автордың кітабын онлайн тегін оқу Строительная механика
Информация о книге
УДК 624.04
ББК 38.112
Б43
Автор: Белоконь М. А.
Рецензенты:
Друзь И. Б., д-р техн. наук, профессор;
Рудых О. Л., канд. техн. наук, профессор.
Учебно-методический комплекс включает в себя рабочую учебную программу, учебное пособие для оказания методической помощи при изучении курса и выполнении курсовой работы по дисциплине, методические указания для выполнения контрольных работ и курс лекций для студентов заочной формы обучения по направлению 270102 «Строительство».
УДК 624.04
ББК 38.112
© Дальневосточный государственный технический университет, 2008
© ДВФУ, 2015
© ООО "Проспект", электронная версия книги, 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий учебно-методический комплекс написан в помощь студентам заочной формы образования для изучения дисциплины «Строительная механика». Эта дисциплина, при должном её освоении, даёт в руки специалиста методы расчёта несущих строительных конструкций, проверки их прочности и назначения размеров поперечных сечений элементов.
В состав УМКД включены: рабочая учебная программа, учебное пособие, методические указания и цикл лекций.
Рабочая учебная программа (РУП) включает перечень лекционного и практического материала, необходимого при освоении дисциплины и выполнения курсовой работы и контрольных заданий. Кроме этого, в РУП включены тестовые вопросы, задачи и ответы к ним для контроля усвоения материала, а также перечень экзаменационных вопросов и список литературы.
Главной целью учебного пособия является оказание помощи студентам заочникам в выполнении курсовой работы «Расчёт многопролётных, многошарнирных балок», в изучении теоретического материала по вопросам, затронутым в курсовой работе. В пособии приведены варианты курсовых работ, подробно рассмотрен пример выполнения и даны необходимые справочные материалы, которые требуются в процессе выполнения работы.
Методические указания к выполнению контрольных заданий, предусмотренных для студентов заочной формы обучения, включают подробные рекомендации и порядок выполнения задач. Приведены схемы заданий и правила выбора варианта, есть список литературы, необходимый при выполнении контрольных заданий.
Курс лекций, представленный в УМКД, даёт возможность студентам кроме традиционных тем исследовать вопросы расчёта плит (приведены соответствующие таблицы для расчёта). В разделе статически неопределимых систем приведён пример расчёта рамы методом сил.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
ВВЕДЕНИЕ
Инженер, получивший диплом по специальности «Промышленное и гражданское строительство» должен уметь решать задачи, соответствующие его квалификации: иметь представление об основных тенденциях развития архитектуры, конструктивных решениях промышленных и гражданских зданий, знать основные понятия, законы и методы механики деформируемого твёрдого тела, уметь разбираться в принципах работы элементов в конструкциях и сооружениях различного назначения, владеть методами расчёта конструктивных элементов сооружений и здания в целом, знать современные методы и программное обеспечение, работать с вычислительной техникой.
Хороший инженер должен знать принципы и методы расчёта стержневых деформируемых систем, состоящих из стержней, пластин, оболочек, владеть навыками проектировочных расчётов (назначением размеров поперечных сечений) всех элементов зданий и сооружений, знать методы оптимизации строительных конструкций.
Цель и задачи дисциплины «Строительная механика»
Целью освоения курса «Строительная механика» студентами заочной формы обучения по специальности 270102 «Строительство» по специальности «Промышленное и гражданское строительство» является получение навыков в формировании системы взглядов на прочность сооружений и отдельных его элементов, правильном выборе методов расчёта сооружения и его элементов с учётом выбранного материала, из которого будут возводиться элементы здания, и назначении размеров несущих элементов здания исходя из условий их прочности, устойчивости, жесткости и долговечности.
При этом решаются следующие задачи:
• изучение кинематического анализа стержневых систем;
• определение методов расчёта усилий в статически определимых стержневых системах при действии постоянной и временной нагрузок;
• исследование основных теорем о линейно-деформируемых системах;
• определение перемещений в стержневых системах;
• изучение расчётов статически неопределимых систем методами сил, перемещений, смешанным и комбинированным;
• изучение расчёта сооружений методом конечных элементов;
• исследование динамического расчёта сооружений и расчёта на устойчивость.
