$\theta$θ時(shí)，慣性力$P = m\theta^{2}e$P=mθ2e，其豎向分量和水平分量均為簡(jiǎn)諧荷載，還包括一般周期荷載。
2. 非周期荷載
   • 沖擊荷載：在很短時(shí)間內(nèi)，荷載值急劇增大或減小，如各種爆炸荷載、打樁機(jī)的錘頭對(duì)樁柱的沖擊等。
   • 突加荷載：突然施加在結(jié)構(gòu)上并保持不變的荷載，如施工中吊起重物的卷揚(yáng)機(jī)突然開動(dòng)時(shí)施加于鋼絲繩上的荷載。
   • 隨機(jī)荷載（非確定性荷載）：荷載在將來任一時(shí)刻的數(shù)值無法事先確定，如地震荷載、風(fēng)荷載。

三、動(dòng)力計(jì)算中體系的自由度

1. 定義
   • 確定運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻全部質(zhì)量的位置所需獨(dú)立幾何參數(shù)的個(gè)數(shù)稱為體系的振動(dòng)自由度。實(shí)際結(jié)構(gòu)的質(zhì)量都是連續(xù)分布的，嚴(yán)格地說來都是無限自由度體系，但可以通過一些方法將其簡(jiǎn)化為有限自由度體系。例如對(duì)于具有集中質(zhì)量的體系，其自由度數(shù)并不一定等于集中質(zhì)量數(shù)，可能比它多，也可能比它少；體系的自由度與超靜定次數(shù)無關(guān)；體系的自由度決定了結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算的精度；在幾何構(gòu)造分析中所說的自由度是剛體系的運(yùn)動(dòng)自由度，動(dòng)力計(jì)算中討論的自由度是變形體系中質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)自由度。
2. 確定方法
   • 加支桿限制質(zhì)量運(yùn)動(dòng)的辦法：可以通過加支桿限制質(zhì)量運(yùn)動(dòng)來確定體系的自由度。
   • 廣義坐標(biāo)法：將無限自由度體系化成有限自由度體系的一種方法。假設(shè)震動(dòng)曲線$y(x)=\sum_{i = 1}^{n}a_{i}\varphi_{i}(x)$y(x)=∑i=1n?ai?φi?(x)，$\varphi_{i}(x)$φi?(x)為滿足位移邊界條件已知函數(shù)，稱為形狀函數(shù)，$a_{1},a_{2},\cdots,a_{n}$a1?,a2?,?,an?為待定的參數(shù)（廣義坐標(biāo)）。例如煙囪底部的位移條件為$y(0) = 0$y(0)=0，$y^{\prime}(0)=0$y′(0)=0時(shí)，可以近似設(shè)變形曲線；簡(jiǎn)支梁的位移條件$y(0)=0$y(0)=0，$y(l)=0$y(l)=0時(shí)，也可以近似設(shè)變形曲線，從而確定自由度體系。

四、結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算的內(nèi)容

1. 研究結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性
   • 包括自振頻率、阻尼、振型等。其中自由振動(dòng)研究結(jié)構(gòu)在沒有干擾力作用時(shí)，由初始位移或初始速度或兩者共同影響下的振動(dòng)情況，這是結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的重要部分，例如單自由度體系動(dòng)力分析具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，或進(jìn)行初步的估算，并且是多自由度體系動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。
2. 研究荷載的變化規(guī)律及其動(dòng)力反應(yīng)（強(qiáng)迫振動(dòng)）
   • 涉及到不同類型的動(dòng)荷載（如周期荷載、非周期荷載等）作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)計(jì)算原理和方法，研究結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)（動(dòng)內(nèi)力、動(dòng)位移等）與結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性以及荷載變化規(guī)律之間的關(guān)系。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算中的自振頻率如何測(cè)定？

動(dòng)力計(jì)算中慣性力的具體應(yīng)用案例

結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的實(shí)際工程意義是什么？

動(dòng)力計(jì)算與靜力計(jì)算在工程中的選擇依據(jù)