История развитии сройтельной механики

метки: Строительный, Механик, История, Метод, Конструкция, Сооружение, Система, Элемент

Строительная механика — это совокупность наук о прочности, жёсткости, устойчивости и колебания строительных конструкций.

Основной задачей строительной механики является разработка методов расчета и получения данных для надежного и экономичного проектирования зданий и сооружений. Для обеспечения необходимой надежности сооружения основные элементы конструкций должны иметь достаточно большие сечения. Экономика же требует, чтобы расход материалов, идущих на изготовление конструкций, был возможно меньшим. Чтобы увязать требования надежности с экономичностью, необходимо возможно точнее произвести расчет и строго соблюдать в процессе проектирования, возведения и эксплуатации сооружения те требования, которые вытекают из этого расчета.

Долгое время человечество не имело в своем распоряжении методов расчета сооружений. Несмотря на это, удавалось возводить грандиозные и совершенные в конструктивном отношении памятники архитектуры. Это зависело от таланта зодчих, которые интуитивно чувствовали работу сооружений и умели находить нужные размеры злементов. Большое значение имело также накопление опыта строительства, подчас ценой обрушений неудачных сооружений.

На разных этапах развития Строительная механика методы расчёта сооружений в значительной степени определялись уровнем развития математики, механики и науки о сопротивлении материалов.

Значительный вклад в науку о прочности и строительныу механику внесли Галилео Галилей, Роберт Гук, Леонард Эйлер, Дмитрий Иванович Журавский, Виктор Львович Кирпичёв, Степан Прокофьевич Тимошенко и другие. До конца 19 в. в Строительная механика применялись графические методы расчёта, и наука о расчёте сооружений носила название «графическая статика». В начале 20 в. графические методы стали уступать место более совершенным — аналитическим, и примерно с 30-х гг. графическими методами практически перестали пользоваться. Аналитические методы, зародившиеся в 18 — начале 19 вв. на основе работ Л. Эйлера, Я. Бернулли, Ж. Лагранжа и С. Пуассона, были недоступны инженерным кругам и поэтому не нашли должного практического применения. В начальный период своего развития строительная механика сливалась с общей механикой. Успехи механики, начиная с работ Г. Галилея, создали основу для разработки расчетов на прочность. Самостоятельно как наука строительная механика стала развиваться в первой половине XIX-го века в связи начавшимся усиленным строительством мостов, железных дорог, плотин, судов, промышленных зданий и высоких дымовых труб. Отсутствие методов расчета таких сооружений не позволяло осуществлять достаточно легкие и надёжные конструкции

Строительная механика

... скорость движения вагона. 3.3 Метод расчета и уравнения колебаний системы Физическая модель метода расчета Для расчета системы используем метод реактивных усилий. Колебания кузова в пространстве определяем по движению центра масс кузова ...

Труды Дж. К. Максвелла, А. Кастильяно (Италия), Д. И. Журавского положили начало формированию Строительная механика как науки. Известный рус. учёный и инженер-строитель Л. Д. Проскуряков впервые (90-е гг.) ввёл понятие о линиях влияния и их применении при расчёте мостов на действие подвижной нагрузки. Приближённые методы расчёта арок были даны франц.узским учёным Брессом, а более точные методы разработаны Х. С. Головиным. Существенное влияние на развитие теории расчёта статически неопределимых систем оказали работы К. О. Мора, предложившего универсальный метод определения перемещений (формула Мора).

Большое научное и практическое значение имели работы по динамике сооружений М. В. Остроградского, Дж. Рэлея, А. Сен-Венана. Благодаря исследованиям Ф. С. Ясинского, С. П. Тимошенко, А. Н. Динника, Н. В. Корноухова и др. значительное развитие получили методы расчёта сооружений на устойчивость.

Крупные успехи в развитии всех разделов Строительная механика были достигнуты в СССР. Трудами сов. учёных А. Н. Крылова, И. Г. Бубнова, Б. Г. Галёркина, И. М. Рабиновича, И. П. Прокофьева, П. Ф. Папковича, А. А. Гвоздева, Н. С. Стрелецкого, В. З. Власова, Н. И. Безухова и др. были разработаны методы расчёта сооружений, получившие широкое распространение в проектной практике. В научных учреждениях и вузах СССР созданы и успешно развиваются новые научные направления в области Строительная механика. Важным проблемам Строительная механика посвящены исследования В. В. Болотина (теория надёжности и статистические методы в Строительная механика), И. И. Гольденблата (динамика сооружений), А. Ф. Смирнова (устойчивость и колебания сооружений) и др.

