Расчет токов короткого замыкания в электрической системе
Расчетные схемы сооружений и их классификация
Построение расчетной схемы, типы конечных элементов
КЛАССИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ СООРУЖЕНИЙ
1 Предмет и задачи строительной механики. Основные уравнения. Физические модели. Гипотезы.
Классификация расчетных схем сооружений.
Предмет и задачи строительной механики. Расчетные схемы сооружений и их классификации. Связи и опорные устройства. Единый объект, построенный сооруженный человеком, называется сооружением. 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, даже с точки зрения современных знаний, говорят об искусстве и большом опыте древних строителей. Вопросами расчета сооружений занимается специальная наука строительная механика , которую часто называют механикой сооружений. Самостоятельно как наука строительная механика начала развиваться в первой половине XIX века в связи с начавшимся активным строительством мостов, железных дорог, плотин, судов и крупных промышленных сооружений. В XX веке в результате развития методов расчета и компьютерных технологий строительная механика поднялась на современный высокий уровень. Отсутствие методов расчета таких сооружений не позволяло осуществить легкие, экономичные и одновременно надежные конструкции. Ряд его выводов о сопротивлении балок изгибу являются ценными и сегодня. Однако создать цельную теорию изгиба балок ему так и не удалось, ибо он ошибочно считал, что при изгибе все волокна балок растянуты. Это, в свою очередь, привело к решению задачи об изгибе балки, поставленной Галилеем. Большое значение в тот период времени в развитие механики имели работы Эйлера и Лагранжа, успехи высшей математики. Развитие методов расчета статически неопределимых систем связано, например, с именами Б. Клапейрона уравнение трех моментов для расчета неразрезных балок , Дж. Мора определение перемещений в упругих системах по заданным внутренним силам. Ломоносов , в частности, сформулированный им закон сохранения энергии является одним из основополагающих в строительной механике, На базе его разработан универсальный метод определения перемещений. Значителен вклад в развитие механики, особенно в области экспериментальных методов, русского механика И. Кулибина - гг. Он разработал проект арочного деревянного моста пролетом м через Неву, при этом он первым применил при расчете усилий правило веревочного многоугольника сил. Одним из самых блестящих проектов металлического моста также принадлежит И. Он предложил его в виде трехарочной системы. Дальнейшее развитие теория и практика мостостроения получили в работах Д. Журавского - гг. Он разработал теорию расчета плоских ферм. Ему же принадлежит создание теории касательных напряжений при изгибе. Значительный вклад в становление и развитие строительной механики внесли Х. Головин расчет арок и кривых стержней методами теории упругости , Н. Белелюбский мостостроение, применение в мостах железобетона, литого железа, издание курса строительной механики , Ф. Ясинский исследования по теории устойчивости стержней , В. Кирпичев законы подобия, превосходные учебники по строительной механике. В конце XIX - начале XX вв. Крылов теория корабля, приближенные методы решения задач механики , С. Тимошенко теория изгиба и устойчивости, задачи теории пластин и оболочек, выдающиеся учебники, не потерявшие своего значения и в настоящее время , Г. Колосов плоская задача теории упругости , И. Бубнов вариационные методы , Б. Галеркин теория пластин и оболочек, приближенные методы. Большое количество работ посвятил статике сооружений замечательный инженер, академик В. Гиперболоидные ажурные башни, наливные речные и морские суда, сетчатые своды получили широкое распространение во всем мире благодаря его таланту. Он же положил начало развития актуальнейшего в настоящее время направления строительной механики - оптимизация конструкций. Проскуряков — впервые предложил при строительстве моста через Енисей шпренгельные фермы, а усилия в них он определял посредством линий влияния. Всеобщую признательность завоевали труды таких выдающихся ученых как Н. Мусхелишвили плоская задача теории упругости , М. Келдыш задачи механики самолета , М. Лаврентьев приложение функций комплексных переменных в механике В. Власов теория оболочек , И. Рабинович