Изучение основ промышленного и гражданского строительства невозможно без изучения строительной механики. Ее методы будут применяться при расчете любых конструкций. Далее рассмотрим задачи строительной механики и ее применение при расчетах металлических конструкций.
Строительная механика
Изучением этой непростой дисциплины студенты занимаются на 3–4 курсе, она является обязательной для всех обучающихся по направлениям «Строительство» и «Архитектура». Это наука о принципах и методах расчета сооружений на прочность, жесткость, устойчивость как при статических, так и при динамических колебаниях.
Целями расчетов, выполняемых в курсе строительной механики, являются:
- определение внутренних усилий в отдельных элементах конструкций;
- определение перемещений различных точек из-за действующих нагрузок;
- определение требуемых размеров элементов.
Выполнение расчетов позволяет сконструировать систему, которая будет обладать достаточной прочностью и при этом будет израсходован минимальный объем материала. Выявив перемещения различных точек, можно определить, как изменится положение системы и ее форма, то есть определить ее жесткость.
При выполнении расчетов принимается ряд допущений. В первую очередь считается, что материал сооружения обладает совершенной упругостью и все деформации исчезают после завершения воздействия на элемент. Также перемещения точек сооружения принимаются бесконечно малыми по сравнению с самим сооружением, а также эти перемещения принимаются прямо пропорциональными тем силам, которые их вызывают. И последним допущением является то, что результат действия группы сил не зависит от последовательности нагружения и может быть определен как сумма всех сил.
Чтобы рассчитать сложное здание или сооружение применяются расчетные схемы, которые представляют собой упрощенные изображения действительного сооружения. К примеру, разрабатывая расчетную схему для однопролетного моста, мы начертим простую балку на двух опорах. На эту балку будет действовать постоянная распределенная по всей длине нагрузка от дородного покрытия, перил, собственного веса несущих элементов.
Расчетные схемы могут быть как плоские, так и пространственные. В первом случае все стержни и нагрузки будут расположены в одной плоскости, а втором в разных плоскостях.
Расчетная схема может быть статически неопределимой или статически неопределимой. По кинематическому признаку схемы могут быть геометрически неизменяемыми, геометрически изменяемыми и мгновенно изменяемыми. В первом случае изменение формы происходит из-за деформации отдельных элементов. Во втором случае изменение формы происходит без изменения, деформации элементов. В мгновенно изменяемых системах допускаются бесконечно малые перемещения без деформации элементов.
Рисунок 1. Пример расчетных схем ферм, классификация ферм по разным признакам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Перемещение – это изменение положение узла, элемента, тела в пространстве относительно выбранной системы отсчета.
Металлические конструкции
Применительно к металлическим конструкциям строительная механика используется для выполнения кинематического анализа, состоящего из:
- определения числа степеней свободы;
- структурного анализа;
- проверки на мгновенную изменяемость.
Так после определения числа степеней свободы выполняют структурный анализ, который состоит в рассмотрении расположения связей системы установлении порядка сочетаний элементов.
Также строительная механика применяется в расчетах балочных конструкций с применением теории линий влияния, расчете простейших статически определимых ферм, расчете пространственных ферм и т. д.
Общие методы расчета металлоконструкций включают метод допускаемых напряжений и метод предельных состояний.
Вопросы расчетов строительных конструкции изучаются студентами постепенно. Переходя от теоретических дисциплин, изучаемых на первом курсе всеми студентами инженерных вузов, постепенно увеличивается доля специальных предметов, где дают более точные ориентиры о методах проведения расчетов, составлении схем и допустимых упрощениях. Так, постепенно погружаясь студенты учатся вести расчеты только после того, как закрепится понимание о том, как нагрузки влияют на разные схемы и системы и какие деформации в них вызывают. При работе с конкретным материалом важно учитывать специфику, к примеру, при расчетах металлоконструкций следует остановиться на явлении усталости.
