Строительная механика и металлические конструкции

Обновлено: 05.07.2024

Изучение основ промышленного и гражданского строительства невозможно без изучения строительной механики. Ее методы будут применяться при расчете любых конструкций. Далее рассмотрим задачи строительной механики и ее применение при расчетах металлических конструкций.

Строительная механика

Изучением этой непростой дисциплины студенты занимаются на 3–4 курсе, она является обязательной для всех обучающихся по направлениям «Строительство» и «Архитектура». Это наука о принципах и методах расчета сооружений на прочность, жесткость, устойчивость как при статических, так и при динамических колебаниях.

Целями расчетов, выполняемых в курсе строительной механики, являются:

определение внутренних усилий в отдельных элементах конструкций;
определение перемещений различных точек из-за действующих нагрузок;
определение требуемых размеров элементов.

Выполнение расчетов позволяет сконструировать систему, которая будет обладать достаточной прочностью и при этом будет израсходован минимальный объем материала. Выявив перемещения различных точек, можно определить, как изменится положение системы и ее форма, то есть определить ее жесткость.

При выполнении расчетов принимается ряд допущений. В первую очередь считается, что материал сооружения обладает совершенной упругостью и все деформации исчезают после завершения воздействия на элемент. Также перемещения точек сооружения принимаются бесконечно малыми по сравнению с самим сооружением, а также эти перемещения принимаются прямо пропорциональными тем силам, которые их вызывают. И последним допущением является то, что результат действия группы сил не зависит от последовательности нагружения и может быть определен как сумма всех сил.

Чтобы рассчитать сложное здание или сооружение применяются расчетные схемы, которые представляют собой упрощенные изображения действительного сооружения. К примеру, разрабатывая расчетную схему для однопролетного моста, мы начертим простую балку на двух опорах. На эту балку будет действовать постоянная распределенная по всей длине нагрузка от дородного покрытия, перил, собственного веса несущих элементов.

Готовые работы на аналогичную тему

Расчетные схемы могут быть как плоские, так и пространственные. В первом случае все стержни и нагрузки будут расположены в одной плоскости, а втором в разных плоскостях.

Расчетная схема может быть статически неопределимой или статически неопределимой. По кинематическому признаку схемы могут быть геометрически неизменяемыми, геометрически изменяемыми и мгновенно изменяемыми. В первом случае изменение формы происходит из-за деформации отдельных элементов. Во втором случае изменение формы происходит без изменения, деформации элементов. В мгновенно изменяемых системах допускаются бесконечно малые перемещения без деформации элементов.

Рисунок 1. Пример расчетных схем ферм, классификация ферм по разным признакам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Перемещение – это изменение положение узла, элемента, тела в пространстве относительно выбранной системы отсчета.

Металлические конструкции

Применительно к металлическим конструкциям строительная механика используется для выполнения кинематического анализа, состоящего из:

определения числа степеней свободы;
структурного анализа;
проверки на мгновенную изменяемость.

Так после определения числа степеней свободы выполняют структурный анализ, который состоит в рассмотрении расположения связей системы установлении порядка сочетаний элементов.

Также строительная механика применяется в расчетах балочных конструкций с применением теории линий влияния, расчете простейших статически определимых ферм, расчете пространственных ферм и т. д.

Общие методы расчета металлоконструкций включают метод допускаемых напряжений и метод предельных состояний.

Вопросы расчетов строительных конструкции изучаются студентами постепенно. Переходя от теоретических дисциплин, изучаемых на первом курсе всеми студентами инженерных вузов, постепенно увеличивается доля специальных предметов, где дают более точные ориентиры о методах проведения расчетов, составлении схем и допустимых упрощениях. Так, постепенно погружаясь студенты учатся вести расчеты только после того, как закрепится понимание о том, как нагрузки влияют на разные схемы и системы и какие деформации в них вызывают. При работе с конкретным материалом важно учитывать специфику, к примеру, при расчетах металлоконструкций следует остановиться на явлении усталости.

