Класифікація розрахункових схем

Реальна споруда - це складне сполучення багатьох, різних за призначенням, елементів. Серед них важливу роль відіграють елементи, які утримують споруду у стані опору дії навантажень. Ці елементи утворюють несучу конструкцію споруди. Наприклад, коли у промисловому будинку відкинути вікна, двері, перегородки, самонесучі цегляні чи панельні стіни, панелі перекрить, то залишиться несуча конструкція у вигляді просторового каркасу. Вона приймає на себе всі навантаження, які будуть діяти під час експлуатації будинку. Інженерне проектування повинно забезпечити надійність несучої конструкції. При розрахунку переходять до розрахункової конструкції яка отримується, коли у несучій конструкції є тільки елементи, які відіграють основну роль у опорі дії навантаження. У результаті часто замість просторової отримуємо плоску конструкцію. Розрахункова конструкція лишається ще складною для розрахунку, і подальше спрощення приводить до розрахункової схеми конструкції

В розрахунковій схемі відображена максирисьно можлива ідеалізація розрахункової схеми. Балки, колони і інші елементи, які можуть бути віднесені до стержнів, зображаються однією лінією - віссю елементу, ідеалізуються вузлові і опорні зв'язки і навантаження. Розрахункова схема, таким чином, є спрощене, ідеалізоване зображення споруди і навантаження. Розрахункова схема повинна бути простою, доступною для практичного розрахунку на даному рівні розвитку будівельної механіки, але, з іншого боку вона повинна якнайточніше відобразити роботу конструкції. Вибір розрахункової схеми - дуже відповідальна і важлива частина розрахунку. Правильний вибір може зробити інженер, який добре розуміє роботу конструкції і озброєний знаннями у галузі будівельної механіки.

Для багатьох типових конструкцій розроблені варіанти розрахункових схем. Всі розрахункові схеми можна класифікувати за різними ознаками.

В залежності від розташування елементів системи у просторі маємо плоскі і просторові системи. До плоских належать системи, у яких осі всіх елементів (включаючи опорні) і лінії дії зовнішнього навантаження розташовані в одній площині. Всі інші відносяться до просторових.

З геометричної точки зору споруди поділяються на три основні групи:

1. Стержневі системи - системи, утворені зв'язаними між собою елементами, у яких довжина значно перевищує розміри поперечного перетину

2. Плити, пластини, оболонки характерні тим, що два розміри елемента значно перевищують третій (товщину)

3. Масивні (блочні) системи - це системи з елементів, які мають всі розміри одного порядку

а) стержень б) пластина в) масив

У залежності від характеру з'єднання елементів між собою розрізняють системи з шарнірними вузлами з жорсткими вузлами і комбіновані

По напрямку опорних реакцій системи можуть бути безрозпірні і розпірні. Безрозпірними називають системи, у яких при вертикальному навантаженні виникають тільки вертикальні реакції. У розпірних системах при вертикальному навантаженні виникають горизонтальні складові опорних реакції

3. Кінематичний аналіз. Кількісний і якісний етап.

Будівельна механіка розглядає геометрично незмінні системи (спорудження), тобто такі, переміщення точок яких можливі тільки в результаті деформації системи. Нерухомість таких систем (їхня геометрична незмінюваність) щодо землі забезпечується опорними зв'язками (опорами). Реакції, що виникають в опорах, разом з діючими навантаженнями, утворять урівноважену систему зовнішніх сил.

а – циліндрична рухома, або шарнірно рухома; б – циліндрична нерухома, або шарнірно нерухома; в – защімлююча нерухома, або жорстке закладення; г – защімлююча рухома, або ковзне закладення.

Кількісний етап має за мету визначення кількості ступенів вільності всієї розрахункової схеми (кількості незалежних параметрів руху), які визначають положення елементів системи відносно якоїсь нерухомої системи координат. Цю величину називають ступенем геометричної змінюваності системи.

Можна записати формулу (модифікацію формули Чебишова) для визначення ступеня геометричної змінюваності Г системи:

Г=3Д+2В-3П-2Ш-С-3,

Д - кількість простих дисків, включаючи опорний диск ’’землю’’, якщо система прикріплена до неї; В – кількість вузлів в’язів, тобто кількість матеріальних точок, тобто точок, в яких з’єднуються тільки кінематичні в’язі; П – кількість простих припайок; Ш – кількість простих шарнірів; С – кількість простих в’язей (стержнів); 3(три) – число ступенів вільності всієї плоскої олзрахункової схеми як твердого тіла в площині.

Якщо Г>0, розрахункова схема споруди безперечно є геометрично змінюваною. Цей результат засвідчує,що з’єднувальних пристроїв не вистачає для усунення можливості переміщень, які можуть робити окремі елементи системи або вся система в цілому.

Якщо Г≤0, можна стверджувати, що виконується необхідна умова геометричної незмінюваності розрахункової схеми, бо з’єднувальні пристрої можуть забезпечити нерухомість усіх елементів і систему в цілому.

Таким чином якщо Г≤0 розрахункова схема може бути або геометрично незмінюваною, або геометрично змінюваною,або, нарешті миттєво змінюваною залежно від розташування дисків і з’єднань.

Якісний (структурний) етап аналізу розрахункової схеми полягає у визначенні послідовності і способів утворення системи з елементів. З’єднання всієї системи або її фрагментів повинно виконуватись відповідно до способів правильного з’єднання елементів у геометрично незмінювані системи.

Далі наведені основні способи утворення найпростіших геометрично незмінюваних плоских систем при виконанні мінімальної кількості з’єднувальних пристроїв.

Спосіб “діади”- д+в/ с1,с2=Д

Спосіб “Шухова” - д1+д2/с1,с2,с3=Д

Спосіб “Полонсо” - д1+д2/ш,с=Д

Спосіб “припайка” - д1+д2/п=Д

Спосіб “шарнірного трикутника” - д1+д2+д3/ш1,ш2,ш3=Д