Предмет и задачи теории сооружений.

Предмет и задачи теории сооружений.

Сооружение – это то, что сделано руками человека с использованием инженерно-технических расчетов в области строительства. Виды несущих конструкций: металлические, бетонные, ж\б, деревянные, каменные, пластмассовые, грунтовые. Характеристики несущих конструкций: прочность, жёсткость, устойчивость, долговечность. Все эти хар-ки должны удовлетворять условию: Rраб <= Rпред. Задачи, решаемые строительной механикой: изучение распределения внутренних усилий в элементах сооружений; определение наиневыгоднейшего нагружения сооружения; построение расчетных схем сооружений.

Что составляет основу концепции сил в оценке прочности сооружения?

Оценка любого качества состоит в сравнении двух состояний: заданного (реального) и эталонного (идеального). В теории сооружений критерии прочности (прочность, жесткость, устойчивость, долговечность) построены на сравнении характеристик двух состояний. Одна из них количественно выражает наихудшее состояние сооружения при всех возможных загружениях, то есть является характеристикой «рабочего состояния». Вторая должна выражать «предельное состояние», при переходе через которое возможна полная или частичная потеря эксплуатационных качеств сооружения. Rраб <= Rпред. Концепция сил построена на идеализации материала, из которого выполнены сооружения и среда, в которой они эксплуатируются. Предполагается, что они состоят из совокупности абсолютно неразрушимых плотно прилегающих друг к другу частиц - материальных точек, соединенных между собой механическими связями. Связи, разрыв которых приводит к разрушению сооружения, называют внутренними. Это связи внутри самого сооружения - в его элементах (между отдельными частичками, сечениями) и в соединениях. Усилия во внешних связях называются нагрузкой. Дифференциальные связи – напряжения (σ,τ). Интегральные связи – внутренние усилия (M, Q, N).

 

Что называется нагрузкой действующей на сооружение, и какие виды нагрузки вы знаете?

Приложенные силы в обращенных связях между средой и сооружением – нагрузка. Нагрузка – усилие во внешних связях (между сооружением и средой).

Усредненная поверхностная нагрузка может быть определена делением собственного веса изделия на горизонтальную проекцию его поверхности q = G/A, снеговая нагрузка определяется, зависящим от района строительства, давлением снегового покрова на горизонтальную поверхность s_о и очертанием кровли, которое характеризуется коэффициентом неравномерности μ. Интенсивность давления определяется произведением s = s_о ∙μ. В соответствии с законами гидродинамики сопротивление объекта в потоке или равное ему и противоположно направленное давление (нагрузка) на объект определяется скоростью потока v, плотностью среды ρ и формой объекта, учитываемой коэффициентом обтекания c. q = c∙ρ∙v²/ 2

Виды нагрузок: поверхностная (если нагрузка не является собственным весом сооружения или инерцией, то она передается через поверхность контакта среды и сооружения); гравитационная (снеговая; боковая (от давления сыпучих тел)); аэрогидродинамическая (от давления воды и воздуха); полезная (чрезвычайно неоднородная гравитационная среда, для которой предназначено сооружение – люди, оборудование, технологические процессы).

 

Как определяется нагрузка от собственного веса однородных сред?

Если материал имеет одинаковую плотность во всем объеме, то его называют однородным. В однородной среде по известному объему материала в конструкции (в оборудовании, объему складируемых материалов и других объектов) - V и приходящемуся на единицу объема, весу материала -удельному весу – γ можно определить ее полный вес – G = γ∙V. Если однородный материал равномерным слоем (слоем одинаковой высоты h) покрывает некоторую поверхность площадью А, то его объем равен V = h∙A, а вес G = h∙A∙γ. Частное от деления веса G на площадь А представляет собой величину q = G/А = h∙γ, которая характеризует интенсивность поверхностной нагрузки (вес приходящийся на единицу площади). Зависимость не изменится и тогда, когда высота слоя не одинакова по поверхности. При этом необходимо рассматривать малый участок площади dА и малый объем dV = h∙dA.

