Строительная механика
Основы строительной механики
Дерево при растяжении вдоль волокон подчиняется закону Гука, но разрушается хрупко. На сжатие оно следует криволинейной диаграмме работы, которая с известной степенью точности может быть заменена диаграммой Прандтля Несмотря на то, что временное сопротивление древесины при растяжении больше, чем при сжатии, в строительных конструкциях избегают растянутых деревянных элементов, как опасных, ввиду хрупкого характера их разрушения (см. рис. 1.3, г.).
Следует заметить, что расчет по нелинейной диаграмме работы материала тоже не является вполне точным и строгим, так как фактическая диаграмма зависит не только от свойств материала конструкции, но и от режима нагружения: при больших скоростях нагружения она приближается к прямой линии закона Гука, при малых скоростях наблюдается рост пластических деформаций (рис. 1.3, д). Таким образом, в зависимость напряжений от дефор-маций входит фактор времени. Раскрытие этих зависимостей приводит к уравнениям ползучести, которые имеют вид уже не обычных алгебраических функций, а дифференциальных или интегральных соотношений.Наиболее хорошо разработаны методы расчета конструкций из упругих материалов, т.е. подчиняющихся закону Гука. Строительная механика упругих линейно-деформируемых систем представляет собой стройную науку и наиболее широко применяется при выполнении практических расчетов.
Исходные уравнения строительной механики можно разбить на три группы.
Уравнения равновесия, представляющие статическую сторону задачи расчета сооружения. Эти уравнения устанавливают взаимосвязь между внешними и внутренними усилиями, которые входят в них линейно. Таким образом, уравнения равновесия всегда линейные.
read comments (0)
Физическая нелинейность проявляется при отсутствии пропорциональности между напряжениями и деформациями, т.е. при работе материалов конструкций за пределами упругости. Этим видом нелинейности обладают в той или иной степени все конструкции. Однако с определенной точностью при небольших напряжениях нелинейные физические зависимости можно заменить линейными.
Различают также статические задачи строительной механики, в которых фактор времени не фигурирует, и динамические задачи, учитывающие фактор времени и инерционные свойства конструкций, выражаемые через производные по времени. Следует различать также задачи, связанные с учетом вязких свойств материалов, ползучести, длительной прочности и т.п., в которых учитывается фактор времени, но пренебрегаются инерционные свойства системы, вследствие их незначительности. Таким образом, существует механика живучести систем, т.е. учет изменения механических свойств материалов конструкций во времени, куда, в частности, входит теория ползучести, вязкости и старения Так как предметом строительной механики является изучение прочности и жесткости инженерных конструкций, поэтому, как правило, для изучения этих свойств обычно достаточно рассмотреть ее упрошенную схему, с определенной точностью отражающую действительную работу последней. В зависимости от требований к точности расчета для одной и той же конструкции могут быть приняты различные расчетные схемы. Часто расчетную схему конструкции называют си с темой.
Расчетная схема, или система, конструкции состоит из условных элементов: стержней, пластинок, связей и включает также условно представленные нагрузки и воздействия.
Стержень в строительной механике определяется как тело, у которого два измерения малы по сравнению с третьим — длиной. Стержни могут быть прямолинейными и криволинейными, постоянного и переменного поперечного сечения. Основное назначение стержней - восприятие осевых сил (растягивающих и сжимаю-щих), а также изгибающих и крутящих моментов Из стержней состоят расчетные схемы большинства инженерных конструкций: ферм, арок, рам, пространственных стержневых конструкций и т.д.
Пластинкой называют тело, у которого одно измерение мало по сравнению с двумя другими. Криволинейные пластинки назы,-вают оболочками. Пластинки воспринимают усилия в двух направлениях, что в ряде случаев наиболее выгодно и это приводит к экономии материалов. Расчет пластинок и систем, составленных из них, значительно сложнее расчета стержневых систем.
Строительная механика, а точнее механика инженерных конструкций и сооружений — наука о их прочности, жесткости, устойчивости, долговечности и надежности. Современные базовые учебники по строительной механике, как правило, посвящены подробному изложению теории Данное обстоятельство усложняет процесс самостоятельного освоения предмета и послужило основной причиной подготовки настоящей книги к изданию.
Авторы в достаточно доступной, но строгой форме изложили основы теории классического курса механики инженерных конструкций и сопроводили их подробными примерами расчетов, что существенно облегчает процесс самостоятельного освоения предмета.
Заметим, что настоящий учебник по основам механики инженерных конструкций, совместно с учебником по сопротивлению материалов, теории упругости и пластичности [9] подготовлен к изданию коллективом авторов под общей редакцией доктора технических наук, профессора А.Е. Саргсяна В единой методологической основе в этих учебниках охватывается достаточно полный цикл курса механики материалов, инженерных конструкций и сооружении.
Предисловие, главы 2, 4, 5, 7, 8 и 11 написаны А.Е. Саргсяном, глава 10 совместно с А.Т.Демченко, главы 6 и 9 — с Н.В. Дворянчиковым, главы 1 и 3 — с ГА. Джинчвелашвили, в подготовке 10-й главы принимал участие О.В. Мкртычев.
При подготовке рукописи книги авторы с благодарностью учли ценные замечания и предложения, сделанные рецензентами книги — доктором технических наук, профессором, член-корреспондентом РААСН, заслуженным деятелем науки и техники РФ Н.Н. Леонтьевым и доктором технических наук, профессором, член-корреспондентом РААСН, лауреатом премии имени академика Б.Г. Галеркина Н.Н. Шапошниковым.
В настоящем издании авторами существенно переработан материал учебника [8] и добавлен ряд новых разделов, теоретическая часть сопровождается новыми методическими примерами расчетов, а также устранены замеченные неточности и опечатки.