Бутенко Юрий Ильич, Засядько Николай Андреевич,
Кан Савелий Нахимович, Китов Юрий Петрович,
Пустовойтов Владимир Павлович, Фесик Степан Прокофьевич
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
*** 1989 ***
| ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) По существу решаемых вопросов строительная механика тесно смыкается с такими науками, как сопротивление материалов, теория упругости, теория пластичности.
Эти науки в отличие от строительной механики рассматривают работу сооружений или их элементов, представляющих собой, как .правило, отдельные тела, при различных допущениях. Теория упругости и теория пластичности ставят своей задачей определение напряженно-деформированного состояния в каждой точке тела. При этом в теории упругости рассматриваются случаи, когда материал сооружения работает в упругой стадии, а в теории пластичности — в упругопластической стадии. В сопротивлении материалов рассматривается работа отдельных стержней, для которых вводится ряд допущений, позволяющих получить зависимости между деформациями и напряжениями во всех точках его произвольного плоского сечения. Строительная механика изучает методы расчета сооружений, как систем, состоящих из ряда связанных друг с другом стержней, а также пластин, оболочек на основе упрощающих допущений. Области применения каждой из перечисленных выше наук трудно разграничить. Часто одну и ту же задачу можно одновременно отнести к нескольким дисциплинам, а методы решения и допущения одной из них используют в других дисциплинах. Так, в строительной механике широко используются положения сопротивления материалов и теории упругости, а также методы других наук: теоретической механики, математики, физики. Строительная механика включает в себя статику, динамику и устойчивость сооружений. Статика изучает вопросы расчета сооружений на прочность при статических воздействиях. Обычно в ней выделяют три раздела: статически определимые и статически неопределимые стержневые системы, пространственные тонкостенные системы (оболочки). Динамика исследует поведение сооружений при динамических воздействиях. Вопросами причин разрушения систем до исчерпания прочности составляющих ее элементов занимается устойчивость сооружений. Строительная механика, как наука о прочности, выделилась по мере развития из общей механики. Ее зарождение обычно связывают с именем Галилео Галилея (1564—1642). В его работе «Рассуждения и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (1638) впервые сделана попытка систематизировать накопленные сведения о прочности сооружений. Некоторые положения, высказанные Галилеем, используются и в настоящее время в динамике, моделировании сооружений, в теории изгиба балок. Однако правильной теории расчетов на прочность Галилей не мог дать в силу общего недостаточного уровня развития наук, эксперимента. В частности, для получения правильного решения задачи изгиба балки понадобилось около 200 лет. Важную роль в этом сыграл установленный Р. Гуком (1635—1703) закон пропорциональности между нагрузкой и деформацией, а также работы Я. Бернулли (1654—1705) и др. Развитию строительной механики в XVIII веке содействовали успехи в области механики и математики, особенно работы Л. Эйлера (1707—1783) и Ж. Л. Лагранжа (1736—1813). Большое значение имели также работы русского ученого М. В. Ломоносова (1711—1765), открывшего закон сохранения материи, и талантливого механика-самоучки И. П. Кулибина (1735—1818), разработавшего, в частности, проект арочного моста пролетом 300 м через р. Неву. Хотя к концу XVIII века уже были заложены теоретические основы строительной механики, она оставалась все еще оторванной от нужд практики. К этому времени развивающийся капитализм испытывал потребность в возведении крупных промышленных сооружений, строительстве железных дорог. Интенсификация производства, внедрение в строительство дорогостоящего в то время металла вызвали необходимость экономного расходования материала, а следовательно, развития практических методов расчета сооружений. Решительным поворотом к нуждам практики явилась реформа строительной механики, осуществленная Л. Навье (1785—1836). Вместо изучения разрушения сооружений он стал рассматривать их рабочее состояние. При этом Навье исходил из того, что пропорциональность между напряжениями и перемещениями сохраняется вплоть до разрушения. Хотя в действительности эта пропорциональность имеет место лишь в пределах действия закона Гука, введенное предположение давало возможность определить ту нагрузку, «которой можно загрузить элемент без того, чтобы возникающие в нем изменения возрастали