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. Vibration problems occur increasingly in practice. In this book, the most important properties in dynamics are described. The practical section builds on this with the problems of dynamics illustrated with examples. Now in the second updated and extended edition. Vorwort  VII 1 Einfu¨ hrung  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 Da¨mpfung und Duktilita¨ t    7 2.6 Die statische Ersatzlast     7 2.7 Maschinendynamik     8 2.8 Scha¨den   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 Zeitabha¨ngigkeit      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 Tra¨ge 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 Stu¨ tzen    35 4.4.4 Pfahlgru¨ ndungen 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 Pfa¨hlen mit gleicher Neigung 45 4.5.2 Pfahlbock aus einem geneigten und einem lotrechten Pfahl 47 5 Bewegungen starrer Ko¨rper 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 Massentra¨gheitsmoment   53 5.5 Wuchtgu¨ te von Maschinen    56 5.6 Anwendungsbeispiele   59 5.6.1 Kra¨ngungswinkel bei seitlicher Schiffsanfahrung          59 5.6.2 Stabilita¨ t eines schwimmenden Ko¨ rpers             62 6 Stoßvorga¨nge         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 Ko¨ rper 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 Ausfu¨ hrung   85 6.3.7 Beispiel Fassadenstu¨ tze     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 ungeda¨mpfte Zweimassenschwinger  112 7.3.2 Elastisch gestu¨ tzte starre Scheibe  114 7.4 Homogene Systeme      118 7.4.1 Allgemeines         118 7.4.2 Stehende Wellen   119 7.4.3 Eigenfrequenzen ungeda¨mpfter Systeme 124 7.4.4 Na¨herungsverfahren      127 7.4.5 Biegeeigenfrequenz mit Normalkraft              128 7.5 Anwendungsbeispiele   130 7.5.1 Maschinenfundament auf einzelnen Federn 130 7.5.2 Nichtlinearita¨ t 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 Vorga¨nge      145 8.2.2 Direkte konstante Anregung – weggesteuerte Vorga¨nge 154 8.2.3 Dynamische Kra¨ fte bei Kurbeltrieb       155 8.2.4 Impedanzen         158 8.2.5 Direkte quadratische Anregung – Fliehkra¨ fte 162 8.2.6 Selbstzentrierung im u¨ berkritischen 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 Zweimassenschwinger175 8.3.1 Allgemeines 175 8.3.2 Der Zweimassenschwinger als Schwingungstilger/-da¨mpfer      176 8.3.3 Der Zweimassenschwinger als Maschinenfundament  181 8.4 Lo¨ sungswege der Baudynamik bei periodischer Anregung 192 8.5 Anwendungsbeispiele      192 8.5.1 Schwingungsda¨mpfer fu¨ r eine Fußga¨ngerbru¨ cke  192 8.5.2 Ermu¨dungsfestigkeit bei Schmelzofenschwingungen         195 8.5.3 Schwingungsanfa¨ llige Stahlbru¨ cken  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 Empfa¨nger              217 9.4.1 Amplitudenreduktion im resonanzfernen Bereich 218 9.4.2 Amplitudenreduktion im resonanznahen Bereich 218 9.5 Dissipative Da¨mpfung   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 Da¨mpfungsberechnung aus einem Ausschwingversuch 231 9.6.2 Da¨mpfungsberechnung 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 Einfu¨ hrung 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 Rammerschu¨ tterungen             261 11.3 Boden-Bauwerk Wechselwirkung  263 11.3.1 Modellbildung   263 11.3.2 Federsteifigkeiten und Da¨mpfungen starrer Fundamente      263 11.3.3 Indirekte Anregung durch Bodenwellen 265 11.3.4 Abstimmungsregel fu¨ r Fundamente    268 11.4 Erschu¨ tterungsbedingte 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 Erschu¨ tterungsschutz           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 Geba¨uden  284 12.3.3 Menschen am Arbeitsplatz 287 12.3.4 Scha¨dliche und heilende Humanschwingungen 288 12.4 Einwirkungen auf empfindliche Gera¨ te 289 13 Schwingungsmessungen  293 13.1 Motivation  293 13.2 Einleitung 294 13.3 Anregung von Schwingungen  295 13.3.1 Anregung von Schwingungen fu¨ r 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 Durchfu¨hrung von normgerechten Schwingungsmessungen  309 13.7 Beispiele fu¨ r 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)