Строительная механика и металлические конструкции. Вершинский А.В. и др. 1984

Содержание учебника соответствует утвержденной Минвузом СССР программе курса «Строительная механика и металлические конструкции» по специальности 0530 («Подъемно-транспортные машины»), читаемого в инженерно-технических вузах со сроком обучения 5 лет. В книге рассматриваются вопросы строительной механики и металлических конструкций подъемно-транспортных машин, причем объем книги между двумя этими разделами так же, как и количество лекционных часов по программе курса, распределяется поровну. Весь материал излагается с учетом специфики подъемно-транспортных машин. К настоящему времени разработан ряд специальных задач по расчету металлических конструкций грузоподъемных машин, рассматривающих их конструкции в неразрывной связи с общей работой грузоподъемной машины. Эти задачи нашли отражение в данном учебнике.

Предисловие
Основные условные обозначения

Часть первая. Строительная механика

Раздел первый. Статически определимые системы

Глава 1. Балки с подвижкой нагрузкой
§ 1.1. Сущность метода линий влияния
§ 1.2. Линии влияния реакций, перерезывающих сил и изгибающих моментов
§ 1.3. Линии влияния при узловой передаче нагрузки
§ 1.4. Кинематический метод построения линий влияния
§ 1.5. Определение невыгоднейшего загружения линий влияния
§ 1.6. Определение наибольшего изгибающего момента в двухопорной балке от действия ходовых колес тележки

Глава 2. Фермы с неподвижной нагрузкой
§ 2.1. Способы образования ферм и условия их геометрической неизменяемости и статической определимости
§ 2.2. Методы определения усилий в стержнях плоских ферм
§ 2.3. Особенности расчета ферм при загружении внеузловой нагрузкой от натяжений канатов

Глава 3. Фермы с подвижной нагрузкой
§ 3.1. Линии влияния усилий в стержнях типовых крановых ферм
§ 3.2. Линии влияния усилий в стержнях шпренгельных ферм

Глава 4. Пространственные стержневые системы
§ 4.1. Способы образования пространственных ферм и условия их геометрической неизменяемости
§ 4.2. Определение усилий в стержнях ферм методом вырезания узлов
§ 4.3. Определение усилий в стержнях пространственных ферм методом разложения их на плоские фермы

Глава 5. Основные теоремы об упругих системах
§ 5.1. Основные понятия
§ 5.2. Работа при статическом приложении внешних сил
§ 5.3. Работа внутренних сил упругой стержневой системы
§ 5.4. Возможная работа внешних и внутренних сил
§ 5.5. Теорема о взаимности работ и взаимности перемещений
§ 5.6. Общая формула для определения перемещений плоской стержневой системы. Метод Мора

Раздел второй. Статически неопределимые системы

Глава 6. Расчет статически неопределимых систем методом сил
§ 6.1. Установление степени статической неопределимости и выбор лишних неизвестных
§ 6.2. Канонические уравнения метода сил и их упрощение
§ 6.3. Учет влияния изменения температуры и неточностей изготовления и монтажа конструкций

Глава 7. Применение метода сил к расчету различных статически неопределимых систем
§ 7.1. Расчет неразрезных балок
§ 7.2. Расчет статически неопределимых ферм
§ 7.3. Расчет статически неопределимых систем на действие подвижной нагрузки

Глава 8. Расчет статически неопределимых систем методом перемещений
§ 8.1. Определение числа неизвестных
§ 8.2. Канонические уравнения метода перемещений
§ 8.3. О методе конечных элементов

Раздел третий. Некоторые специальные задачи строительной механики грузоподъемных машин

Глава 9. Особенности расчета крановых конструкций
§ 9.1. Определение усилий в элементах вспомогательной фермы от подвижной нагрузки на главной ферме (балке) кранового моста
§ 9.2. Расчет шарнирно сочлененных стрел с гибкой и жесткой оттяжкой при работе механизма вращения
§ 9.3. Определение усилий в элементах мачтово-стреловых кранов с жесткими и гибкими оттяжками
§ 9.4. Определение распора в подвижных конструкциях портального и полупортального типов от различных нагрузок и особенности расчета их остова

Глава 10. Основы динамического расчета крановых конструкций
§ 10.1. Динамические расчетные схемы основных типов крановых конструкций и их приведенные массы
§ 10.2. Определение динамического воздействия на одномассовую систему при нагрузке, возрастающей по линейному закону, приложенной мгновенно и кратковременно
§ 10.3. Динамическое действие нагрузок на конструкции при работе механизмов подъема, передвижения, вращения и изменения вылетов кранов

