Учебное пособие 2097

Студент 1: Стержневые смеси должны обладать достаточной прочностью, газопроницаемостью, пластичностью, огнеупорностью, чтобы противостоять тепловому и механическому воздействию расплавленного металла.

Преподаватель: Всем спасибо! Вы прекрасно подготовились к занятию.

Задание 15. Выучите определения всех терминов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1. Выполните тест.

Задание 2. Прочитайте микротексты. Восстановите их логическую последовательность, составьте план текста. Озаглавьте текст, добавьте вступительное и заключительное предложения к тексту.

1. В зависимости от области использования, к свойствам стали могут применяться различные требования. К примеру, стали с хорошим модулем упругости используют в машиностроении для изготовления амортизаторов, рессор, различных силовых пружин.

Содержание в стали неметаллических включений, количество которых зависит от способа выплавки стали, является основой для подразделения сталей по качеству:

∙особо высококачественные,

∙высококачественные,

∙обыкновенного качества.

2. Чтобы придать материалу какие-либо специальные свойства, в сталь добавляют леги:рующие элеме:нты– как правило металлы, которые довольно значительно изменяют свойства стали (коррозийную устойчивость, механические, магнитные или электрические свойства). Такую сталь называют

леги:рованной.

В качестве легирующих элементов часто выступают: алюминий, молибден, никель, хром и другие.

Легированные стали в свою очередь подразделяются на:

∙высоколегированные – более 11% легирующих включений,

∙среднелегированные – менее 11% легирующих включений, низколегированные – менее 4% легирующих включений.

174

3. Стали по химическому составу подразделяются на легированные и углеродистые.

Углеро:дистаясталь обычного качества соответствует ГОСТу 380-71, применяется она в основном для изготовления различных сварных конструкций.

Кроме того, стали разделяются по содержанию в сплаве углерода:

∙высокоуглеродистые (0,6%-2% углерода),

∙среднеуглеродистые (0,3%-0,55% углерода),

∙низкоуглеродистые (ниже 0,25% углерода). Углеродистые стали также включают в себя марганец, кремний. В сталь могут попадать и примеси, ухудшающие ее свойства:

фо:сфор– ухудшается пластичность стали при нагревании, кроме того появляется так называемая «хладноломкость» – хрупкость при низких температурах; се:ра– придает материалу при повышенных температурах трещиноватость, так

называемую «красноломкость».

4. По способу изготовления стали делятся на::

∙кислородно-конверторные (спокойная, полуспокойная, кипящая),

∙мартеновские.

Спокойную сталь выдерживают какой-то период времени в ковшах с раскислителями (алюминий, марганец, кремний). В результате чего кислород, вступая в реакцию с этими добавками, превращает их в оксиды, которые выплывают на поверхность общей массы расплавленной стали. Структура изготовленной этим способом стали более однородная, состав лучше, но и цена ее дороже. Кипящая сталь ценится менее всего. Полуспокойная занимает промежуточное положение.

В современной металлургии чаще всего используют кислородноконвертерный способ выплавки, как наиболее прогрессивный. В то же время, наряду с кислородным конвертером, актуальными агрегатами для выплавки остаются мартеновская печь, электропечь.

Кроме того, идет разработка новых методов производства стали:

∙электрошлаковый переплав,

∙электролиз,

∙прямое восстановление из железной руды и т.д.

5. Сталь – это сплав железа с углеродом, количество которого не должно превышать 2,14%. Углерод снижает пластичность и ковкость железа, делая его более твердым. Кроме того, в сплаве могут присутствовать и другие химические элементы: как металлы, так и неметаллы. С учетом этого факта, сталью называют сплав, в котором содержание железа составляет не менее 45%.

175

СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

ТЕМА 1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

Активная лексика: перемещение, требование, установление, увеличение, растяжение, устойчивость, прочность, жёсткость, пластичность, упругость, экономичность, подготовка, потеря, разработка, расчёт, изгиб, оболочка, пластинка, ферма, опора, свод, арка, пролёт, рельс, мост, плотина, балка, равновесие, упругопластичный.

Грамматика: глагольное управление, сложноподчиненное предложение, обстоятельственные отношения в простом и сложном предложении.

Задание 1. Прочитайте существительные. Незнакомые слова переведите по словарю. Разделите существительные на две группы: а) с общим значением «свойство» и б) с общим значением «процесс». Определите, от каких слов и с помощью каких суффиксов образованы существительные обеих групп.

Перемеще?ние, тре?бование, про?чность, жёсткость, установле?ние, увеличе?ние, растяже?ние, усто?йчивость, пласти?чность, упру?гость, подгото?вка, поте?ря, сохране?ние, экономи?чность, разрабо?тка, расчёт, изги?б.

Задание 2. Разберите по составу сложные слова.

Равнове?сие, упругопласти?чныематериалы, мостострое?ние, трёха?рочный мост, осесимметри?чные оболо?чки, судохо?дство.

Задание 3. Прочитайте слова. Значение незнакомых слов определите по словарю. Выделите среди них инженерные сооружения и несущие конструкции.