В настоящее время для решения практических задач строительной механики активно используются различные численные методы с применением вычислительной техники, в частности наибольшее распространение получил метод конечных элементов.

1.0 Строительная механика

1.1 Основное Понятие

Строительная механика — наука о принципах и методах расчёта сооружений на прочность, жёсткость, устойчивость и колебания.

Основные объекты изучения Строительная механика — плоские и пространственные стержневые системы и системы, состоящие из пластинок и оболочек.

При расчёте сооружений учитывается целый ряд воздействий, главными из которых являются статические и динамические нагрузки и изменения температуры. Цель расчёта состоит в определении внутренних усилий, возникающих в элементах системы, в установлении перемещений её отдельных точек и выяснении условий устойчивости и колебаний системы. В соответствии с результатами расчёта устанавливаются размеры сечений отдельных элементов конструкций, необходимые для надёжной работы сооружения и обеспечивающие минимальные затраты материалов.

Классическими разделами строительной механики являются:

• Сопротивление материалов
• Теория упругости
• Теория пластичности и ползучести
• Теория сооружений (включающая статику, динамику и устойчивость сооружений)

Разрабатываемая в Строительная механика теория расчёта базируется на методах теоретической механики, сопротивления материалов, теорий упругости, пластичности и ползучести.

В строительной механике различают:

Механика грунтов (2)

... и деформаций оснований, оценки устойчивости грунтовых массивов, давления грунта на сооружения. Основное внимание здесь уделено методам решения задач, наиболее часто встречающихся в практике промышленного и гражданского строительства. Механика грунтов, основания и фундаменты ...

• одномерные задачи — рассматривается зависимость функций от одной пространственной координаты;
• плоские задачи — решение рассматривается в двух измерениях;
• пространственные задачи — решение рассматривается в трёх измерениях.

Обычно на практике пространственные конструкции стремятся расчленить на плоские элементы, которые рассчитать намного легче, однако это не всегда возможно.

Строительная механика разделяется также на линейную и нелинейную. Различают геометрическую и физическую нелинейности. Геометрическая нелинейность уравнений строительной механики возникает при больших перемещениях и деформациях элементов, что сравнительно редко встречается в строительных конструкциях, за исключением вантовых. Физическая нелинейность появляется при отсутствии пропорциональности между усилиями и деформациями, т.е. при применении неупругих материалов. Физической нелинейностью обладают в той или иной степени все материалы и конструкции. Однако с определенной точностью при небольших усилиях нелинейные физические зависимости заменяют линейными.

Так же принято различать статические и динамические задачи — последние учитывают инерционные свойства конструкции и фактор времени.

Строительная механика разделяется также на разделы, относящиеся к расчету конструкций определенного вида, а именно: стержневых конструкций, в том числе ферм, рам, балочных систем и арок, пластин и пластинчатых систем, оболочек, гибких нитей и вантовых систем, упругих и неупругих оснований, мембран и т. д.

Иногда Строительная механика называется теорией сооружений, имея при этом в виду весь комплекс указанных выше дисциплин, которые в современной науке о прочности настолько тесно взаимосвязаны, что точное установление их границ затруднительно. Другое (теперь уже устаревшее) название Строительная механика — статика сооружений — возникло в то время, когда в Строительная механика не включались вопросы динамического расчёта.

1.2 Основные методы Строительная механика

Для выполнения расчёта сооружения устанавливают его расчётную схему (модель).

С этой целью из реального сооружения мысленно удаляют элементы, воспринимающие только местные нагрузки и практически не участвующие в работе сооружения в целом, и получают идеализированную, упрощённую схему (как бы скелет) сооружения. Элементы сооружения на расчётной схеме условно изображаются в виде линий, плоскостей, а также некоторых кривых поверхностей. В соответствии с рассматриваемыми в Строительная механика системами сооружений различают расчётные схемы 3 видов:

• дискретные, состоящие из отдельных стержней или элементов, связанных между собой в узлах (фермы, рамы, арки);
• континуальные, состоящие, как правило, из одного непрерывного элемента (например, оболочки);
• дискретно-континуальные, содержащие наряду с континуальными частями также и отдельные стержни (например, оболочка, опирающаяся на колонны).

  В расчётах учитывается совместность (взаимосвязанность) деформаций всех элементов сооружения.

Встречающиеся на практике системы сооружений, в зависимости от методики их расчёта, подразделяют на две основных типа: статически определимые системы, которые могут быть рассчитаны с использованием только уравнений статики; статически неопределимые системы, для расчёта которых в дополнение к уравнениям статики составляются уравнения совместности деформаций.

Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений сп

... грунтов по сейсмическим свойствам. 5 ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЙ И СОСТАВ РАБОТ 5.1 Обследование строительных конструкций зданий и сооружений проводится, как правило, в три связанных между ... них. 4.3 При обследовании зданий объектами рассмотрения являются следующие основные несущие конструкции: фундаменты, ростверки и фундаментные балки; стены, колонны, столбы, пилястры; перекрытия и покрытия ...

При расчёте дискретных статически неопределимых систем (для которых справедлив принцип независимости действия сил) применяют три основных метода:

1. метод сил,
2. метод перемещений и
3. смешанный.

При расчёте по методу сил часть связей в выбранной расчётной схеме сооружения «отбрасывается», с тем чтобы превратить заданную систему в статически определимую и геометрически неизменяемую (основную) систему. «Отброшенные» связи заменяют силами (т. н. лишними неизвестными), для определения которых составляют (исходя из условия тождественности деформаций основной и заданной систем) канонические уравнения. Найденные при решении этих уравнений лишние неизвестные «прикладываются» вместе с нагрузкой к основной системе как внешние силы, после чего определяются (методами сопротивления материалов) внутренние усилия в элементах системы и перемещения её отдельных точек.

В отличие от метода сил, при методе перемещений основная система получается из данной путём наложения дополнительных (лишних) связей, с тем чтобы превратить её в сочетание элементов, деформации и усилия которых заранее изучены. За лишние неизвестные принимаются перемещения по направлению лишних связей. Для их определения составляется система уравнений, вытекающих из условия равенства нулю реакции в лишних связях.

Смешанный метод представляет собой сочетание методов сил и перемещений; основная система образуется путём удаления одних и наложения др. связей. Поэтому лишними неизвестными являются и силы, и перемещения.

При расчёте континуальных статически неопределимых систем за неизвестные принимают функции перемещений или усилий, для определения которых составляют необходимые дифференциальные уравнения. В результате решения последних находят величины внутренних силовых факторов (усилий).

Использование в расчётной практике ЭВМ позволяет применять для расчёта континуальных систем также и дискретные расчётные схемы. В этом случае континуальную систему разделяют на т. н. конечные элементы, которые соединяются между собой жёсткими или упругими связями. При расчёте систем с разделением их на конечные элементы применяется как метод сил, так и метод перемещений, причём, если выбор метода при расчёте традиционными способами связывался с количеством совместно решаемых уравнений, то с появлением ЭВМ предпочтение, как правило, отдаётся методу перемещений, позволяющему проще определять коэффициенты при неизвестных. Для определения перемещений упругих систем применяется формула Мора, полученная на базе основных теорем Строительная механика, и, в частности, обобщённого принципа возможных (виртуальных) перемещений.

При учёте пластических деформаций материала задача становится физически нелинейной, т.к. в этом случае принцип независимости действия сил неприменим. Встречаются также геометрически нелинейные системы, при расчёте которых вследствие значительной величины перемещений необходимо учитывать изменения геометрии системы и смещение нагрузки в процессе деформации. При расчёте нелинейных систем обычно применяется метод последовательных приближений, причём в пределах каждого приближения система считается упругой.

Строительная классификация грунтов. Методы определения характеристик ...

... Грунты. Классификация» грунты подразделяются на два класса: А) скальные грунты (с жесткими связями); В) нескальные грунты (без жестких связей). Скальные грунты ... грунт рассматривают как трехкомпонентную систему. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства. В зоне влияния промышленных и гражданских сооружений, т.е. ...

Важной задачей Строительная механика является изучение условий устойчивости и колебаний сооружений. При расчётах на устойчивость применяются статические, энергетические и динамические методы, с помощью которых определяются критические параметры, характеризующие совокупность действующих сил. Величины критических параметров (в простейших случаях — критических сил) зависят от геометрии сооружения, особенностей нагрузок и воздействий, а также от констант, характеризующих деформативность материала. Наиболее сложными являются расчёты сооружений на устойчивость при действии динамических сил. Теория колебаний в Строительная механика, помимо методов определения частот и форм колебаний сооружений, содержит разделы, посвященные вопросам гашения вибраций, принципам и методам виброизоляции.

Использование ЭВМ позволяет широко применять при решении задач современной Строительная механика методы линейной алгебры с матричной записью не только систем уравнений, но и всех вычислений, связанных с определением силовых факторов и перемещений, критических нагрузок и т.д. В связи с этим составляются специальные алгоритмы и программы с полной автоматизацией всех вычислительных процессов. В настоящее время для решения практических задач строительной механики активно используются различные численные методы с применением вычислительной техники, в частности наибольшее распространение получил метод конечных элементов