Часть вторая. Металлические конструкции грузоподъемных машин

Раздел четвертый. Материал, общие методы расчетов и элементы металлических конструкций

Глава 11. Материалы металлических конструкций
§ 11.1. Строительные, углеродистые и низколегированные стали, их характеристики и области применения
§ 11.2. Алюминиевые сплавы
§ 11.3. Сортамент. Гнутые профили
§ 11.4. Особенности работы металлов в условиях низких температур

Глава 12. Общие методы расчетов металлических конструкций
§ 12.1. Особенности работы металлических конструкций при переменных напряжениях
§ 12.2. Влияние концентраторов напряжений и асимметрии цикла нагружения на сопротивление усталости
§ 12.3. Влияние на сопротивление усталости остаточных и перегрузочных напряжений
§ 12.4. Основные положения расчета металлических конструкций при переменных напряжениях
§ 12.5. Расчетные сочетания нагрузок
§ 12.6. Расчеты на прочность при постоянных и переменных напряжениях по методам предельных состояний и допускаемых напряжений

Глава 13. Соединения стальных конструкций
§ 13.1. Сварные соединения
§ 13.2. Болтовые и заклепочные соединения
§ 13.3. Шарнирные соединения

Глава 14. Расчет и конструкции балок
§ 14.1. Выбор основных размеров балок. Расчет прокатных и составных балок
§ 14.2. Особенности расчета коробчатых балок с рельсом над стенкой и с рельсом посередине балки
§ 14.3. Конструкции и расчет стыков балок
§ 14.4. Кручение балок
§ 14.5. Стесненный изгиб тонкостенных балок замкнутого профиля
§ 14.6. Общая устойчивость балок
§ 14.7. Местная устойчивость элементов балок
§ 14.8. Конструкции крепления рельсов

Глава 15. Расчет и конструкции ферм
§ 15.1. Основные размеры ферм. Системы решеток и их выбор
§ 15.2. Типы и подбор сечений стержней ферм
§ 15.3. Устойчивость стержней переменного сечения по длине и составных стержней
§ 15.4. Деформационный способ расчета стержней
§ 15.5. Особенности конструирования и расчета узлов и поясов ферм

Раздел пятый. Металлические конструкции кранов

Глава 16. Мостовые краны
§ 16.1. Типы конструкций и их основные параметры
§ 16.2. Расчетные нагрузки и их комбинации. Особенности расчета

Глава 17. Козловые краны и мостовые перегружатели
§ 17.1. Типы конструкций
§ 17.2. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 17.3. Особенности расчета

Глава 18. Стрелы
§ 18.1. Типы конструкций
§ 18.2. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 18.3. Особенности расчета

Глава 19. Портальные краны
§ 19.1. Типы конструкций и их основные параметры
§ 19.2. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 19.3. Особенности расчета

Глава 20. Башенные краны
§ 20.1. Типы конструкций и их основные параметры
§ 20.2. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 20.3. Особенности расчета
Список литературы

Строительная механика и металлические конструкции кранов. Кубланов Н.П., Спенглер И.Е. 1968

В книге кратко изложены основы строительной механики статически определимых и статически неопределимых систем, применяемых в крановых металлоконструкциях (балки, фермы, рамы). Рассмотрены мостовые, стреловые, башенные, козловые краны и перегрузочные мосты. Приведены примеры расчета и подбора сечений. Кратко освещены вопросы изготовления и монтажа крановых металлоконструкций, а также требования технологичности и экономичности. Книга является учебным пособием для студентов механических специальностей вузов и может быть полезной инженерам, занимающимся проектированием и эксплуатацией кранов.