Пласти?нка, оболо?чка, фе?рма, опо?ра, свод, а?рка, пролёт, рельс, мост, плоти?на, изги?б, верёвка, брус, ба?лка.

Задание 4. Прочитайте фрагмент текста из учебника «Строительная механика», проанализируйте его структуру, выделив вступление, основную часть и заключение. Определите, соответствует ли он данному плану.

ПЛАН

1.Общие требования к сооружениям.

2.Объект и задачи строительной механики.

3.Методы исследования в строительной механике.

ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ

Всякое сооружение должно быть прочным, жёстким и устойчивым, т.е. оно не должно разрушаться от действия внешних сил и иметь необходимый

176

запас прочности; в нём не допустимы перемещения, нарушающие нормальную эксплуатацию сооружения; кроме того, должна быть исключена возможность потери сооружением устойчивости заданной формы.

Строительная механика занимается разработкой методов статистических и динамических расчётов сооружений на прочность, жесткость и устойчивость. Статика сооружений изучает их работу при статическом действии нагрузки – медленном её приложении в определённый конечный промежуток времени. При динамическом действии нагрузки, меняющейся во времени, учитываются динамические эффекты нагрузки и вводятся в рассмотрение силы инерции. Расчёты на динамическую нагрузку освещаются динамикой сооружений.

Задачи строительной механики состоят в разработке рациональных методов определения усилий в сооружениях и их перемещений; методов расчёта сооружений на прочность, жёсткость и устойчивость, а также в установлении наивыгоднейших форм сооружений, удовлетворяющих требованиям экономичности.

Строительная механика широко использует методы теоретической механики, изучающей равновесие и движение твёрдых тел, но в отличие от последней она рассматривает деформации сооружения (упругие или упругопластические). Большую роль в решении современных проблем строительной механики играют аналитические выражения расчётных величин или в замкнутой форме, или в дискретной (численной). Аналитические численные методы получили в настоящее время большое распространение при подготовке к вычислениям на электронно-счётных машинах. Характерно для последнего времени использование матричного исчисления, теории вероятности, статической механики, итерационных методов. Широко применяются графикоаналитические методы, основанные, с одной стороны, на исходных аналитических зависимостях, с другой, – на графических представлениях. Большое распространение в настоящее время получили такие новые конструктивные формы сооружений, как пластинки и оболочки, а также пластинчатостержневые системы.

Таким образом, знание методов строительной механики – необходимое условие в работе любого инженера-строителя.

Задание 5. Замените назывной план тезисным.

Задание 6. Определите по началу предложений, какое из них простое, а какое – сложное.

1)В связи с начавшимся усиленным строительством мостов ...

2)В результате развития судоходства ...

3)Галилей не смог создать правильной теории изгиба, так как ...

4)В классической строительной механике рассматривались только стержневые системы, поэтому ...

177

Задание 7. Прочитайте полный вариант предложений. Определите тип обстоятельственного члена (1, 2) и придаточного предложения (3, 4). Трансформируйте простое предложение в сложное, а сложное – в простое.

1)В связи с начавшимся усиленным строительством мостов в первой половине XIX века стала успешно развиваться как самостоятельная наука строительная механика.

2)В результате развития судоходства в XVI – XVII веках встала задача увеличения тоннажа судов и изменения их конструкций.

3)Галилей не смог создать правильной теории изгиба, так как исходил из неверного положения о наличии во всех волокнах балки растягивающих (одинаковых по величине) напряжений и не знал ещё физического закона, связывающего напряжения и деформации.

4)В классической строительной механике рассматривались только стержневые системы, поэтому появились специальные курсы, рассматривающие нестержневые системы.

Задание 8. Прочитайте текст «История развития строительной механики». Проанализируйте структуру текста: найдите введение, основную часть и заключение.

Задание 9. Выделите основные этапы развития науки, заполнив таблицу.

Строительной механикой, в широком смысле, называется наука о методах расчёта сооружений на прочность, жёсткость, устойчивость.

В начальный период своего развития она не была самостоятельной наукой, а сливалась с общей механикой. Самостоятельно как наука строительная механика стала успешно развиваться лишь в первой половине XIX века в связи с начавшимся усиленным строительством мостов, железных дорог, плотин, судов и крупных промышленных сооружений. Отсутствие методов расчёта таких сооружений не позволяло осуществлять достаточно лёгкие и одновременно надёжные конструкции.

Начало науки о прочности связывают обычно с именем знаменитого физика, математика и астронома Галилео Галилея (1564—1642), когда развитие судоходства поставило задачу увеличения тоннажа судов и изменения их

178

конструкций. Галилей, занимавшийся этим вопросом, установил, что при увеличении размеров судов одним только пропорциональным увеличением всех размеров брусьев нельзя обеспечить их прочность. Он доказал, что геометрически подобные тела, находящиеся под действием собственной массы, не являются одинаково прочными. Изучая сопротивление балок изгибу, Галилей сделал важные выводы, не утратившие своего значения и в настоящее время, но правильной теории изгиба он создать не смог, так как исходил из неверного положения о наличии во всех волокнах балки растягивающих (одинаковых по величине) напряжений и ещё не знал физического закона, связывающего напряжения и деформации.