теория стержневых систем и др. В связи с появлением ЭВМ существенные видоизменения произошли в статике и динамике сооружений. Широкое распространение получил метод конечных элементов, на базе которого создан ряд мощных автоматизированных комплексов по расчету зданий и сооружений Лира, Феникс и др. Строительной механикой , в широком смысле, называется наука о методах расчета сооружений на прочность, жесткость и устойчивость при действии на них статических статика сооружений и динамических динамика сооружений нагрузок. Строительная механика является и теоретической, и прикладной наукой. Воздействие нагрузок приводит как к деформированию отдельных элементов, так и самого сооружения в целом. Расчетом и теоретической оценкой результатов их воздействия занимается механика деформированного твердого тела. Частью этой науки является прикладная механика сопротивление материалов , занимающаяся расчетом простейших сооружений или их отдельных элементов. Другая ее часть — строительная механика уже позволяет рассчитывать разные и весьма сложные многоэлементные сооружения. Механика деформированного твердого тела широко используются методы теоретической механики, изучающей равновесие и движение твердых тел, условно принимаемых за абсолютно твердые. Для правильного расчета сооружений следует правильно применять общие законы механики, основные соотношения, учитывающие механические свойства материала, условия взаимодействия элементов, частей и основания сооружения. Чем подробнее изучаются внутреннее строение сооружения, действующая на него нагрузка и особенности материала, тем сложнее становится его математическая модель. На следующей схеме рис. В классической строительной механике рассматриваются только стержневые системы. Однако практические потребности предопределили появление новых, специальных курсов строительной механики, где рассматриваются нестержневые системы. В этих курсах широко используются методы теории упругости, которые более сложны, чем методы классической строительной механики. Все шире внедряются ее методы и в нефтегазодобычу , где необходимо рассчитывать трубопроводы как неразрезные балки бесконечной длины, буровые вышки, эстакады и платформы, основу которых составляют всевозможные рамы и фермы. Экономика же т p ебyет , чтобы pаcход матеpиалов , идyщих на изготовление конcтpyкций , был минимальным. Современная строительная механика имеет целый ряд классификаций решаемых задач. Различают плоские задачи, которые решаются в двух измерениях, и пространственные задачи, решаемые в трех измерениях. Обычно пространственные конструкции стремятся расчленить на плоские элементы, расчет которых значительно проще, однако это не во всех случаях удается. Большинство основных методов расчета и теорем излагается применительно к плоским системам. Дальнейшие обобщения на пространственные системы, как правило, требуют лишь написания более громоздких формул и уравнений. Строительная механика разделяется также на линейную и нелинейную. Обычно задачи строительной механики решаются в линейной постановке. Но при больших деформациях или использовании неупругих материалов ставятся и решаются нелинейные задачи. Различают геометрическую и физическую нелинейности. Геометрическая нелинейность уравнений строительной механики обычно возникает при больших перемещениях и деформациях элементов, что в строительных конструкциях встречается сравнительно редко. Физическая нелинейность появляется при отсутствии пропорциональности между усилиями и деформациями, то есть при использовании неупругих материалов. Физической нелинейностью в той или иной степени обладают все конструкции, однако при небольших напряжениях нелинейные физические зависимости можно заменить линейными. Различают также статические задачи строительной механики и динамические. Если в статике сооружений внешняя нагрузка постоянна и элементы и части системы находятся в равновесии, то в динамике сооружений рассматривается движение системы под воздействием переменных динамических нагрузок. Сюда же следует отнести задачи, связанные с учетом вязких свойств материалов, ползучести и длительной прочности. Таким образом, существует строительная механика неподвижных систем и строительная механика движущихся систем , куда входят, в частности, динамика сооружений и теория ползучести. Сравнительно