Задачи курса строительная механика

В отличие от сопротивления материалов, где основным объектом исследования выступает элемент конструкции в виде стержня, в курсе строительной механики изучают методы расчета на прочность, жесткость и устойчивость самих конструкций, представленных расчетными схемами. В расчетных схемах реальные элементы конструкций заменяются осевыми линиями, в качестве опорных устройств используются схемы шарнирного и жесткого опирания, действующие нагрузки представлены в виде сосредоточенных сил, моментов и распределенных нагрузок.

По особенностям работы принято различать следующие основные расчетные схемы конструкций (рис. 1.1): многопролетные балки; арки; фермы; рамы; вантовые конструкции, комбинированные системы.

Некоторые авторы учебных пособий в курс строительной механики включают методы расчета континуальных (сплошных) систем, к которым относятся такие конструкции как балки-стенки (рис. 1.2,а), у которых длина пролета l соизмерима с высотой h, пластинки, работающие на изгиб (рис. 1.2,б), оболочки различных очертаний (рис. 1.2,в,г) и т. д. Как правило, эти объекты изучаются в курсе теории упругости.

Рис. 1.2

Стержневые системы на рис. 1.1 с индексом (а) относятся к статически определимым системам. Их расчет может быть выполнен с исполь­зованием только уравнений статики по методикам расчета стержня, в основе ко­торых лежит метод сечений. Индексом (б) отмечены примеры статически неопределимых стержневых конструкций. При расчете таких конструкций кроме уравнений статики необходимо рассматривать и деформации данной конструкции в виде уравнений совместности деформаций. Естественно, что расчет статически неопределимых систем производится с использованием особых методов, которые можно свести к двум основным - методу сил и методу перемещений. Континуальные системы изначально являются статически неопределимыми.

В настоящее время разработаны мощные программные продукты, позволяющие производить расчет практически любых стержневых и континуальных конструкций с использованием современной компьютерной техники.

Как наука, строительная механика берет свое начало с работы Галилео Галилея «Беседы» (1634 г.) в которой обсуждаются вопросы прочности. В 1660 году Гук, рассматривая работу консольной балки, предположил, что нагрузка и деформации связаны линейной зависимостью, а прогиб не пропорционален площади стержня. Наибольший вклад в развитие механики деформируемого твердого тела внесли Эйлер (1744 г.), Навье (1826 г.), Ламе, Клайперон, Журавский, Ясинский, Максвелл, Мор. В 20 веке – Тимошенко, Крылов, Галеркин, Шухов, Стрелецкий, Рабинович, Власов, Смирнов, Шапошников и др.

Основные методы расчета были разработаны в конце X IX века, а до этого надежность конструкций доказывалась личной храбростью проектировщика. Так архитектор Матвей Казаков при раскружаливании стропил стоял на куполе здания Сената (конец XVIII века), архитектор Росси при проектировании и строительстве Александрийского театра использовал для перекрытия арочные фермы и вынужден был написать письмо министру двора о личной ответственности за конструкцию – обещал стоять под перекрытием при снятии лесов.