Позднее, в 1678 году, этот закон в простейшей форме был установлен Р. Гуком и сформулирован так: каково растяжение – такова сила. Только более тщательно поставленные опыты, проведённые значительно позднее, во второй половине XVIII века, когда развивающаяся промышленность поставила перед наукой ряд новых задач, дали возможность установить наличие в изгибаемой балке не только растягивающих, но и сжимающих напряжений и подойти к правильному решению задачи об изгибе, поставленной Галилеем.

Развитию науки о прочности в XVIII веке в большой степени способствовали также успехи высшей математики и механики; особо важное значение имели работы Эйлера и Лагранжа.

Велика также заслуга русского учёного М.В. Ломоносова, занимающегося вопросами прочности материалов и фактически подошедшего к открытию всеобщего закона сохранения материи и энергии, что имело исключительно большое значение для механики. В частности, с помощью этого закона установлен универсальный метод определения перемещений.

Знаменитый русский механик И.П. Кулибин, известный многими изобретениями в различных областях техники, используя законы общей механики, дал в 1776 году проект арочного деревянного моста пролётом 300 метров через реку Неву в Петербурге. Для определения очертания оси арки он применил верёвочный многоугольник. С помощью модели он определил распор арки. Эта работа положила начало экспериментальному методу в мостостроении (методу испытания моделей всего сооружения и его частей).

Чтобы оценить роль Кулибина в мостостроении XVIII века, следует указать на то, что наибольший пролёт деревянного моста того времени, построенного братьями Губерман в 1778 году, достигал лишь 119 м. В то время, когда металлические мосты малых пролётов ещё только начинали строить, Кулибин разработал проект трёх-арочного стального моста протяжением 260 м и сконструировал его модель.

Своё дальнейшее развитие теория и практика мирового мостостроения получила в трудах знаменитого русского инженера Д.И. Жуковского. Он разработал теорию расчёта плоских ферм. Многие теоретические и экспериментальные его исследования, обобщённые в классическом труде «О мостах раскосной системы Гау», сохраняют своё значение и сейчас. Этот выдающийся

179

труд был удостоен Демидовской премии русской Академии Наук. В этом труде Д.И. Жуковский теоретически и экспериментально установил закон распределения усилий, возникающих в различных частях раскосных ферм под действием нагрузок. Свои теоретические выводы о распределении усилий в элементах решётки он проверил испытанием модели фермы с помощью созданного им «струнного метода». Тяжи модели заменялись струнами одинаковой толщины, которые с помощью натяжных приспособлений настраивались на одинаковый тон. При загружении модели натяжение струн изменялось. При проведении по струнам скрипичным смычком струны-тяжи у опор издавали звук более высокого тона, чем струны, расположенные в средних панелях. Это со всей очевидностью доказывало, что наибольшие усилия возникают в элементах решётки, расположенных в опорных панелях.

Струйный метод не потерял своего значения до настоящего времени. Д.И. Жуковский создал науч-ные основы теории мостостроения и положил начало широким теоретическим исследованиям в этой области. Он впервые предложил при сооружении мостов больших пролётов увеличить высоту стоек ферм от опор к середине пролёта. Ему принадлежит также создание теории касательных напряжений при изгибе.

Значительный вклад в строительную механику сделал профессор Х.С. Головин. Им в 1882 году был предложен расчёт упругой арки методами теории упругости. Он одним из первых использовал «принцип наименьшей работы».

Первым в России применил железобетон при строительстве мостов профессор Н.А. Белелюбский. Он активно содействовал созданию русской цементной промышленности, активно боролся за распространение в России железобетонных конструкций и был одним из первых инженеров в мире, применившим в мостостроении литое железо и доказавшим огромное прогрессивное значение этого нового материала. Вслед за ним металлические мосты из литого железа начали широко строить в других странах.

Большую роль в развитии строительной механики сыграли выдающиеся работы талантливого инженера и педагога, профессора Л.В. Кирпичёва. Им был открыт важный по своему практическому значению закон упругого подобия: «Два тела, сделанные из одного и того же материала, которые были подобны до приложения к ним внешних сил, остаются подобными и после их действия, если силы распределены подобным образом по поверхности обоих тел, а величины соответствующих сил на единицу поверхности одинаковы в обоих телах. При этом все внутренние силы первого тела будут равны соответственно силам второго, т.е. оба тела будут одинаково прочны».

Большое количество работ академика В.Г. Шухова посвящено различным проблемам строительной механики и, в частности, статике сооружений. Гиперболоидные ажурные башни, а также наливные речные и морские суда и сетчатые своды широко применяются во всех странах мира.

Большой вклад в строительную механику внёс профессор Л.Д. Проскуряков. По его проекту был построен первый мост со шпренгельными фермами через

180