Начальные требования к освоению дисциплины
Основополагающими дисциплинами, являющимися фундаментом для изучения строительной механики, являются физика, теоретическая механика, сопротивление материалов, а также хорошее знание дисциплины конструирование зданий и сооружений. Первая дисциплина даёт первичные понятия о силах, вторая – о недеформированных системах, их перемещениях и взаимодействиях, третья дисциплина позволяет оперировать такими понятиями как сопротивление материалов и внутренние усилия в линейно-деформируемых системах, а последняя дисциплина необходима при работе с расчётной схемой сооружения – моделью реального сооружения, отражающей все его основные свойства, необходимые при прочностном расчёте сооружений. Например, она позволяет переносить работу сил с реальных сооружений на их расчётные схемы, которыми оперирует расчётчик, на их отдельные элементы, показывать их взаимодействие друг с другом.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате теоретического изучения дисциплины «Строительная механика» студент должен знать:
• методы системного анализа при решении научно-технических, организационно-технических и конструкторско-технологических задач в области промышленного и гражданского строительства;
• методы проведения теоретических и экспериментальных исследований с использованием современного оборудования и вычислительной техники;
• эффективные проектные решения, отвечающие требованиям перспективного развития отрасли;
• методы разработки технических заданий на новое строительство, расширение и реконструкцию зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения с технико-экономическим обоснованием принимаемых решений, с учётом экологической чистоты строительных объектов.
В результате практического изучения дисциплины «Строительная механика» студент должен уметь пользоваться методами:
• расчёта зданий и сооружений, способами оформления технических решений на чертежах;
• разработки производственных программ при расчётах зданий и сооружений;
• математических моделей и вычислительной техникой при выполнении инженерно-проектировочных расчётов.
Объём дисциплины «Строительная механика» и виды учебной работы
Заочная форма образования
| Вид учебной работы |
Всего
часов
|
Распределение
по курсам
|
| IV | ||
| Общая трудоемкость дисциплины | 190 | IV |
| Лекции | 16 | IV |
| Практические занятия | 8 | IV |
| Всего самостоятельная работа | 166 | IV |
|
В том числе:
Курсовая работа
Контрольная работа
|
20
20
|
IV
IV
|
| Вид итогового контроля (экзамен) | 20 | IV |
Содержание дисциплины
Распределение учебного материала по видам занятий
| № пп |
Наименование раздела дисциплины | Распределение по видам (ч) |
||
| Лекции | ПЗ | СРС | ||
| 1. | Раздел 1. Расчётная схема и кинематический анализ сооружения | 2 ч | 0 ч | 6 Ч |
| 2. | Раздел 2. Расчёт статически определимых систем. Балки | 2 ч | 2 ч | 15 ч |
| 3. | Раздел 3. Равно-пролётные неразрезные балки | 2 ч | 0 ч | 10 ч |
| 4. | Раздел 4. Методы расчёта ферм | 4 ч | 2 ч | 15 ч |
| 5. | Раздел 5. Расчёт плит | 2 ч | - | 10 ч |
| 6. | Раздел 6. Расчёт статически-неопределимых систем по методу сил | 4 ч | 4 ч | 10 ч |
| 7. | Раздел 7. Расчёт сооружений смешанным и комбинированным способами | - | - | 10 ч |
| 8. | Раздел 8. Расчёт сооружений методом конечных элементов | - | - | 10 ч |
| 9. | Раздел 9. Динамика сооружений | - | - | 10 ч |
| 10. | Раздел 10. Расчёты на устойчивость | - | - | 10 ч |
Содержание лекционного курса
|
№
пп
|
Наименование раздела дисциплины | Распределение по видам (ч) | ||
| Лекции | ПЗ | СРС | ||
| 1. |
Лекция 1. Расчётная схема и кинематический анализ сооружения. Понятие о расчётной схеме. Правила образования сложных геометрических структур. Проверка степени статической неопределимости систем. Кинематический анализ сооружений. |
2 ч | – | 6 ч |
| 2. |
Лекция 2. Расчёт статически определимых систем. Балки. Элементы и типы балок. Многопролётные многошарнирные балки, расчёт балок на постоянную и временную нагрузку. Объемлющие эпюры. |
2 ч | 2 ч | 15 ч |
| 3. |
Лекция 3. Равно-пролётные неразрезные балки. Понятие о неразрезных балках. Табличный способ расчёта балок. |
2 ч | – | 10 ч |
| 4. |
Лекция 4. Методы расчёта ферм. Статически определимые фермы. Конструктивные особенности, элементы и типы ферм. Нагрузки на фермы. |
2 ч | – | 5 ч |
| 5. |
Лекция 5. Методы вычисления усилий в элементах ферм. Статические способы: метод вырезания узлов и метод сечений. Графический способ вычисления усилий. |
