Федеральное агентство по образованию

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Р.А. Шакирзянов

КРАТКИЙ

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКЕ

Учебное пособие

Казань

2010

УДК 624.042.8

ББК 38.112

Ш 17

Шакирзянов Р.А.

Ш 17 Краткий курс лекций по строительной механике. – Казань: КГАСУ, 2010. – 115 с.

ISBN 978-5-7829-0263-6

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

Учебное пособие написано в соответствии с Государственными образовательными стандартами и учебными планами по направлениям «Строительство» и «Транспортное строительство» на основе многолетнего опыта, накопленного на кафедре строительной механики КГАСУ. В нем содержится сокращенное изложение лекций, читаемых по курсу “Строительная механика” на строительном и автодорожном факультетах КГАСУ. Рассматриваются классические и современные области строительной механики – расчет статически определимых и статически неопределимых систем, дискретные методы расчета, динамика и устойчивость сооружений.

Пособие предназначено студентам строительных вузов для изучения основ строительной механики, а также аспирантам и преподавателям для подготовки к лекциям и практическим занятиям.

Табл. 2; илл. 100; библ. 19

Рецензенты:

Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой сопротивления материалов КГАСУ Р.А. Каюмов

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической механики КГУ Ф.Х. Тазюков

УДК 624.042.8

ББК 38.112

 Казанский государственный

архитектурно-строительный

университет, 2010

ISBN 978-5-7829-0263-6  Шакирзянов Р.А, 2010

В В Е Д Е Н И Е

Строительная механика – одна из важнейших областей механики твердого тела. Ее методы широко используются при проектировании, расчете и обследовании сооружений. Поэтому в Государственных образовательных стандартах и программах по подготовке инженерных кадров изучению строительной механики уделяется большое внимание.

С развитием общей науки постоянно развивается и строительная механика, расширяется круг решаемых ею задач, разрабатываются новые методы и алгоритмы расчета сооружений, реализуемые с использованием современных компьютерных технологий.

Вместе с тем в сегодняшних учебных программах постоянно уменьшается число часов, отводимых для изучения строительной механики. В результате этого все больше усложняются задачи ознакомления будущего специалиста с теоретическими основами, методами и алгоритмами строительной механики, приемами расчета сооружений на различные воздействия.

Настоящий краткий курс лекций по строительной механике написан учитывая все эти соображения с целью достаточно полного и последовательного изложения материала. Курс состоит из 18 лекций и включает логически связанные три составные части:

1) расчет статически определимых систем (6 лекций);

2) расчет статически неопределимых систем (9 лекций);

3) динамика и устойчивость сооружений (3 лекции).

В конце каждой лекции даются вопросы для самоконтроля.

Если рассматривать настоящий курс лекций с вершин современной науки, то он содержит две важные составные части. В первой из них (лекции 1-11, 16-18) излагаются классические основы строительной механики, а в лекциях 12-15 изложены современные методы расчета сооружений, предназначенные для реализации в составе современных расчетных комплексов с применением новейших компьютерных технологий.

Л е к ц и я 1

Введение в строительную механику

1. Предмет строительной механики

Единый объект, построенный (сооруженный) человеком, называется сооружением. Когда речь идет о внутреннем строении сооружения как системы элементов, его называют системой.

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. Считается, что строительная механика возникла сравнительно недавно, после выхода в свет в 1638 году сочинения великого итальянского ученого Галилео Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению …».

Строительная механика является частью общей механики. В XIX веке, после бурного начала строительства железных дорог, мостов, больших кораблей, плотин, различных промышленных сооружений, строительная механика стала самостоятельной наукой. А в XX веке в результате развития методов расчета и компьютерных технологий строительная механика поднялась на современный высокий уровень.

Строительная механика – наука о принципах и методах расчета сооружений на прочность, жесткость и устойчивость.

Строительная механика является и теоретической, и прикладной наукой. С одной стороны, она разрабатывает теоретические основы методов расчета, а с другой стороны − является инструментом расчета, так как решает важные практические задачи, связанные с прочностью, жесткостью и устойчивостью сооружений..

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.

Для правильного расчета сооружений следует правильно применять общие законы механики, основные соотношения, учитывающие механические свойства материала, условия взаимодействия элементов, частей и основания сооружения. На этой базе формируются расчетная схема сооружения в виде механической системы и ее математическая модель как система уравнений.

Чем подробнее изучаются внутреннее строение сооружения, действующая на него нагрузка и особенности материала, тем сложнее становится его математическая модель. На следующей схеме (рис. 1.1) показаны основные факторы, влияющие на особенности расчета сооружения.

Рис. 1.1

Обычно задачи строительной механики решаются в линейной постановке. Но при больших деформациях или использовании неупругих материалов ставятся и решаются нелинейные задачи.

В строительной механике большое место занимают статические и динамические задачи. 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.

Строительная механика быстро развивается. Ещё недавно, в первой половине XX века для расчета сооружений использовались только простейшие математические модели. Но в 60-70 годы, когда начали широко внедряться компьютеры, стали применяться более сложные модели. Поэтому стало возможным проектирование, расчет и строительство сложных современных сооружений из новейших материалов.