Тема 3.1 Основные понятия и расчетные схемы сооружений

1. Основные понятия

Задача статики сооружение - изучение методов расчета на прочность, жесткость и устойчивость при статическом действии нагрузок на отдельные конструкции. 

Сооружение — это совокупность твердых тел, неподвижно соединенных между собой. Строительная механика обеспечивает строительство инженерных сооружений современными  методами статического и динамического расчета.

Требования, предъявляемые к сооружениям:

1. прочность, жесткость и устойчивость;
2. экономичность;
3. неподвижность относительно основания и неизменность  приданной геометрической формы в течение всего срока службы.

Задачами  строительной механики являются определение внутренних усилий во всех элементах сооружений, изучение  упругих  перемещений, возникающих  под действием внешней нагрузки, исследование устойчивости сооружений ,а также установление законов  образования наивыгоднейших форм сооружений.

Основные гипотезы и допущения 

1. Изотропность тел (однородность).
2. Линейная  зависимость  между  напряжениями и деформациями.
3. Замена действительного сооружения  его  расчетной схемой.
4. Расчленение пространственных систем на плоские.
5. Геометрическая неизменяемость сооружения.
6. Принцип независимости действия сил.

Классификация сооружений:

     1. По геометрическим признакам:

• a)стержневые (фермы, рамы);
• b) плоские и пространственные (складки, купола);
• c)массивные (подпорные стены, фундаменты).

    2. По способу соединения элементов:

• a) с шарнирным соединением (фермы);
• b) с жестким соединением (рамы).

      3. По направлению опорных реакций:

• a) безраспорные (балочные системы);
• b) распорные (арочные системы).

4. По кинематическому признаку:

• a) геометрически неизменяемые;
• b) геометрически изменяемые.

Расчетная схема — это упрощенное изображение действительного сооружения, на котором указывают размеры элементов и способы их соединения, все нагрузки и опоры. Расчетная схема должна обеспечить расчету достаточную достоверность и точность. 

Классификация нагрузок:

1. По способу приложения:

• —      сосредоточенные;
• —      распределенные.

2. По времени действия:

• —      постоянные;
• —       временные.

3. По характеру действия:

—     статические;

—     динамические — меняют с течением времени свою величину или положение и притом достаточно быстро (ударные, вибрационные, сейсмические);

2. Расчетная схема сооружения. Классификация расчетных схем

      Большинство сооружений имеют сложные соединения составляющих их элементов. Расчет такого сооружения как единого целого оказывается весьма сложным. Для расчета прибегают к упрощениям, сознательно отказываясь от целого ряда сравнительно маловажных факторов, и оперируют упрощенными схемами сооружений, называемыми расчетными схемам

Расчетная схема представляет собой упрощенное изображение действительного сооружения.

Выбор расчетной схемы представляет ответственную задачу. Расчетная схема должна позволить сделать расчет сооружения по степени сложности практически приемлемым и в то же время обеспечить расчету достаточную достоверность и точность.

     Расчетные схемы классифицируются по следующим признакам:

1.  По способу соединения элементов: а)  с шарнирным соединением, б) с жестким соединением
2. По направлению опорных реакций:

а) безраспорный, в которых от действия вертикальных нагрузок возникают только вертикальные реакции связей.

б) распорные, в которых от действия вертикальных нагрузок возникают вертикальные и горизонтальные реакции связей

     3. По методам расчета:

• а) статически определяемые системы, если для расчета достаточно уравнения статического равновесия;
• б) статически неопределяемые системы, если для расчета необходимо дополнительные уравнения 

3. Степень свободы плоской системы

           Сооружение, которое под действием приложенных сил в результате деформации его отдельных элементов незначительно изменяет свою форму и размеры, называется геометрически изменяемым  рис.1а, 1б

           Сооружение, которое под действием  даже незначительной нагрузки п изменяет свою форму и положение вследствие движения его отдельных элементов без их деформации, называется геометрически изменяемым  рис.2

рис1 геометрически неизменяемая

рис 2 геометрически изменяемая

      Показателем изменяемости структуры и положения сооружения является системой свободы сооружения 

      Степенью свободы сооружения называется число независимых геометрических параметров, определяющих перемещение всех его элементов на плоскости.

       Элемент из абсолютно жесткого материала, не изменяющий своей формы и размеров называется диском. 

В сооружениях диски соединяются между собой и прикрепляются к основанию тремя видами связей:

1. Стержень с шарниром на концах - связь первого вида;  при этой связи одна реактивная сила
2. Простой цилиндрический шарнир - связь второго вида; при этой связи возникает две реакции связи
3. Жесткое соединение двух дисков - связь третьего вида; при этой связи возникает две реактивной связи и реактивный момент

4. Правило образования геометрически изменяемых систем