Давление распределяется так же, как высота слоя q = γ∙dV/dА = γ∙h.

 

5. Как определяется нагрузка от ветра на сооружение?

При обтекании сооружения потоком воздуха, воды (жидкости), грунтовых масс в оползнях и селях связи между средой и сооружением разрушаются, образуются зоны разряжения и напора, зависящие от конфигурации сооружения и скорости потока. Учитывая свойство газообразной (воздуха) и жидкой (воды) среды не образовывать касательных связей с сооружением, давление от их движения всегда направлено по перпендикуляру к поверхности. Рассмотрим среду, в которой ускорения движения малы по сравнению со скоростью. В соответствии с законами гидродинамики сопротивление объекта в потоке или равное ему и противоположно направленное давление (нагрузка) на объект определяется скоростью потока V, плотностью среды р и формой объекта, учитываемой коэффициентом обтекания с: q = c∙ρ∙v ²/ 2

Этот коэффициент обычно определяется экспериментально. Для малодеформируемых сооружений, когда их форма в потоке не изменяется коэффициент сопротивления определяется на жесткихмоделях в аэродинамических трубах. В том случае, когда объект изменяет свою форму в потоке (гибкие сооружения) величина сопротивления измеряется в натуре. Ветровая нагрузка, как и снеговая, относится к классу климатических. Потоки воздуха, создаваемые ветром, обусловлены многими факторами: состоянием местности, растительностью, атмосферного давления и другими. Градиенты измерения воздуха при ветре в большой степени зависят от местности. Поэтому районирование по ветровым нагрузкам значительно усложняется. Нормативные рекомендации сводятся к тому, чтобы нагрузку определять по формуле с учетом плотности воздуха (р = 0,125 кг/м³) и скорости ветра на высоте 10 м от земли, возможной один раз в пять лет v5

w0 = 0.125 v5² ∙ g / 2 = 0.61 v5² (Н/м). Вероятность этого события можно подсчитать из простых соображений. Изме­рения скорости вет­ра производятся 4 раза в сутки. В году 365 суток, поэтому за пять лет будет произведено 4x365x5 = 7300 наблюдений то есть в расчете используется такая скорость ветра, ко­торая возможна один раз из 7300 случаев. Расчетная скорость получается путем обработки данных многолетних наблю­дений. Скорость ветра по мере удаления от поверхности зем­ли возрастает. Исследования показали, что это увеличение зависит от типа местности. Таким образом, скоростная составля­ющая ветровой наг­рузки определяется по формуле: ω = ω0∙k∙с, где k – коэффициент увеличения скоростного напора по высоте, w0 – скоростной напор ветра.

Что вы знаете об оценке прочности сооружений и их элементов по нагрузке.

Для оценки" прочности по нагрузке должен быть задан элемент сооружения и известна для него (найдена по банку данных) предельная нагрузка (q_пр). Необходимо знать также условия эксплуатации элемента, его расположение в сооружении. Условия эксплуатации дают возможность найти нагрузку на поверхностные элементы и с помощью процедуры сбора нагрузок определить нагрузку рабочего состояния (q_раб). Сравнение их по критерию q_раб <= q_пред отвечает на вопрос о прочности элемента. Если нагрузка рабочего состояния не превышает предельную, то элемент прочен. В противном случае его эксплуатация приведет к непредвиденным последствиям.

Покажите историю появления таких сооружений как рамы и арки.

Рама – сооружение, одновременно работающее на изгиб и на сжатие.

Предмет и задачи теории сооружений.

Сооружение – это то, что сделано руками человека с использованием инженерно-технических расчетов в области строительства. Виды несущих конструкций: металлические, бетонные, ж\б, деревянные, каменные, пластмассовые, грунтовые. Характеристики несущих конструкций: прочность, жёсткость, устойчивость, долговечность. Все эти хар-ки должны удовлетворять условию: Rраб <= Rпред. Задачи, решаемые строительной механикой: изучение распределения внутренних усилий в элементах сооружений; определение наиневыгоднейшего нагружения сооружения; построение расчетных схем сооружений.