Шишман - Статика сооружений

Изложены основы расчета плоских статически определимых и неопределимых стержневых систем на неподвижную и подвижную нагрузку. Теоретические положения и выводы сопровождаются подробно разобранными примерами расчета сооружений.

Для учащихся строительных техникумов.

© Стройиздат, 1989

Предисловие

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года  предусматривают создание единой системы непрерывного образования, совершенствования деятельности общеобразовательной школы, развитие  среднего специального и высшего образования. Необходимо поднимать качество подготовки специалистов, в той числе и  техников-строителей, которые должны иметь высохни уровень подготовки по всем общетехническим дисциплинам и прежде всего по технической механике, являющейся базой для изучения всех специальных дисциплин.

Статика сооружений включена и третий раздел программы по технической механике и ее изучение базируется на знании двух  предшествующих разделов технической механики — теоретической  механики и сопротивления материален.

В доступной форме изложены теоретические основы образования и расчеты простейших сооружений. Даны решения задач, с  которыми техник-строитель может встретиться в своей производственной деятельности. Приведены выводы всех важнейших формул и на примерах показано решение многих типовых задач, при этом использовалась только Международная система единиц измерении (СИ).

При работе с предлагаемым учебником необходимо помнить следующее;

1) все размерь: на рисунках указаны в метрах;

2) если в тексте или па рисунке не указаны направления осей проекций, то имеется в виду, что ось х направлена по горизонтали вправо, а ось у — по вертикали вверх.

Предполагается, что параллельно с изучением статики сооружений учащиеся воспользуются также книгами |7] и [10], в которых они найдут решения других гримеров, а также обширный материал для самостоятельной работы.

Все критические замечания читателей, которые помогут улучшить содержание книги, будут приняты автором с благодарностью.

Глава 1. Основные сведения

1.1. Задачи стили сооружений

До настоящего времени не существует точного  определения понятия «сооружение». Вероятно, многие, не задумываясь, назовут сооружениями здания,  стропильные и мостовые фермы, опоры линий  электропередач и т. п. и, пожалуй, мало кто решится назвать  сооружениями железнодорожные вагоны, автобусы или  корпуса самолетов. Тем не менее в курсе статики  сооружений естественно речь будет идти о сооружениях — о  способах их образования и расчете.

Условимся сооружением {системой) называть  совокупность твердых тел (элементов), неподвижно  соединенных между собой. К любому сооружению  предъявляются следующие главнейшие требования:

1. Неподвижность относительно основания и неизменяемость приданной геометрической формы в течение всего срока службы.

2. Прочность, жесткость, устойчивость. Прочность и устойчивость гарантируют безопасность эксплуатации сооружения, а достаточная жесткость ограничивает деформацию его в таких пределах, которые не  препятствуют нормальным условиям эксплуатации.

3. Экономичность. Экономичность сооружений  определяется наименьшими затратами средств на материалы и возведение сооружения.

Чтобы удовлетворить этим требованиям, надо уметь рассчитывать сооружение. Наука, изучающая расчет сооружений на прочность, жесткость и устойчивость независимо от метода расчета, свойств материала  (линейно- или нелинейно-упругий, неупругий) и  действующей нагрузки (временной или постоянной, сплошной или сосредоточенной, статической или динамической) называется строительной механикой. Строительная  механика широко использует методы расчета и  математический аппарат сопротивления материалов, теории  упругости и теории пластичности в той мере, в какой они  содержат материал для расчета сооружений.

Статикой сооружений называется раздел  строительной механики, изучающий методы расчета сооружений на прочность, жесткость и. устойчивость при статическом действии нагрузки, В этой книге рассматриваются только линейно деформируемые сооружения (в  дальнейшем— упругие), т. е. такие, для которых в известных пределах нагружения справедлив закон прямо  пропорциональной зависимости между силами (нагрузками) и вызываемыми ими перемещениями (закон Гука).

Между статикой сооружений, теоретической  механикой и сопротивлением материалов существует тесная взаимосвязь. Сопротивление материалов базируется на знании теоретической механики и изучает методы расчета отдельных элементов сооружений на прочность,  жесткость и устойчивость. Статика сооружений применяет - методы теоретической механики и сопротивления  материалов к статическому расчету сооружений и служит базой для изучения последующих  инженерно-строительных дисциплин.

Основными задачами статики сооружений являются следующие.

1. Установление законов образования  наивыгоднейших форм сооружений, т. е. таких форм, которые  удовлетворяют вышеизложенным главнейшим требованиям, предъявляемым к сооружениям.

2. Определение внутренних сил в различных сечениях элементов сооружений и выполнение расчетов по подбору и проверке их размеров. Однако в статике  сооружений, как правило, эти расчеты самостоятельно не  рассматриваются; предполагается, что они известны из  курса «Сопротивление материалов».

3. Изучение упругих перемещений, возникающих в сооружении под влиянием внешних воздействии.

4. Исследование устойчивости сооружений. Необходимо отметить, что статика сооружений — наука прикладная, она изучает современные методы расчета сооружений и способствует более экономному расходованию материалов и финансовых ресурсов страны.

1.2. Основные допущения

Основные допущения, вводимые в статику  сооружений для расчета упругих систем, те же, что и в  сопротивлении материалов, с той лишь разницей, что они  относятся не к отдельному элементу, а ко всему  сооружению в целом. 1. В известных пределах нагружения материал  сооружения обладает совершенной упругостью, г. е. после прекращения действия нагрузки деформация полностью исчезает.

2. Перемещения точек сооружения, обусловленные его упругими деформациями, весьма малы по  сравнению с размерами самого сооружения. Из этого  допущения следует, что изменения в расположении сил,  происходящие при деформации сооружения, не следует  учитывать при составлении уравнений равновесия (при  определении реакций связей), а также при определении внутренних сил. Это положение иногда называют принципом начальных размеров.

3. Перемещения точек упругодеформируемого  сооружения в известных пределах нагружения прямо  пропорциональны силам, вызывающим эти перемещения.

4. Справедлив принцип независимости действия сил: результат действия на сооружение группы сил не  зависит от последовательности нагружения ими  сооружения и равен сумме результатов действия каждой из сил в отдельности.

Под результатом действия сил в зависимости от  конкретной задачи могут пониматься перемещения той или иной точки сооружения, величина внутренней силы и т. п.

1.3. Расчетные схемы сооружений Большинство сооружений имеет сложные соединения составляющих их элементов. Расчет такого сооружения, как единого целого, оказывается весьма сложным. Для расчета прибегают к упрощениям, сознательно  отказываясь от целого ряда сравнительно маловажных  факторов, и оперируют с упрощенными схемами  сооружений, называемыми расчетными схемами. Расчетные  схемы представляют собой упрощенное изображение  действительного сооружения. Выбор расчетной схемы  представляет собой ответственную задачу. Расчетная схема должна позволять сделать расчет сооружения по  степени сложности практически приемлемым и в то же время должна обеспечить расчету достаточную достоверность и точность.

Хорошим примером замены действительного  сооружения расчетными схемами является железнодорожный мост (рис. 1.1,я), который обычно состоит из двух вертикальных ферм, соединенных между собой  продольными и поперечными связями, и проезжей части.  Последняя состоит из поперечных балок, прикрепленных  концами к главным фермам, и продольных балок,  соединенных с поперечными. Стержни, образующие фермы,  жестко скреплены между собой своими концами сваркой или заклепками. Мост несет вертикальную нагрузку от  собственной силы тяжести и силы тяжести подвижного состава, а также горизонтальную нагрузку от давления ветра.