Курс лекций по основам строительной

1. Курс лекций по основам строительной механики лектор Мокрушников Павел Валентинович

2.

Рекомендуемая литература:
1. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная
механика. 2012 (2010, 2008).
2. Крамаренко А.А. Лекции по строительной
механике стержневых систем. Часть 1. Часть
2. Часть 3.
3. Потапов В.Д. и др. Строительная механика.
Кн. 1. Статика упругих систем. 2007.

3.

Лекция 1
-
Предмет и задачи строительной
механики. Основные
допущения, используемые в
строительной механике.
Расчётная схема сооружения.
Виды воздействий на
сооружения.

4.

Строительная механика –
наука, занимающаяся разработкой
принципов и методов расчёта сооружений и
конструкций, рассматриваемых как системы,
состоящие из элементов различных типов
(стержневые, пластинчато-оболочечные,
массивные) на прочность, жёсткость и
устойчивость при статических и
динамических воздействиях с учётом
требований надёжности и экономичности.

5.

• Прочность – способность конструкции и её
элементов не разрушаясь нести приложенные к
ним нагрузки в течение всего времени
эксплуатации
• Жёсткость - способность конструкции и её
элементов деформироваться в заданных
пределах
• Устойчивость - способность конструкции и
её элементов сохранять первоначальную форму
равновесия

6.

а)
б)
в)
Рис. 1.1. Различные виды сопротивления стержня:
а) растяжение; б) изгиб; в) кручение
а)
б)
в)
Рис. 1.2. Иллюстрации потери стержнем:
а) прочности; б) жёсткости; в) устойчивости

7.

МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ
СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ
И ЕЁ РОЛЬ В ПОДГОТОВКЕ
СПЕЦИАЛИСТА
Теоретическая
механика
Сопротивление
материалов
Физика
Математика
Строительные
конструкции
ЖБК МК КДП
ОиФ
механика
Теория
упругости,
пластичности
и ползучести
Информатика
и вычислительная
техника
Модель
специалиста
Строительные
машины
Теория инженерных
сооружений
Системный
анализ
Инженерные
системы зданий
и сооружений

8.

Основные понятия, гипотезы и принципы.
• В процессе деформирования системы
изменяется взаимное расположение её частей,
которые получают перемещения.
• Эти перемещения считаются малыми по
сравнению с размерами тела.

9.

Вводится ряд гипотез и допущений:
• Деформирование считают абсолютно упругим
(гипотеза идеальной упругости тела), то есть
после снятия нагрузки деформации полностью
исчезают и восстанавливаются
первоначальные размеры и форма тел.
• Нет пластических деформаций материала.

10.

σ
σ, (Н/м2)
σ
ε
0
закон Гука
σ=Еε

11.

• Нет ползучести материала.
• Нет релаксация напряжений в материале.
• Гипотеза о сплошности тела: материал
считается
сплошным
и
полностью
заполняющим
объём,
ограниченный
поверхностью тела.

12.

• Тела однородны, что соответствует осреднению
свойств материала по всему объёму.
• Материал тела является изотропным, его
физико-механические характеристики
одинаковы по всем направлениям (если нет,
материал анизотропный).

13.

Выполняется принцип суперпозиции или
принцип независимости действия сил.
1 2

14.

Выполняется принцип Сен-Венана:
напряжения и деформации тела на
достаточном удалении от области действия
локальных нагрузок практически одинаковы
для всех статически эквивалентных сил.

15.

РАСЧЁТНАЯ СХЕМА СООРУЖЕНИЯ
– это его упрощённое, с соблюдением
определённых правил, изображение, в котором
учтено лишь то, что важно с точки зрения
механического поведения сооружения, и
игнорируется всё второстепенное и
несущественное.

16.

ИЗОБРАЖЕНИЕ НА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЕ
ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИЙ
Одномерные
Двухмерные
(прямые и кривые стержни)
(оболочки и пластинки)
b, h << l
h << l1, l2
Трехмерные
(массивы)
b~l~h

17.

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК И
ВОЗДЕЙСТВИЙ
- по физической природе
силовые (нагрузки)
кинематические (смещения связей)
температурные (тепловые)
другие (электромагнитные,
биохимические и др.)
- по способу (месту)
приложения
сосредоточенные
- по характеру
изменения
во времени
- по длительности во
времени
статические
распределенные
динамические
постоянные
временные
по линии
по поверхности
по объему
ударные
вибрационные
другие

18. Формирование расчётной схемы сооружения (конструкции)

19.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
- по геометрическому
признаку (по типу
элементов)
- по кинематической
природе
- по расположению
элементов и направлению
нагрузок в пространстве
стержневые системы
пластинчато-оболочечные системы
массивы
комбинированные системы
геометрически неизменяемые системы (ГНС)
геометрически изменяемые системы (ГИС)
мгновенно изменяемые системы (МИС)
плоские системы
пространственные системы
- по признаку статической
определимости и
неопределимости
статически определимые системы (СОС)
- по направлению опорных
реакций
распорные системы
статически неопределимые системы (СНС)
безраспорные системы

20. Основные типы плоских стержневых систем

Балки
Рамы
Арки
Фермы
Комбинированные
системы

21.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
по расположению элементов и
направлению нагрузок в
плоские системы пространстве
–
пространственные системы –
все элементы системы и
элементы системы и/или
нагрузки лежат в одной
нагрузки не лежат в одной
плоскости
плоскости

22.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
по признаку статической
определимости и
неопределимости
статически определимые системы (СОС) –
системы для определения реакций и усилий в которых
достаточно только уравнений равновесия.
статически неопределимые системы (СНС) –
системы для определения реакций и усилий в которых не
достаточно только уравнений равновесия. Для решения
таких систем необходимо дополнительно рассматривать
геометрическую и физическую стороны задачи.

23.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
по признаку статической
определимости и
неопределимости
статически определимые системы (СОС)
статически неопределимые системы (СНС)

24.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
по направлению опорных
реакций
распорные системы
безраспорные системы

25.

Трёхшарнирной рамой
называется система состоящая из двух основных дисков,
которые являются ломаными или прямолинейными
стержнями, соединенных «ключевым» шарниром и
соединяющаяся с землей или другим геометрически
неизменяемым диском при помощи двух «пятовых» шарниров.
Трёхшарнирные системы являются распорными, т.е. при
действии вертикальной нагрузке горизонтальные реакции в
такой системе не равны нулю.

26.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
СООРУЖЕНИЙ
по направлению опорных
реакций
распорные системы безраспорные системы

27.

28.

Предмет строительной механики:
Теоретические основы и прикладные методы
расчёта напряжённо-деформированного
состояния
сооружений и конструкций.
Объект строительной механики:
Напряжённо-деформированное состояние
инженерных сооружений и конструкций
различного назначения как систем
элементов, совместно выполняющих
функцию восприятия заданных воздействий.

29.

задачи изучения курса строительной
механики:
• Освоение теоретических основ и
прикладных методов расчёта
напряжённо-деформированного
состояния сооружений и конструкций
• Формирование у обучаемых знаний и
умений выполнять
расчёты сооружений на прочность,
жёсткость и устойчивость

30.

С точки зрения строительной механики
под расчётом сооружения в целом
или его составляющих частей
(конструкций, конструктивных элементов)
понимается определение параметров
напряжённо-деформированного состояния –
силовых факторов и перемещений,
необходимых для оценки прочности,
жёсткости и устойчивости.

31.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
по 1-ой части курса строительной механики
У ч е б н и к и:
1. Дарков А.В и др. Строительная механика.
2004 (1987).
2. Леонтьев Н.Н., Соболев Д.Н., Амосов А.А.
Основы строительной механики стержневых
систем. 1996.
3. Смирнов А.Ф., Александров А.В., Лащеников
Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная
механика. Стержневые системы. 1981.

32.

Учебно–методические издания:
1. Крамаренко А.А. Лекции по строительной механике стержневых систем.
Части 1 и 2. Статически определимые системы. 2000,2002.
2. Крамаренко А.А. Статически определимые многопролётные балки (МУ).
2000.
3. Крамаренко А.А. Статически определимые фермы (МУ). 2000.
4. Крамаренко А.А., Широких Л.А. Статически определимые трёхшарнирные
арки и рамы (МУ). 2001
5. Крамаренко А.А., Широких Л.А. Определение перемещений в статически
определимых системах. Статически неопределимые системы (Сборник задач
для самостоятельной работы студентов). 1996
6. Себешев В.Г. Кинематический анализ сооружений. 2006.
7. Себешев В.Г. Строительная механика. Часть 1. Иллюстративный конспект
лекций. 2008.
8. Кулагин А.А., Харинова Н.В., Яньков Е В. Строительная механика и
надежность строительных конструкций. Вопросы устойчивости и динамики
зданий и сооружений. Методические указания и контрольные задания для
студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01
«Строительство» заочной формы обучения. 2015.

