4235
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Лампси Б.Б.
Прикладная механика. Лабораторные работы. Часть 3.
Учебно-методическое пособие по подготовке к лабораторным занятиям
(включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Прикладная механика» для обучающихся
по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология направленность (профиль) Стандартизация и сертификация
Нижний Новгород
2022
1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Лампси Б.Б.
Прикладная механика. Лабораторные работы. Часть 3.
Учебно-методическое пособие по подготовке к лабораторным занятиям
(включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Прикладная механика» для обучающихся
по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология направленность (профиль) Стандартизация и сертификация
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
2
УДК 624.04(075)
Лампси Б.Б. Прикладная механика. Лабораторные работы. Часть 3: учебно-методическое пособие / Лампси Б.Б.; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 9 с. : ил. – Текст : электронный.
Рассматриваются решения некоторых задач прикладной механики стержневых систем с помощью программно-вычислительного комплекса «Полюс». Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лабораторным работам, организации самостоятельной работы по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, направленность (профиль) Стандартизация и сертификация.
©БП.А. Лампси Б.Б. 2022
©ННГАСУ, 2022.
3
Цель курса
Целями освоения дисциплины Б.1.В.28 Прикладная механика являются ознакомить с основными понятиями, задачами и методами строительной механики; научить анализировать существующие конструктивные решения, понимать работу конструкции и сооружения в целом и оценивать ту роль, которую играют отдельные элементы; научить практическим способам расчёта конструкций и сооружений на прочность, жесткость и устойчивость с использованием программных комплексов.
1.Содержание дисциплины
2.1Тематический план лабораторных работ (5 семестр)
|
|
Кол-во |
|
Наименование темы |
часов |
|
лаб. |
|
|
|
|
|
|
работ |
1. |
Статика сооружений. Введение в статику сооружений. Кинематиче- |
2 |
ский анализ сооружений. |
|
|
|
|
|
2. |
Многопролётные статически определимые балки. |
2 |
|
|
|
3. |
Плоские статически определимые фермы. |
2 |
|
|
|
4. |
Построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продоль- |
2 |
ных сил N в простых рамах. |
|
|
|
|
|
5. |
Построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продоль- |
2 |
ных сил N в составных рамах. |
|
|
|
|
|
6. |
Расчет трехшарнирной арки. |
2 |
|
|
|
7. |
Определение перемещений в статически определимых системах |
2 |
от нагрузки. |
|
|
|
|
|
8. |
Основные теоремы строительной механики. |
2 |
|
|
|
|
Итого: |
16 |
|
|
|
Раздел Статика сооружений
Лабораторная работа 1
Объясняется понятие расчетной схемы сооружений, основные принципы выбора расчетной схемы. Дается понятие о нагрузках и воздействиях, их классификация в соответствии с требованиями СП 20.13330.2017 «Нагрузки и воздействия».
Объясняется, в чем заключается кинематический анализ стержневых систем. Дается понятие числа степеней свободы. Выводится формула определения степени свободы для рамных и шарнирно-стержневых систем и способы определения. Приводятся способы образования геометрически неизменяемых систем с соответствующими примерами. Рассматривается порядок расчета с помощью ПК Полюс: назначение типа связей для новых стержней, ввод опорных узлов, назначение нагрузок.
|
|
4 |
|
|
|
Лабораторная работа 2 |
|
|
|
|
|
Аналитический |
расчет |
многопролетных |
статически |
определимых |
балок |
на неподвижную нагрузку. Существует два способа расчета балок: способ расчета балки в целом как статически определимой системы и способ расчета балки путем построения поэтажной схемы. Поэтажная схема балки определяет порядок расчета балки как совокупности однопролетных балок. Расчет начинают с независимых балок, начиная с самых верхних балок. Затем рассчитывают зависимые балки.
Расчет каждой балки выполняется в следующей последовательности:
1.Определение опорных реакций.
2.Вычисление изгибающих моментов в необходимых для построения эпюры сечениях.
3.Вычисление поперечных сил в характерных сечениях.
Рассматривается порядок расчета многопролетных статически определимых балок на неподвижную нагрузку с помощью ПК Полюс: назначение типа связей для новых стержней, ввод опорных узлов, Ввод свободных узлов, Добавление стержней, Установка шарниров, Назначение нагрузок, Чтение результатов.
Лабораторная работа 3
Определение усилий в стержнях плоских ферм
Основными способами определения усилий в стержнях статически определимых ферм являются статический и кинематический.
Статический способ определения усилий в стержнях плоских ферм состоит в том, чтобы путем разрезания ее на те или иные части получить столько независимых друг от друга уравнений равновесия статики, сколько неизвестных усилий содержит заданная ферма.
Кинематический способ определения усилий в фермах основан на применении принципа возможных перемещений. Особенность этого способа заключается в том, что в заданной геометрически неизменяемой ферме устраняют стержень, усилие в котором определяется и в направлении этого стержня прикладывается соответствующее усилие. Ферма превращается в механизм, которому придаётся возможное малое перемещение в направлении искомого усилия. Затем, в соответствии с принципом возможных перемещений, составляется выражение работ, исходя из которого и определяется искомое усилие. Решаются различные примеры на эту тему.