2 ч | 2 ч | 10 ч |
| 6. |
Лекция 6. Табличный расчёт изотропных плит. Таблицы для определения усилий в сечениях плит. Работа с таблицами. |
2 ч | – | 10 ч |
| 7. |
Лекция 7. Расчёт статически неопределимых систем методом сил. Статически неопределимые системы. Расчёт рам методом сил. Идея метода сил. Основная система. Канонические уравнения метода сил. |
2 ч | 2 ч | 5 ч |
| 8. |
Лекция 8. Построение эпюр внутренних усилий. Определение внутренних силовых факторов и проверки правильности решения. |
2 ч | 2 ч | 5 ч |
Содержание практических занятий
|
№
пп
|
Номер раздела | Наименование практического занятия |
| 1. | Раздел 2. Расчёт статически определимых систем. Балки. (2 ч) | Понятие о типах балок. Многопролётные, многошарнирные балки. Пример расчёта: построение поэтажной системы; расчёт на постоянную нагрузку; расчёт на временную нагрузку. Объемлющие эпюры. |
| 2. | Раздел 4. Методы расчёта ферм. (2 ч) | Статические способы: метод вырезания узлов и метод сечений. Пример расчёта фермы на постоянную нагрузку и временные загружения Вычисление объемлющих значений продольных усилий. |
| 3. | Раздел 6. Расчёт статически неопределимых систем методом сил. (4 ч) | Пример расчёта статически неопределимой рамы методом сил. Выбор основной системы. Канонические уравнения метода сил. Вычисление коэффициентов канонических уравнений. Решение системы уравнений. Определение внутренних силовых факторов и проверки правильности решения. |
Курсовое проектирование
Для лучшего усвоения материала студентами заочной формы образования введено выполнение курсовой работы «Расчёт многопролётной многошарнирной статически определимой балки».
Цель работы – приобретение навыков в расчёте наиболее распространённых строительных конструкциях – стержневых.
Имеется возможность определить рабочие усилия в балках с большой надежностью и показать при помощи графиков их изменение во всей области, занимаемой сооружением. При расчете стержневых систем в теории сооружений принимается гипотеза о линейной деформируемости, что позволяет воспользоваться законом независимости действия сил. Согласно этому закону, любое усилие от совместного действия нескольких загружений можно рассматривать как сумму усилий от каждого загружения в отдельности. Такой подход позволяет произвести расчет сооружения (определить внутренние усилия) сначала на отдельные загружения, а затем по полученным результатам сформировать по каждому сечению наиболее неблагоприятные с точки зрения прочности комбинации усилий – определить усилия рабочего состояния.
В курсовой работе предлагается выполнить расчёт многопролётного моста. Конечной целью расчёта является вычисление объемлющих усилий и предварительный проектировочный расчет – назначение размеров поперечного сечения моста.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Рекомендуемая литература
1. Стоценко А.А., Доренко С.И., Мальков Н.М., Белоконь М.А. Курс теории сооружений. Строительная механика. Ч. I. Теория сооружений в инженерном деле. Раздел I. Концепция сил в строительной механике. – Владивосток, 2001.
2. Стоценко А.А., Доренко С.И., Мальков Н.М., Белоконь М.А. Курс теории сооружений. Строительная механика. Ч. I. Теория сооружений в инженерном деле. Раздел 2. Классификация, рабочее состояние и оценка прочности сооружений. – Владивосток, 2001.
3. Стоценко А.А., Доценко С.И., Мальков Н.М., Белоконь М.А. Курс теории сооружений. Строительная механика. Ч. I. Теория сооружений в инженерном деле. Приложения и дополнения. – Владивосток, 2001.
4. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. – М.: Высш. шк., 1986.
5. Дарков. А.В., Кузнецов В.И. Строительная механика. – М.: Высш. шк., 1962.
6. Мухин Н.В. Статика сооружений в примерах. – М.: Высш. шк., 1979.
7. Рабинович И.М. Основы строительной механики стержневых систем. – М.: Стройиздат, 1950.
8. Розин Л.А., Константинов И.А., Смелов В.А. Расчет статически определимых стержневых систем. – Л.: ЛГУ, 1987.
9. Жемочкин Б.Н., Д.П. Пащевский. Статика сооружений. – М.: Государственное изд-во архитектуры и градостроительства, 1950.
10. Голосов В.Н., Ермолов В.В. и др. Инженерные конструкции. – М.: Высш. шк., 1991.
11. Смирнов В.А., Иванов С.А., Тихонов М.А. Строительная механика. – М.: Стройиздат, 1984.
12. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. – М., 1986.
13. Смирнов А.В. Строительная механика. – М., 1987.
14. Шишман Б.А. Статистика сооружений. – М.: Стройиздат, 1989.