33.

• Расчётная схема сооружения. Расчёт любой
конструкции начинается с построения её
расчётной схемы. При этом вводятся
схематизации и упрощения, касающиеся
характера действия нагрузок, условий
опирания, типов конструктивных элементов и
т.п.
• Расчётная схема отображает всё
существенное для работы данной
конструкции и не содержит второстепенных
факторов, мало влияющих на результаты её
расчёта.

34.

По геометрическим признакам выделяют три
типа расчётных схем.
• 1. Стержни или брусья (рис. 1.5.а), у которых
длина значительно больше размеров
поперечного сечения (стойка, вал, балка). Они
могут иметь различную форму поперечного
сечения (круг, прямоугольник, двутавр, и т.п.),
они бывают сплошными и полыми (например,
труба), криволинейными и прямолинейными, с
постоянными или переменными по длине
размерами сечения.

35.

а)
б)
в)
Рис. 1.5. Схемы расчётных элементов:
а) стержень; б) пластина; в) массивное тело
2. Пластины и оболочки (рис 1.5.б) имеют один
размер – толщину - намного меньше двух других
размеров (плиты перекрытий, панели зданий).
3. Массивное тело (рис 1.5.в) имеет размер во
всех трёх направлениях одного порядка (блоки
фундаментов, гидротехнических сооружений).

36.

• В инженерных конструкциях широко
применяются стержневые системы (рис. 1.6),
состоящие из стержней, например рамы и
фермы.
а)
б)
Рис. 1.6. Стержневые системы:
а) рамы; б) фермы

37.

Виды нагрузок. Нагрузки, действующие на
конструкции, классифицируют по ряду
признаков.
• Поверхностные нагрузки можно
рассматривать как результат взаимодействия
различных конструктивных элементов друг с
другом или с различными физическими
объектами (грунт, вода, снег). Объёмные
нагрузки действуют на каждую частицу внутри
тела (собственный вес конструкции, силы
инерции).

38.

• Активные и реактивные нагрузки. Активные
нагрузки, как правило, известны. Реактивные
нагрузки – реакции связей, возникают в местах
закрепления конструктивного элемента и
подлежат определению.
• Распределённые и сосредоточенные нагрузки.
Все поверхностные нагрузки являются
распределёнными по некоторой поверхности
конструкции (снег, ветер). Эти нагрузки
характеризуются интенсивностью q, которая
может быть переменной или постоянной. В
последнем случае нагрузка называется
равномерно распределённой.

39.

При расчёте стержней распределённая по площади
нагрузка приводится к линейной, распределённой
по длине стержня. При малой площади
распределения нагрузку можно считать
сосредоточенной.
• Статические и динамические нагрузки. При
статическом нагружении пренебрегают силами
инерции, такое нагружение характеризуется
постепенным нарастанием нагрузки до её
конечного значения. При динамическом
нагружении нагрузки прикладываются внезапно
или ударно. В этом случае учёт сил инерции и
частоты колебаний является обязательным.

40.

• Постоянные и временные нагрузки. К
постоянным нагрузкам относят те,
которые должны действовать в течение
всего периода эксплуатации конструкции
(собственный вес). Временные носят
периодический характер (давление людей и
оборудования на перекрытия здания).

41.

Кинематический анализ систем с простой
структурой. На рис. 1.7. представлены простые
структуры.
в)
б)
а)
д)
г)
В
С
Рис. 1.7. Стержневые системы простой
структуры

42.

1. Присоединение узла А к геометрически
неизменяемой части сооружения (к диску 1)
или диску «земля» диадой, т. е. двумя
линейными связями АВ и АС (рис. 1.7 а).
2. Соединение между собой двух геометрически
неизменяемых дисков 1 и 2 цилиндрическим
шарниром А и линейной связью, ось которой
не проходит через шарнир А (рис. 1.7 б).