Также рассматривается для статически определимой фермы определение опорных реакций, усилий во всех стержнях с помощью ПВК «Полюс». Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке:
1. Назначение типа связи для новых стержней
Поскольку ферма является шарнирно-стержневой системой, более удобным вновь вводимым стержнем будет стержень с шарнирами по концам. Для назначения в панели управления выбирается меню «Настройки», затем «параметры…». В появившемся окне в разделе «параметры для новых стержней» необходимо выбрать тип связи «шарнир».
2. Ввод опорных узлов
При расчете ферм опоры удобно моделировать в виде опорных стержней. Тогда под шар- нирно-неподвижной опорой на любом расстоянии необходимо ввести 2 опорных узла, один из которых должен иметь такую же координату х. Для моделирования шарнирно-подвижной опоры вводится один узел строго под узлом фермы. На вертикальной панели команд выбирается команда «опорный узел». После двойного щелчка в любую область экрана открывается окно
5
«Свойства узла». Вводятся координаты всех опорных узлов. В случае, если узел оказался за границами экрана, необходимо выбрать команду «показать всю конструкцию» на горизонтальной панели команд.
3. Ввод узлов фермы
На панели команд выбирается команда «свободный узел». После двойного щелчка в любую область экрана открывается окно «Свойства узла». Поочередно вводятся координаты узлов фермы.
4. Добавление стержней
На вертикальной панели команд выбирается команда «стержень». Для добавления стержня поочередно выбираются его начальный и конечный узлы. Если узлы лежат на одной прямой, недостаточно соединить их одним стержнем, стержней должно быть столько, сколько промежутков между узлами. Помимо стержней фермы необходимо ввести опорные стержни. Алгоритм, реализованный в ПВК «Полюс» не позволяет рассчитать систему на действие узловой нагрузки, пока не будет добавлен узел в середину любого стержня. Потому после ввода стержней необходимо добавить свободный узел (см..п.3).
5. Назначение нагрузок
Для задания сосредоточенной силы выбирается соответствующая команда на вертикальной панели, а в открывающихся окне вводится соответствующее значение.
6. Чтение результатов
Для удобства чтения результатов рекомендуется выбрать на горизонтальной панели команду «Включить/Выключить нагрузки». Усилия в стержнях выведем на экран в виде эпюр. Реакции отобразим одновременно с эпюрами. Для этого на горизонтальной панели выбирается команда R (реакции) и N (продольные силы). В случае наложения результатов рекомендуется воспользоваться приближением (команда «увеличить» на горизонтальной панели).
Лабораторная работа 4
Построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продольных сил N в простых рамах. Решаются различные примеры на эту тему. Также рассматривается построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продольных сил N в простых рамах с помощью ПВК «Полюс». Домашнее задание: выполнить расчет балки любым из методов строительной механики и с помощью ПВК «Полюс». Сравнить результаты.
Лабораторная работа 5
Построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продольных сил N в составных рамах. Объясняется расчет составной (многодисковой) рамной системы. Построение эпюр в составных рамах. Эпюры внутренних усилий в составных рамах можно построить так же, как
ив простых, однако часто эту процедуру удается упростить, если:
–предварительно найти реакции в соединительных шарнирах;
–учесть, что при переходе через соединительный шарнир характер эпюр не меняется, если
при этом не меняется характер нагрузки. Решаются различные примеры на эту тему. Также рассматривается построение эпюр изгибающих моментов M, поперечных Q и продольных сил N в составных рамах с помощью ПВК «Полюс».
Лабораторная работа 6
Объясняется расчет трехшарнирных арок.
6
Лабораторная работа 7
Решаются примеры определения перемещений в статически определимых системах от действующей нагрузки. Во всех случаях изгибная жесткость элементов системы – EJ и их продольная жесткость – EF предполагаются известными.
Лабораторная работа 8
Решаются задачи на определение максимальных прогибов балок, на нахождение линейных и угловых перемещений консольных рам, углов поворота сечений на опорах рам.
2. Общие рекомендации по организации самостоятельной работы
Для эффективного освоения дисциплины необходимо:
1.Знакомство с основной и дополнительной литературой, включая справочные издания, зарубежные источники, конспект основных положений, терминов, сведений, требующихся для запоминания и являющихся основополагающими в этой теме. Составление аннотаций к прочитанным литературным источникам и др.
2.Работа с конспектом лекций.
3.Поиск литературы и составление библиографии, использование от 3 до 5 научных работ, изложение мнения авторов и своего суждения по выбранному вопросу, изложение основных аспектов проблемы.
4.Ознакомиться со структурой и оформлением РГР.
5.Выполнение домашних заданий.
6.При подготовке к экзамену необходимо ориентироваться на конспекты лекций, рекомендуемую литературу, выполненные РГР и др.
3.Вопросы для подготовки к экзамену
1.Строительная механика как наука. Краткий исторический обзор.
