Л е к ц и я 1
ВВЕДЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНУЮ МЕХАНИКУ
Предмет строительной механики
Единый объект, построенный (сооруженный) человеком, называется
сооружением. Когда речь идет о внутреннем строении и расчете
сооружения как системы элементов, его называют системой.
Сооружения необходимы для удовлетворения жизненных
потребностей людей и улучшения качества их жизни. Они должны быть
удобными, прочными, устойчивыми и безопасными.
Строительство сооружений – вид древнейшего занятия людей и
древнее искусство. Результаты многих археологических раскопок,
проведенных в различных частях мира, сохранившиеся до наших дней
древние сооружения и здания являются доказательством этого. Их
совершенство и красота говорят об искусстве и большом опыте древних
зодчих и строителей.
Вопросами расчета сооружений занимается наука строительная
механика, которую часто называют механикой сооружений. Считается,
что 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 …».
В дальнейшем строительная механика развивалась как часть общей
механики. В XIX веке, после бурного начала строительства железных
дорог, мостов, больших кораблей, плотин, различных промышленных
сооружений, она 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.
Строительная механика является как теоретической, так и прикладной
наукой. С одной стороны, она разрабатывает теоретические основы
методов расчета, а с другой стороны − является инструментом расчета, так
как решает важные практические задачи, связанные с прочностью,
жесткостью и устойчивостью сооружений.
Воздействие нагрузок приводит как к деформированию отдельных
элементов, так и самого u1089 сооружения в целом. Расчетом и теоретической
оценкой результатов их воздействия занимается механика
деформируемого твердого тела. Частью этой науки является прикладная
механика (сопротивление материалов), занимающаяся расчетом
простейших сооружений или их отдельных элементов. А другая ее часть –
строительная механика − позволяет рассчитывать разные и весьма
сложные многоэлементные сооружения.
Для правильного расчета сооружений следует правильно применять
общие законы механики, основные соотношения, учитывающие
механические свойства материала, условия взаимодействия элементов,
частей и основания сооружения. На этой базе формируются расчетная
схема сооружения и ее математическая модель, как некоторая система
уравнений.
Чем подробнее изучаются внутреннее строение сооружения,
действующая на него нагрузка и особенности материала, тем сложнее
становится его математическая модель. На следующей схеме (рис. 1.1)
показаны основные факторы, влияющие на особенности расчета
сооружения.
Рис. 1.1
Обычно задачи строительной 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. Если в статике сооружений внешняя нагрузка
постоянна, а элементы и части системы находятся в равновесии, то в
динамике сооружений рассматривается движение системы под
воздействием переменных динамических нагрузок.
Строительная механика быстро развивается. Ещё недавно, в первой
половине XX века, для расчета сооружений использовались только
простейшие математические модели. Но в 60-70 годы, когда начали
широко внедряться компьютеры, стали применяться более сложные
модели. Поэтому стало возможным проектирование, расчет и
строительство сложных современных сооружений из новейших
материалов.
Сооружения и их элементы
Сооружения весьма разнообразны. Поэтому они и классифицируются
по-разному. Например, только по назначению сооружения делятся на
промышленные, общественные, жилищные, транспортные,
гидротехнические, подземные, сельскохозяйственные, военные и др.
В сооружениях используются элементы разных типов:
1) стержни – прямые или криволинейные элементы, поперечные
размеры a и b которых намного меньше длины l (рис. 1.2 а, б, в);
2) плиты – элементы, толщина которых t меньше остальных размеров
a и b; плиты могут быть прямыми (рис. 1.2 г) и кривыми в одном или двух
направлениях (рис. 1.2 д, е);
3) массивные тела — элементы, все три размера которых одного
порядка (рис. 1.2 ж).
Рис. 1.2
Простейшие сооружения, состоящие из таких элементов, можно
подразделять на следующие типы – стержневые сооружения (рис. 1.3
а, б), складчатые сооружения (рис. 1.3 в), оболочки (рис. 1.3 г) и
массивные сооружения − подпорные стенки (рис. 1.3 д) и каменные своды
(рис. 1.3 е):
Рис. 1.3
Современные строители возводят очень сложные сооружения,
состоящие из разнообразных элементов различной формы и типа.
Например, достаточно распространенным является сооружение, у которого
основание массивное, средняя часть может состоять из колонн
стержневого типа и плит, а верхняя часть − из плит или оболочек.