15. Белоконь М.А. Строительная механика. – Владивосток, 2007
16. Писаренко Г.Н. и др. Справочник по сопротивлению материалов. – Киев, 1980.
Контрольные задания и методические рекомендации
Целью выполнения контрольной работы является приобретение навыков по расчёту статически определимых стержневых систем и закрепление этих навыков на примерах расчета таких сооружений как рама и ферма.
Контрольная задача 1. Построение эпюр внутренних усилий в рамах
Цель работы. Получение и закрепление навыков расчета статически определимых задач с помощью уравнений равновесия на примере стержневых систем – рам.
Задачи, которые надо решить:
• изучить типовые схемы расчета реактивных усилий;
• вычислить реактивные усилия в опорах и шарнирных соединениях;
• вычислить внутренние усилия и построить эпюры;
• выполнить проверку равновесия узлов рамы.
Контрольная задача 2. Расчет фермы
Цель работы. Овладение методами определения усилий в фермах с вычислением расчетных усилий.
Задание на расчет. Для заданной фермы требуется:
• проанализировать геометрическую структуру;
• определить опорные реакции и проверить их;
• определить продольную силу во всех элементах используя методы сечений и вырезания узлов.
Методические указания к выполнению контрольных работ
Исходная информация для задач контрольной работы выбирается студентом по таблицам в соответствии с личным учебным шифром (номером зачетной книжки). Шифр – три последние цифры номера зачетной книжки. Каждая таблица исходной информации содержит три группы данных, соответствующих каждой цифре шифра. Работы, выполненные с данными, выбранными не по шифру, не рассматриваются.
Контрольная работа оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к пояснительным запискам и проектам (ЕСКД). Расчеты и необходимые чертежи помещаются в тетради. Все решения должны сопровождаться краткими пояснениями, а чертежи следует выполнять в масштабе с указанием всех размеров, точек и координат. На титульном листе указываются фамилия, имя, отчество студента, номер зачетной книжки, домашний адрес.
Студент обязан исправить ошибки, указанные преподавателем в рецензии, на отдельной вкладке (стирать или заклеивать отмеченные преподавателем ошибки не разрешается).
Контрольная работа засчитывается после её проверки и собеседования с преподавателем.
Текущий и итоговый контроль
Для текущего самоконтроля студентам заочной формы образования предлагаются тесты в виде вопросов и задач. Экзаменационные билеты составлены на основе этих тестовых вопросов и задач.
1. Что изучает строительная механика?
а) методы расчёта строительных конструкций на прочность;
б) методы расчёта складирования строительных конструкций;
в) методы расчёта строительных конструкций на жёсткость;
г) методы расчёта строительных конструкций на устойчивость.
2. Что такое расчётная схема сооружения?
а) модель сооружения, отражающая его основные свойства;
б) модель сооружения без опор;
в) схема нагрузок на сооружение;
г) модель сооружения, отражающая его физические свойства.
3. Какие элементы расчётных схем вы знаете?
а) схемы опор;
б) схематизация элементов;
в) порядок расчёта;
г) схематизация нагрузок.
4. Какие типы опор вы знаете?
а) выдвигающуюся;
б) скользящую;
в) защемление;
г) шарнирно-подвижную.
5. Что такое реакция?
а) усилие в поперечном сечении консоли;
б) усилие в опорной связи;
в) усилие в защемлении;
г) сила, приложенная в середине пролёта балки.
6. Какие виды активных нагрузок вы знаете?
а) ветровая нагрузка;
б) снеговая нагрузка;
в) нагрузка в шарнирно-подвижной опоре;
г) собственный вес элемента.
7. Назовите характерные признаки классификации нагрузок?
а) направление действия нагрузки;
б) время действия нагрузки;
в) район строительства объекта;
г) тип сооружения.
8. Что называется внутренними усилиями?
а) напряжённость внутренних связей материала;
б) усилия во внешних связях;
в) усилия во внутренних связях материала;
г) величина нагрузки, действующей на сооружение.
9. Изгибающий момент – эта сумма моментов:
а) всех сил, приложенных к элементу;
б) всех сосредоточенных сил, приложенных к элементу;
в) всех сосредоточенных сил, расположенных по одну сторону от сечения;
г) всех сил, расположенных по одну сторону от сечения относительно центра тяжести поперечного сечения элемента.
10. Поперечная сила – это сумма проекций:
а) всех сил, приложенных к элементу, на вертикальную ось у;
б) всех сил, приложенных к элементу, на вертикальную ось у;
в) всех сосредоточенных сил, приложенных к элементу, на вертикальную ось у, расположенных по одну сторону от сечения;
г) всех сил, расположенных по одну сторону от сечения, на вертикальную ось поперечного сечения элемента.