2.Нагрузки и воздействия: классификация по продолжительности действия, по характеру воздействий. Сочетания нагрузок.
3.Расчетная схема сооружения. Выбор расчетной схемы в зависимости от: геометрического признака системы; способа соединения элементов; направления опорных реакций; методов расчета; кинематических признаков системы.
4.Кинематический анализ стержневых систем. Понятия: геометрическая неизменяемость системы; степень свободы системы.
5.Связи плоских систем. Формула Чебышева для определения степени свободы системы, составленной из неизменяемых дисков.
6.Определение степени свободы шарнирно-стержневой системы. Понятие “число лишних связей”. Степень геометрической изменяемости системы и необходимые условия геометрической неизменяемости шарнирно-стержневых прикрепленных и неприкрепленных систем.
7.Анализ геометрической структуры сооружений. Правила (способы) образования неизменяемых систем.
8.Плоские статически определимые фермы. Классификация ферм, достоинства и недостатки
всравнении друг с другом.
7
9.Методы определения усилий в стержнях статически определимых ферм. Способ вырезания узлов.
10.Способ моментных точек (простых сечений) для определения усилий в стержнях статически определимых ферм.
11.Способы совместных и замкнутых сечений для определения усилий в стержнях статически определимых ферм.
12.Расчет статически определимых ферм на подвижную нагрузку. Построение линий влияния усилий в стержнях ферм статическим способом.
13.Особенность построения линий влияния усилий в стержнях консольных ферм.
14.Частные случаи равновесия узлов ферм (леммы).
15.Графический способ определения усилий в стержнях ферм (диаграмма Максвелла-Кре- моны).
16.Арочные конструкции, их назначение и область применения. Типы арок, их достоинства и недостатки в сравнении друг с другом.
17.Аналитический расчет трехшарнирных арок на неподвижную вертикальную нагрузку (определение опорных реакций и усилий М, Q и N в произвольном сечении арки).
18.Понятие рациональной оси арки.
19.Расчёт статически определимых многопролётных балок.
20.Классификация расчётных схем сооружений.
4.Печатные и электронные издания
1.Анохин Николай Николаевич. Строительная механика в примерах и задачах : учеб. пособие для студентов вузов по строит. спец.. Ч.1 : Статически определимые системы / Анохин Николай Николаевич ; М. : Изд-во АСВ, 2016. – 336 с. – ISBN ISBN 978-5-4323-0173-4.
2.Шеин Александр Иванович. Краткий курс строительной механики : учеб. для студентов вузов по направлению 270100 "Стр-во". / Шеин Александр Иванович ; М. : Изд. Дом "БАСТЕТ", 2011.
– 272 с. – ISBN ISBN 978-5-903178-27-8.
3.Агапов В.П.. Строительная механика, курс лекций : учебное пособие. / Агапов В.П. ; В.П. Агапов. – Москва : Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2016. – 179 c. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/58215.html. – ISBN ISBN 978-5-7264- 1386-0.
4.Дарков, А. В. Строительная механика : учеб. для студентов строит. спец. вузов / А. В. Дарков,
Н. Н. Шапошников. - 9-е изд., испр. - СПб. : Лань, 2004. - 655 с.
5.Киселев, В.А. Строительная механика. Общий курс: Учеб. Для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп.
– М.: Стройиздат, 1986. – 520 с.
6. Лампси Борис Борисович. Сборник задач и упражнений по строительной механике : учеб.- метод. пособие по подгот. к практ. занятиям по дисциплине "Строит. механика" для обучающихся по направлению подгот. 08.03.01 Стр-во, профиль Стр-во инженер., гидротехн. и природоохран. сооружений. Ч.2 : Статически неопределимые системы / Лампси Борис Борисович, Трянина Надежда Юрьевна, Юдников Сергей Георгиевич, Юлина Анна Александровна, Лампси Борис Борисович, Хазов Павел Алексеевич ; Нижегор. гос. архит.-строит. ун-т. – Нижний Новгород
: ННГАСУ, 2016. – 1 CD ROM. – URL: URL: http://catalog.nngasu.ru/MarcWeb2/.
Перечень иных общедоступных ресурсов сети «Интернет»
Используется информационно-справочная система NormaCS. Разработчиккомпания Нанософт. Информационно-образовательные ресурсы:
Электронная библиотека ННГАСУ (http://www.bibl.nngasu.ru/electronicresources/)
8
Научная электронная библиотека www.eLIBRARY.RU – Режим доступа: http://elibrary.ru/ www.EDU.RU –Федеральный портал «Российское образование»
window .EDU.RUИнформационная система "Единое окно доступа к образовательным ресурсам".
Материалы зарубежных издательств в электронной форме: Wiley(1600журналов) http://www.interscience.wiley.com
American Mathematical Society (база MSN)
9
Лампси Б.Б.
Прикладная механика. Лабораторные работы. Часть 3.
Учебно-методическое пособие по подготовке к лабораторным занятиям
(включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Прикладная механика» для обучающихся
по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология направленность (профиль) Стандартизация и сертификация
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru