Введение.
Строительная механика – наука, разрабатывающая методы расчета конструкций на прочность, жесткость и устойчивость.
В 7-9-х семестрах изучались разделы курса, связанные с расчетами напряженно-деформированного состояния различных элементов конструкций – стержней, пластин и оболочек. Эти курсы являются основой для расчетов на устойчивость, поскольку без знания напряженного состояния оценка устойчивости невозможна.
Исследования устойчивости исторически появились позже, чем методы расчета НДС. Пока в строительстве использовались только дерево и камень, а гибкими элементами служили канаты, проблемы устойчивости не возникали. Появились они с развитием строительства высоких деревянных ферм для мостов, металлических конструкций со сравнительно гибкими балками, позднее проблемы устойчивости неоднократно возникали с различными тонкостенными конструкциями, оболочками. Работы Эйлера, выполненные в 18 веке (первая работа была опубликована в 1759 г.), длительное время оставались единственной теоретической основой, и не были востребованы практикой. Однако с появлением практической потребности в расчетах на устойчивость появилось много работ как Российских, так и зарубежных исследователей, которые, однако, всех проблем устойчивости не решают. Недостаточное внимание к проблеме устойчивости приводят к разрушениям или повреждениям конструкций и в наши дни.
Так в конце 60-х годов на железных дорогах наблюдались массовые повреждения крыш рефрижераторных вагонов постройки БМЗ. Потребовались серьезные теоретические и экспериментальные исследования, которые привели к рациональному усилению конструкции крыш, которое сняло проблему.
В ряде конструкций крытых вагонов типа хоппер наблюдались поломки крыш при разгрузке сыпучих грузов из-за падения давления в кузове. Периодически ломаются цистерны после пропаривания их для слива тяжелых нефтепродуктов. Строительство пассажирских вагонов с гладкой двухслойной обшивкой на Тверском вагоностроительном заводе привело к большим деформациям, выпучиванию обшивки. Прочность при этом обеспечивается, но внешний вид становится неприглядным и конструкция доверия не внушает.
В ряде случаев устойчивость проявляется после более или менее длительного колебательного процесса, обусловленного малой жесткостью. Именно так упала башня Токийского телецентра, именно так падает небоскреб в романе, опубликованном на страницах журнала «Наука и жизнь».
В тоже время следует сознавать, что потеря устойчивости частью конструкции может и не быть опасной. Так у многих самолетов обшивка крыла на его верхней плоскости сжата в продольном направлении и теряет устойчивость, однако поскольку соседние элементы работают в устойчивой зоне работоспособность конструкции сохраняется. В других случаях потеря устойчивости одним элементом может вызвать разрушение всей системы по принципу «домино».
Основные понятия и определения.
Устойчивость – способность системы возвращаться в исходное состояние после отклонения из него.
И
ногда
используют и другую формулировку: форму
равновесия статически нагруженной
конструкции считают устойчивой,
если малым возмущающим воздействиям
соответствуют малые отклонения от этой
формы. На рис.1 приведены силовые
характеристики линейной (а) и нелинейной
(б) систем.
Нагрузки, при которых происходит потеря устойчивости, называются критическими нагрузками, а соответствующее состояние системы – критическим состоянием.