со временем». Благодаря работам Навье, а также Коши, Сен-Венана и др. из строительной механики в этот период выделилась и приобрела самостоятельное значение теория упругости. Если в начале XIX века большое значение в строительной механике имели графические методы, то усложнение конструкций в конце XIX—начале XX веков, появление сооружений из клепаного металла (мосты, резервуары, суда) обусловило развитие аналитических методов. Важную роль в их разработке сыграли такие ученые, как Г. Ламе (1795—1870), Б. Сен-Венан (1797—1886), Д. Максвелл (1831— 1879), О. Мор (1835—1918), Д. Релей (1842—1919), С. П. Тимошенко (1878—1972). В этот период выдвинулся ряд крупных русских ученых, создавших отечественную школу строительной механики. Создателем теории расчета мостовых ферм является русский инженер Д. И. Журавский (1821—1891). Он также открыл наличие продольных касательных напряжений в балке и получил формулы для их определения. X. С. Головин (1844—1904) известен своими работами по расчету арок, он первый применил «начало наименьшей работы» в строительной механике. Н. А. Белелюбский (1845—1922) явился автором большого количества проектов выдающихся для своего времени мостов. Крупный вклад в теорию устойчивости сделал Ф. С. Ясинский (1856—1899). Большую роль в развитии строительной механики сыграли работы В. Г. Шухова (1853—1939), Л. Д. Проскурякова (1858—1926), И. Г. Бубнова (1872—1919), Н. П. Петрова (1836—1920). Во второй половине XIX века появился новый строительный материал — железобетон. Его применение в сооружениях поставило в начале XX века ученых перед необходимостью совершенствования методов расчета статически неопределимых систем. Благодаря работам В. JI. Кирпичева. Н. С. Стрелецкого, А. А. Гвоздева, И. П. Прокофьева, Б. Н. Жемочкина, П. Л. Пастернака, И. М. Рабиновича, Н. И. Безухова, В. В. Болотина и многих других создана стройная ; система пригодных для широкого применения в инженерной практике методов расчета статически неопределимых систем. Развитие в 20—30-х годах нынешнего столетия теории пластичности позволило проследить поведение сооружения на всех этапах его работы вплоть до разрушения. Исследования, выполненные в этом направлении, создали предпосылки для разработки нового метода расчета — по предельным состояниям. Этот метод получил распространение прежде всего в расчетах железобетонных конструкций благодаря работам советских ученых А. Ф. Лолейта и А. А. Гвоздева. Советские ученые внесли свой вклад в совершенствование различных направлений строительной механики. Так, благодаря работам П. Ф. Папковича, В. 3. Власова, А. А. Уманского, А. И. Лурье, А. Л. Гольденвейзера, В. В. Новожилова и других ученых большое развитие в нашей стране получила теория расчета оболочек и тонкостенных стержней. Ценные результаты получены в области расчета балок и плит на упругом основании (в первую очередь в работах А. Н. Крылова), в расчете сооружений на динамические нагрузки и устойчивость. Большую роль в решении различных задач строительной механики сыграли также работы К. С. Завриева, А. Ф. Смирнова, А. П. Синицына, Д. В. Вайнберга, В. А. Киселева, В. Н. Феодосьева, А. П. Филина и многих других. До середины XX века в строительной механике преобладало стремление к разработке относительно простых, а также приближенных методов, требующих возможно менее сложных вычислений. Широкое распространение ЭВМ в последние десятилетия обусловило коренной переворот в строительной механике. На первое место в оценке методов расчета ставится теперь не простота их, а универсальность. Появляется возможность большего приближения расчетных схем к реальным сооружениям, широко применяются методы линейной алгебры, стати-k стические методы, математическое программирование, элементы топологии. Возможность автоматизации расчетов обусловила практически полный отказ от графических методов. Зародились новые разделы строительной механики: динамическая устойчивость, теория надежности, теория ползучести, неконсервативные задачи устойчивости, нелинейная теория оболочек, оптимальное проектирование. Один из наиболее универсальных методов строительной механики — метод конечных элементов — своим появлением обязан ЭВМ Универсализация Методов строительной механики не означает полного отказа от классических методов. Ощи являются тем фундаментом, на который опирается наука, и тем инструментом, с помощью которого проверяется все новое. Актуальность классических методов строительной механики обусловливается также тём, что многие сооружения представляют собой простые системы, дли которых целесообразно применять простые методы расчета. |