новым направлением в строительной механике является изучение систем со случайными параметрами , то есть такими, величина которых может быть предсказана лишь с определенной вероятностью. Например, величина максимальной снеговой нагрузки за заданный период времени является вероятностной величиной. Расчет сооружений с учетом вероятности появления тех или иных состояний составляет предмет теории надежности и вероятностных методов расчета , являющихся неотъемлемой частью строительной механики. Строительная механика разделяется также на направления, относящиеся к расчету конструкций определенного вида: Так как предметом ст p оительной механики является изучение пpочноcти и жесткости инженерных конcтpyкций , поэтому, как правило, для изyчения этих cвойcтв обычно доcтаточно pаccмотpеть ее yпpощеннyю cхемy , c определенной точноcтью отpажающyю дейcтвительнyю pаботy поcледней. Упрощенная модель сооружения называется расчетной схемой. Расчетная схема, представленная в виде системы элементов, называется системой. В расчетной схеме стержни заменяются их осями, опорные устройства — идеальными опорными связями, шарниры предполагаются также идеальными в которых отсутствует трение , усилия на стержни принимаются через центры шарниров. Любое сооружение представляет собой пространственный объект. Действующая на него внешняя нагрузка также является пространственной. Значит, и расчетную схему сооружения надо выбирать как пространственную. Однако такая схема приводит к сложной задаче составления и решения большого числа уравнений. Поэтому реальное сооружение рис. Выбор и обоснование расчетной схемы — задача чрезвычайно ответственная, сложная, требующая высоких профессиональных навыков, опыта, интуиции, в определенной мере — искусства. Особенностью выбора расчетной схемы состоит диалектическая противоречивость задачи. С одной стороны естественно желание учесть в расчетной схеме как можно большее число факторов, определяющих работу сооружения, так как в таком случае модель становится близкой к реальному сооружению. В то же время стремление учесть множество факторов, среди которых есть и основные и второстепенные, перегружают математическую модель, она становится чрезмерно сложной, для ее решения потребуются большие затраты времени, применение приближенных методов, что в свою очередь может увести далеко от реальной картины. Актуальны и по сей день рекомендации С. Можно считать заведомо неточно, а лишь приближенно. Нужно только точность вычислений согласовать с необходимой для приложений точностью результатов ". Следует отметить, что для одного и того же сооружения можно выбирать разные расчетные схемы. Выбор хорошей расчетной схемы приводит к экономии вычислений и точности результатов расчета. Расчетные схемы сооружений можно классифицировать по-разному. Например, различают плоские и пространственные расчетные схемы, расчетные схемы по типу или способу соединения элементов, по направлению опорных реакций, по статическим и динамическим особенностям и т. Можно попытаться выделить следующие основные моменты процедуры выбора расчетной схемы: На практике широкое распространение получили стандартные расчетные схемы — стержни и системы из них, плиты, оболочки, массивы т. В курсе строительной механики мы будем считать расчетную схем заданной и основное внимание уделим именно стандартным расчетным схемам. Расчетная схема кон c тpyкции cоcтоит из ycловных элементов: Используются элементы разных типов: Частным видом стержней являются гибкие нити тросы, канаты, цепи, ремни , которые работают только на растяжение, не оказывая сопротивления сжимающим и изгибающим воздействиям. Ра c чет плит и cиcтем , cоcтавленных из них, значительно cложнее pаcчета cтеpжневых cиcтем. Простейшие сооружения, состоящие из таких элементов, можно подразделять на следующие типы — стержневые сооружения рис. Современные строители научились возводить очень сложные сооружения, состоящие из разнообразных элементов различной формы и типа. Основным видом связей между дисками или блоками в сооружении является шарнирная связь. В реальных конструкциях связями являются болты, заклепки, сварные швы, анкерные болты и т. Простой одиночный шарнир рис. Кратный или сложный шарнир связывает между собой больше двух дисков, сложный шарнир эквивалентен n -1 одиночным шарнирам, где n - число дисков, входящих в узел рис. Сооружения опираются или закрепляются к основанию через какие-то опорные устройства. Взаимосвязь между сооружением и его основанием в расчетных схемах учитывается с помощью специальных знаков — опор. Реакции, возникающие в опорах, совместно с действующими нагрузками, образуют уравновешенную систему внешних сил. В пространственных и плоских расчетных схемах используются много типов опор. Основные типы опор плоских систем. Рассмотрим некоторые типы простых сооружений. Балка — изгибаемый брус. Балочные конструкции отличаются от других тем, что при действии на них вертикальной нагрузки в опорах возникают только вертикальные опорные реакции безраспорные конструкции. Балки бывают однопролетными или много-пролетными. Многопролетные балки бывают разрезные рис. Колонна стойка - конструкция типа балки, устанавливаемая вертикально. Колонна воспринимает, как правило, сжимающие усилия. Рама — система прямых ломаных или кривых стержней. Ее стержни могут соединяться жестко или через шарнир. Стержни рам работают на изгиб с растяжением или сжатием. Вот некоторые типы рам: Ферма — система стержней, соединенных шарнирами. Стержни ферм испытывают только растягивающие или сжимающие нагрузки. Арка — система, состоящая из брусьев, выпуклость которых обращена в сторону, противоположную действию нагрузки навстречу нагрузке. Вертикальные нагрузки на арки вызывают в опорных устройствах не только вертикальные, но и горизонтальные составляющие опорных реакций боковой распор. Поэтому эти конструкции носят название распорных. Существуют более сложные системы как комбинации простых систем. Они называются комбинированными системами. По статическим особенностям различают статически определимые и статически неопределимые системы. Механические свойства материалов конструкций. Объектом исследования в строительной механике является идеально упругое тело, наделенное следующими свойствами: Свойства мате p иала конcтpyкции имеют важное значение для хаpактеpа ее pаботы. Дей c твительная диагpамма pаботы деформирования cтали Cт. Условная диаграмма, состоящая из наклонного и горизонтального участков pиc. Поэтомy c точки зpения безопаcноcти конcтpyкции С т. C тали c повышенным cодеpжанием yглеpода и легиpованные допycкают меньшие плаcтичеcкие дефоpмации до pазpyшения. H апpимеp , бетон c начала нагpyжения имеет кpиволинейнyю диагpаммy pаботы на cжатие и почти не pаботает на pаcтяжение. Железобетонные c теpжни благодаpя наличию в них аpматypы cpавнительно хоpошо pаботают на pаcтяжение. Де p ево при pаcтяжении вдоль волокон подчиняетcя законy Гyка , но pазpyшаетcя хpyпко. Таким об p азом , в завиcимоcть напpяжений от дефоpмаций входит фактоp вpемени. H аиболее хоpошо pазpаботаны методы pаcчета конcтpyкций из yпpyгих матеpиалов , то есть подчиняющихcя законy Гyка. Основные разрешающие уравнения строительной механики. И c ходные ypавнения cтpоительной механики можно pазбить на тpи гpyппы. Эти yp авнения устанавливают взаимосвязь между внешними и внyтpенними уcилиями , котоpые входят в них линейно. Таким об p азом , ypавнения pавновеcия вcегда линейные. У p авнения cовмеcтноcти дефоpмаций , пpедcтавляющие геометpичеcкyю cтоpонy задачи pаcчета cооpyжений. Примером такого уравнения может служить дифференциальное уравнение изогнутой оси балки, известное из курса сопротивления материалов: Для многих мате p иалов эти ypавнения можно полyчить на оcнове закона Гyка. Основные гипотезы строительной механики. Принято считать, что при рассмотрении задач строительной механики, деформации малы по сравнению с единицей, а перемещения — по сравнению с размерами тела. Эта гипотеза позволяет рассматривать в нагруженном состоянии недеформированную форму тела. Кроме того, в основу положена линейная связь между внешними силами и перемещениями или между деформациями и напряжениями. Е c ли вcе ypавнения: Этот п p инцип фоpмyлиpyетcя таким обpазом: Внешние и внутренние силы. Внешние силы, действующие на сооружение называются нагрузкой. Кроме того, за нагрузку могут приниматься различные сочетания внешних сил, изменение температуры, осадки опор и т. Например, объемная нагрузка действует во всех точках сооружения собственный вес, инерционные силы и др. К примеру, постоянная нагрузка действует постоянно и зачастую сохраняется в течение всей жизни сооружения собственный вес , временная нагрузка действует только в определенный период или момент снег, ветер. Например, статическая нагрузка действует так, что сооружение сохраняет статическое равновесие. А динамическая нагрузка вызывает инерционные силы и нарушает это равновесие. Источниками динамической нагрузки являются различные машины и механизмы, ветер, землетрясения и др. П одвижные нагрузки меняют свое положение поезд, автотранспорт, группа людей и т. Нагрузка, распределяясь между элементами сооружения, вызывает внутренние напряжения и деформации. В строительной механике определяются их обобщенные характеристики — внутренние усилия и перемещения. А сами напряжения и деформации определяются через внутренние усилия по известным формулам сопротивления материалов. Подбор размеров поперечных сечений или проверка прочности сооружений выполняются по методам сопротивления материалов, для чего необходимо знать величину внутренних силовых факторов в поперечных сечениях элементов сооружений: С этой целью строят соответствующие эпюры. Для расчета внутренних усилий используют известный метод сечений. Различают три метода расчета сооружений: При расчете на прочность за опасные напряжения принимают предел текучести для пластичных материалов и предел прочности временное сопротивление для хрупких. При оценке устойчивости разрушающими считаются критические напряжения. Таким образом, при использовании метода расчета по допускаемым напряжениям о прочности всей конструкции судят по напряжениям в опасных точках, что имеет смысл для систем, напряжения в которых распределяются равномерно по сечениям, и систем, в которых разрушение одного элемента влечет за собой разрушение всей конструкции в целом например, статически определимые фермы. Для многих конструкций, изготовленных из пластичных материалов, появление в какой—либо точке напряжений, равных разрушающим, еще не означает, что данная система выйдет из строя разнообразные балки, статически неопределимые системы. Это относится и к тем конструкциям, в которых появление местных трещин не является признаком начала разрушения сооружения. В таких случаях наиболее полно учитываются резервы прочности при использовании метода расчета по допускаемым нагрузкам, когда нагрузку, действующую на сооружение, сравнивают с допустимой: Этот метод применяется для расчета железобетонных, бетонных и каменных конструкций. Общим недостатком первых двух методов является наличие единого коэффициента запаса, не позволяющего дифференцированно подходить к оценке влияния всех факторов, определяющих прочность и жесткость сооружения. Этого недостатка лишен метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям. Предельным называют такое состояние конструкции, при котором она теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или становится непригодной для дальнейшей эксплуатации. Поэтому различают две группы предельных состояний: Наибольшее усилие в элементах конструкции не должно превышать его минимальной несущей способности: Для определения S расч и S пред берется не общий коэффициент запаса, а целая система коэффициентов: Нагрузка, соответствующая условиям нормальной эксплуатации, называется нормативной, а нагрузка, для восприятия которой служит сооружение — полезной. Все нагрузки разделяются на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам относят постоянно действующие виды полезной нагрузки и собственный вес конструкции. Нагрузки, которые при расчете сооружения могут считаться действующими или отсутствующими в данный момент времени, называются временными. К ним относятся снеговые и ветровые нагрузки, а также подвижные вес движущегося автомобиля, вес скопления людей и т. Расчетные усилия принимаются как сочетание постоянных и временных нагрузок с раздельной оценкой вероятности превышения ими нормативной нагрузки и определяются по расчетной нагрузке: Предельное сопротивление предельная внутренняя сила. Тогда условие прочности можно записать в виде. При расчете сооружений по второй группе предельных состояний необходимо выполнить условие, обеспечивающее нормальную эксплуатацию сооружения: Уфа, почтовый ящик
Поиск наибольшего значенияв excel
Танк т 34 из картона схема
Каталоги бытовой техники ремонта
Формирование новой политической структуры современного мира
Пионер улан удэ расписание
Новости края ст