11. Продольная сила – это сумма проекций:
а) всех сил, приложенных к элементу, на горизонтальную ось;
б) всех сосредоточенных сил, приложенных к элементу, на ось элемента;
в) всех сосредоточенных сил, приложенных к элементу, на ось z, расположенных по одну сторону от сечения;
г) всех сил, расположенных по одну сторону от сечения, на центральную ось элемента z.
12. Что такое эпюра?
а) график изменения величины внутреннего усилия по длине элемента;
б) график распределения нагрузок, действующих на элемент;
в) график взаимодействия сосредоточенных сил и изгибающих моментов;
г) график взаимодействия всех нагрузок, действующих на элемент.
13. Перечислите существующие правила построения эпюры изгибающих моментов:
а) эпюра моментов строится со стороны растянутого волокна элемента;
б) знак на эпюре моментов не ставится;
в) эпюра моментов не заштриховывается;
г) на эпюре моментов не подписываются значения ординат.
14. Какие существуют проверки эпюры изгибающих моментов?
а) на эпюре моментов есть скачок в том месте, где к элементу приложен сосредоточенный момент;
б) на эпюре моментов есть скачок в том месте, где к элементу приложена сосредоточенная сила;
в) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается прямой линией;
г) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается кривой линией.
15. Перечислите существующие правила построения эпюры поперечных сил:
а) эпюра поперечных сил не заштриховывается;
б) эпюра поперечных сил строится со стороны растянутого волокна элемента;
в) знак на эпюре поперечных сил ставится;
г) на эпюре поперечных сил подписываются значения ординат.
16. Какие существуют проверки эпюры поперечных сил?
а) на эпюре поперечных сил есть скачок в том месте, где к элементу приложена сосредоточенная сила;
б) величина скачка равна величине приложенной силы;
в) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается прямой линией;
г) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается кривой линией.
17. Перечислите правила построения эпюры продольных сил:
а) эпюра продольных сил заштриховывается;
б) эпюра продольных сил строится со стороны растянутого волокна элемента;
в) знак на эпюре продольных сил ставится;
г) на эпюре продольных сил подписываются значения ординат.
18. Какие существуют проверки эпюры продольных сил?
а) на эпюре продольных сил есть скачок в том месте, где к элементу приложена сосредоточенная сила, действующая вдоль элемента;
б) величина скачка равна величине приложенной силы;
в) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается прямой линией;
г) на участках, где к элементу приложена распределённая нагрузка, эпюра ограничивается кривой линией.
19. Какие зависимости существуют между внутренними усилиями и между нагрузкой?
а) первая производная от изгибающего момента есть поперечная сила;
б) первая производная от изгибающего момента есть продольная сила;
в) первая производная от поперечной силы есть продольная сила;
г) первая производная от поперечной силы распределённая нагрузка.
20. Какой основной признак классификации сооружений?
а) внутренние усилия, возникающие в поперечных сечениях элементов от действия внешней нагрузки;
б) внешняя нагрузка, действующая на сооружение;
в) элементы, входящие в состав сооружения;
г) число опор у сооружения.
21. Какие сооружения с элементами, работающими на центральное растяжение, вы знаете?
а) многопролётные балки;
б) фермы;
в) вантовые сооружения;
г) рамные конструкции.
22. Какие сооружения с элементами, работающими на изгиб, вы знаете?
а) многопролётные балки;
б) фермы;
в) вантовые сооружения;
г) рамные конструкции.
23. Какие усилия возникают в поперечном сечении элемента при его работе на центральное растяжение или сжатие?
а) изгибающий момент;
б) изгибающий момент и поперечная сила;
в) поперечная сила;
г) продольная сила.
24. Какое сооружение классифицируется как ферма?
а) сооружение, в элементах которого возникает продольная сила;
б) сооружение, в элементах которого возникает поперечная сила;
в) сооружение, в элементах которого не возникают усилия;
г) сооружение, в элементах которого возникает изгибающий момент.
25. Какие типы ферм вы знаете?
а) фермы с полигональными поясами;
б) фермы с решётками;
в) шпренгельные фермы;
г) фермы без раскосов.
26. Какие фермы называются статически определимыми?
а) фермы с наклонными поясами;
б) фермы, усилие в элементах которой может быть вычислено при помощи уравнений равновесия;
в) фермы, работающие на постоянную нагрузку;
г) фермы, работающие на в
...