Общая часть

Глава I. Характеристика сооружений и основные принципы их проектирования
§ 1. Каркас промышленного здания
§ 2. Основные принципы и порядок проектирования металлических конструкций подъемно-транспортных сооружений и машин
§ 3. Нагрузки и воздействия. Режим работы кранов
§ 4. Методика расчета металлических конструкций

Строительная механика

Глава II. Расчет балок на подвижную нагрузку
§ 1. Построение линий влияния для балок на двух опорах
§ 2. Определение искомой величины от действительной нагрузки по линии влияния
§ 3. Определение расчетного положения поезда при загружении линии влияния
§ 4. Определение наибольших изгибающих моментов и поперечных сил в балке при подвижной нагрузке

Глава III. Расчет ферм
§ 1. Общая характеристика и классификация ферм
§ 2. Методы расчета ферм при действии неподвижной нагрузки
§ 3. Расчет ферм на подвижную нагрузку по методу линий влияния
§ 4. Особенности расчета сложных ферм

Глава IV. Перемещения и деформации упругих систем
§ 1. Вводные понятия
§ 2. Принцип возможных перемещений
§ 3. Формула Мора для определения перемещений
§ 4. Способ перемножения эпюр для определения перемещений
§ 5. Теоремы о взаимности работ и взаимности перемещений

Глава V. Статически неопределимые системы
§ 1. Общая характеристика
§ 2. Определение степени статической неопределимости
§ 3. Метод сил
§ 4. Рамы. Методы расчета
§ 5. Расчет статически неопределимых ферм
§ 6. Линии влияния для статически неопределимых балок
§ 7. Комбинированные системы
§ 8. Расчет рамных систем методом перемещений

Металлические конструкции

Глава VI. Общие сведения
§ 1. Материал металлических конструкций
§ 2. Сортамент
§ 3. Работа металла в условиях повторных переменных нагрузок
§ 4. Методика расчета на прочность и выносливость. Допускаемые напряжения, расчетные сопротивления н сочетания нагрузок

Глава VII. Соединения элементов металлических конструкций
§ 1. Общая характеристика
§ 2. Сварные соединения
§ 3. Заклепочные и болтовые соединения
§ 4. Расчет высокопрочных предварительно напряженных болтов

Глава VIII. Элементы металлических конструкций
§ 1. Составные балки
§ 2. Стойки
§ 3. Фермы

Глава IX. Металлические конструкции мостовых кранов
§ 1. Типы мостовых кранов
§ 2. Расчет и конструирование крановых мостов открытого типа
§ 3. Расчет и конструирование четырехплоскостных крановых мостов

Глава X. Стреловые грузоподъемные краны
§ 1. Общие сведения. Конструкция стрел
§ 2. Расчет стрелы
§ 3. Расчет мачты, вант и жестких подкосов
§ 4. Определение расчетной длины и гибкости сжатых стержней
§ 5. Расчет прочности и устойчивости
§ 6. Проверка устойчивости стреловых кранов
§ 7. Металлические конструкции стреловых кранов

Глава XI. Башенные краны
§ I. Типы конструкций
§ 2. Строительные башенные краны
§ 3. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 4. Особенности расчета и проектирования
§ 5. Расчет колонны (башни)
§ 6. Усилия в элементах решетчатых стрел и колонн при действии крутящего момента
§ 7. Определение усилий в стреле и колонне по деформированной схеме
§ 8. Определение давлений на опоры крана
§ 9. Пример расчета металлических конструкций башенного крана
§ 10. Металлические конструкции башенных кранов
§ 11. Модернизация стреловых кранов

Глава XII. Портальные и козловые краны. Перегрузочные мосты
§ 1. Портальные краны. Описание конструкций
§ 2. Расчетные нагрузки и их комбинации
§ 3. Усилия и напряжения в портале и колонне
§ 4. Металлические конструкции портальных кранов
§ 5. Козловые краны и перегрузочные мосты
§ 6. Специфика расчета
§ 7. Новые конструкции козловых кранов
§ 8. Перегрузочные мосты. Специфика проектирования
§ 9. Особенности расчета элементов перегрузочного моста
§ 10. Металлические конструкции перегрузочных мостов
§ 11. Конструкции из алюминиевых сплавов

Глава XIII. Особенности проектирования, изготовления и монтажа крановых металлических конструкций. Вопросы технологичности и экономики
§ 1. Развитие конструктивных форм кранов
§ 2. Технологичность и особенности изготовления металлических конструкций
§ 3. Стоимость и трудоемкость изготовления металлических конструкций
§ 4. Сборка, монтаж и эксплуатация кранов

Приложение 1. Приближенные значения радиусов инерции сложных сечений
Приложение 2. Коэффициенты продольного изгиба центрально сжатых элементов
Литература

Читайте также: