СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная меха- ника. 2. Шакирзянов Р.А. Краткий курс лекций по строительной механике. 3. Анохин Н.Н. Строительная механика в примерах и задачах. Ч Киселев В.А. Строительная механика. 5. Саргсян А.Е., Дворянчиков Н.В., Джинчвелашвили Г.А. Строительная механика. Основы теории с примерами расчетов.

Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНУЮ МЕХАНИКУ

1. Предмет строительной механики Единый объект, построенный (сооруженный) человеком, называется сооружением. Если говорим о внутреннем строении сооружения, его будем называть системой. Сооружения должны быть удобными, прочными, устойчивыми и безопасными. Вопросами расчета сооружений занимается наука строительная механика, которую часто называют механикой сооружений. Строительная механика возникла сравнительно недавно, после выхода в свет в 1638 году сочинения великого итальянского ученого Галилео Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению …». Строительная механика является частью общей механики. В XIX веке, после бурного начала строительства железных дорог, мостов, больших кораблей, плотин, различных промышленных сооружений, строительная механика стала самостоятельной наукой. А в XX веке, в результате развития методов расчета и компьютерных технологий, строительная механика поднялась на современный высокий уровень.

Строительная механика – наука о принципах и методах расчета сооружений на прочность, жесткость и устойчивость. Для правильного расчета сооружений следует правильно применять общие законы механики, основные соотношения, учитывающие механические свойства материала, условия взаимодействия элементов, частей и основания сооружения. На их основе формируется математическая модель сооружения в виде системы уравнений и ставится задача их решения.

Задачи строительной обычно механики решаются в линейной постановке. Но при больших деформациях или использовании неупругих материалов ставятся и решаются нелинейные задачи. В строительной механике большое место занимают статические и динамические задачи. В статике внешняя нагрузка постоянна, элементы и части системы находятся в равновесии. В динамике рассматривается движение системы от динамических нагрузок. Строительная механика быстро развивается. Ещё недавно, в первой половине XX века, для расчета сооружений использовались только простейшие математические модели. Но в годы, когда начали широко внедряться компьютеры, стали применяться более сложные модели. Поэтому стало возможным проектирование и строительство сложных современных сооружений из новейших материалов.

2. Сооружения и их элементы Сооружения весьма разнообразны. И поэтому они классифици- руются по-разному. Например, только по назначению сооружения делятся на промышленные, общественные, жилищные, транспортные, гидротехнические, подземные, сельскохозяйствен- ные, военные и др. В сооружениях используются элементы разных типов стержни, плиты, массивные тела:

Простейшие сооружения, состоящие из таких элементов, можно подразделять на стержневые сооружения, складчатые сооружения, оболочки и массивные сооружения: подпорные стенки и каменные своды: Сейчас возводятся очень сложные сооружения. Например, часто встречаются сооружения, у которого основание массивное, средняя часть может состоять из колонн стержневого типа и плит, а верхняя часть из плит или оболочек.

3. Расчетные схемы сооружений и их классификация Все особенности сооружений учесть невозможно. Поэтому рассматривают их упрощенную модель, которая называется расчетной схемой. Любое сооружение представляет собой пространственный объект. Действующая на него внешняя нагрузка также действует в пространстве. Значит, расчетную схему сооружения надо выбирать как пространственную. Однако такая схема приводит к сложной задаче составления и решения большого числа уравнений. Поэтому реальное сооружение часто приводится к плоской системе. Например:

Переход от сооружения к его расчетной схеме является сложной и ответственной задачей. Правильная расчетная схема должна отражать основные особенности сооружения. Неправильный выбор расчетной схемы приводит к неправильным результатам. Для одного и того же сооружения можно выбирать разные расчетные схемы. Выбор хорошей расчетной схемы приводит к экономии вычислений и вполне точным результатам. Расчетные схемы сооружений можно классифицировать по- разному. Например, различают плоские и пространственные расчетные схемы, расчетные схемы по типу или способу соединения элементов, по направлению опорных реакций, по статическим и динамическим особенностям и т.д. Сооружения опираются или закрепляются к основанию через опорные устройства. Взаимосвязь сооружения и основания в расчетных схемах учитывается с помощью специальных знаков – опор. В пространственных и плоских расчетных схемах используются различные типы опор. Например, в плоских системах встречаются следующие типы опор:

Типы простейших сооружений Балка изгибаемый брус. Бывают простая балка, консоль, консольная балка. Многопролетные балки бывают разрезные, неразрезные и составные.

Рама – система прямых (ломаных или кривых) стержней. Ее стержни могут соединяться жестко или через шарнир. Вот некоторые типы рам – простая рама, составная рама, многоэтажная рама: Ферма система стержней, соединенных шарнирами. Типов ферм много. Например, бывают стропильная ферма, мостовая ферма, крановая ферма, башенная ферма:

Арка система из кривых стержней. Некоторые типы арок трехшарнирная арка, одношарнирная арка, бесшарнирная арка: Существуют более сложные системы как комбинации простых систем. Они называются комбинированными системами. Например, имеются арочные фермы, фермы с аркой, висячие системы: По статическим особенностям различают статически определимые и статически неопределимые системы.

При малых нагрузках большинство материалов сооружений являются упругими и подчиняются закону Гука. При возрастании нагрузки этот закон перестает выполняться. В нашем курсе рассмотрим только упругие материалы. Примем некоторые гипотезы, позволяющие выбирать более простые расчетные модели, упрощать и уменьшать объем вычислений: 1. Материал сооружения является упругим. 2. Перемещения точек сооружения намного меньше его размеров. 3. Перемещения пропорциональны величине нагрузки. 4. Выполняется принцип суперпозиции (принцип независимости действия сил): результат воздействия нескольких сил равен сумме воздействий отдельных сил и не зависит от порядка приложения этих сил. 4. Механические свойства материалов. Основные гипотезы

Внешние силы, действующие на сооружение называются нагрузкой. Также за нагрузку принимаются различные сочетания внешних сил, изменение температуры, осадки опор и т.д. Нагрузки различают: – по способу приложения. Объемная нагрузка действует во всех точках (собственный вес, инерционные силы и др.), поверхностная нагрузка распределена по поверхности (снег, ветер и др.). – по времени действия. Постоянная нагрузка действует всегда и часто сохраняется в течение всей жизни сооружения (собственный вес), временная нагрузка действует только в определенный период или момент (снег, ветер). – по способу действия. Например, есть статические, динамические, подвижные нагрузки. Нагрузка, распределяясь между элементами сооружения, вызывает внутренние напряжения и деформации. В строительной механике определяются их обобщенные характеристики – внутренние усилия и перемещения. А напряжения и деформации определяются через них по известным формулам сопротивления материалов. 5. Внешние и внутренние силы. Деформации и перемещения