МИНИСТЕРСТВО ИЫСШГГО И СРГДНГГО СПЕЦИАЛЬНОЮ ОЬРАЗОВАНИЯ СССР
Цена Н) коп.
Утверждено
Учебно-методическим управлением по высшему образованию
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение.......................................................................................... 3
Общие методические указания...................................................... 4
Литература...................................................................................... 6
Методические указания к темам курса........................................ 7
Введение и основные понятия...................................................... 7
Часть I. Статически определимые системы.................................. 9
Тема 1. Многопролетные статически определимые балки.
Общая теория линий влияния.................................... 9
Тема 2. Балочные и консольно-балочные плоские фермы 12
Тема 3. Трехшарнирныс системы.............................................. 15
Тема 4. Арочные фермы и комбинированные системы . 16
Тема 5. Теория перемещений.................................................... 17
Часть II. Статически неопределимые системы .... 18
Тема 6. Метод сил........................................................................ 18
Тема 7. Статически неопределимые арки................................... 21
Тема 8 Неразрезные балки........................................................... 22
Тема 9. Статически неопределимые фермы............................... 23
Тема 10. Метод перемещений ............................................. 24
Тема 11. Смешанный метод. Комбинированный и при
ближенный способы.......................................................................... 25
Тема 12. Пространственные системы...................................... 26
Тема 13. Расчет систем по несущей способности ........................... 26
Часть III.Устойчивость и динамика стержневых систем............ 28
Раздел первый. Устойчивость стержневых систем ................. 28
Раздел второй. Основы динамики стержневых систем......... 29
Часть IV. Основы расчета пространственных тонкостен
ных систем................................................................................................ 30
Контрольные работы .................................................................... 31
Общие указания о порядке выполнения контрольных работ 31
Задачи ............................................................................................. 32
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЬЦИАЛ ЬНО.О
._________________ ОБРАЗОВАНИЯ СССР
Утверждено
Учебно-методическим управлением
по высшему образованию
23 сентября 1969 года
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Для студентов-заочников строительных специальностей высших учеоных заведений
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА» Москва 1970
Методические указания по курсу «Строительная механика» составлены канд. техн. наук, доц. М.Н.Мит-ропольским в соответствии с программой курса, утвержденной Учебно-методическим управлением t по высшему образованию.
При составлении методических указаний учтен опыт работы кафедры строительной механики ВЗИСИ.
Михаил Николаевич Митропольскнй
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Редактор И. Н. Драчук
Типический редактор А. К. Нестерова
Корректор Л, 3. Черникова
Сдана в набор AIU 1970 г. Подписано к пачапГ 23/VII 1970 г. Формат 84X 1067м.
Объем 2.S печ. л. 4,2 усл. п, л. Уч.-и»д. л. 3,67 Изд. № УМО/5253
Б
Студенты санитарно-технических («Теплоснабжение и вентиляция» — ТВ и «Водоснабжение и канализация»— ВК), технологических («Производство строительных изделий и конструкций» — СД) и инженерно-экономических («Экономика и организация строительства»— ЭОС, «Экономика и организация промышленности строительных материалов» — ЭС, экономика и организация городского хозяйства — ЭГХ) специальностей изучают сокращенный курс строительной механики, куда входят почти все разделы (темы) первой части курса и только некоторые темы из второй части курса.ч
В методических указаниях к каждой теме даны ссылки на учебную литературу, необходимую для изучения данной темы, причем учебный материал, отмеченный звездочками, как в ссылках на литературу (например, [12]* или [13]*, см. стр. 9), так и в тексте (например, «Тема 4*. Арочные фермы и комбинированные системы», см. стр. 21) изучается только студентами строительных специальностей (ПГС, ГДС, МТ, СХС, АД и ГС).
Основным учебником является учебник И. М. Рабиновича [1]. При его отсутствии можно пользоваться одним из учебников [2], [3], [4], [5], [6], [7] или [8], приведенных в перечне литературы (см. стр. 7—9). При этом нужно иметь в виду, что в учебниках [7] и [8] освещены не все вопросы, подлежащие изучению студентами строительных специальностей, и поэтому они рекомендуются в основном для студентов, изучающих сокращенный курс (ТВ, ВК, СД, ЭОС, ЭС, ЭК). Для приобретения навыков в решении задач в дополнение к выбранному учебнику следует взять одно из пособий [9], [10] или [11] (для третьей части курса [18], [19]). Вопросы матричных методов решения задач строительной механики (для студентов строительных специальностей) следует изучать по пособиям [12] или [13], поскольку в основной литературе они совсем не освеще-1ты, или освещены недостаточно. Таким образом, приступая к изучению курса, надо выбрать из перечня рекомендованной литературы один из учебников, одно пособие по решению задач, и (для студентов строительных специальностей) одно из пособий по матричным методам.
На первом этапе рекомендуется внимательно прочесть указанную в настоящем методическом пособии учебную литературу по изучаемой теме, обратив особое внимание на общий подход к изучаемому вопросу и общие принципы решения разбираемого класса за» дач. На этом этапе не обязательно запоминать все формулы и выводы. Когда будет усвоена общая методика, следует прочесть материал снова, составить краткий конспект и проделать необходимые выводы. После этого следует обратиться к выбранному пособию [9], [10] или [11] и внимательно разобрать решенные там задачи. Если в результате не останется неясных вопросов, надо перейти к самостоятельному решению задач, пользуясь лишь одним учебником, и не обращаясь к разбору решений, приведенных в пособиях. Если в результате такого решения будут достигнуты правильные ответы, то можно перейти к решению задач без помощи учебника.
Наконец, когда не останется неясных вопросов, полезно еще раз внимательно прочесть рекомендованный материал учебника, после чего приступать к выполнению соответствующей контрольной работы.
В случае, когда тот или иной вопрос все же остается неясным, рекомендуется, по возможности, посмотреть его изложение в другом учебнике. При отсутствии необходимого учебника нужно обратиться за консультацией (устной или письменной) к преподавателю.
Если студент-заочник имеет возможность посещать лекции на УКП, то это ни коей мере не освобождает его от самостоятельной работы с учебниками, так как, во-первых, лекции читаются только по основным вопросам курса, а, во-вторых, посещение лекций дает возможность лишь получить общее знакомство с основными разделами курса. Глубокое усвоение любого предмета достигается лишь в процессе самостоятельной работы.
Литература Основная, к 1 и 2 частям, курса
1. Рабинович И. М. Основы строительной механики стерж
невых систем. Госстройиздат, 1960.
2. Д а р к о в А. В. и Кузнецов В. И. Строительная механика.
сВысшая школа», 1962.
3. Киселев В. А. Строительная механика. Госстройиздат, 1967.
4. С н и т к о Н. К. Строительная механика. «Высшая школа>.
1968.
5. Рабинович И. М. Курс строительной механики, ч. 1 и 2.
Госстройиздат, 1950 и 1954.
6. Прокофьев И. П. Теория сооружений, ч. 1 и 2. Транс-
желдориздат, 1947.
7. Жемочкин Б. Н. и Пащевский Д. П. Статика соору
жений. Госстройиздат, 1959.
8. Дыховичный А. И. Строительная механика. «Высшая
школа», 1966.
Пособия к решению задач
9. Сборник задач по теории сооружений. Под ред. И. М. Раби
новича. Госстройиздат, 1962. v
10. Бы чк о в Д. В. и др. Руководство к практическим занятиям
по строительной механике. Госстройиздат, 1961.
11. Киселев А. В. и др. Строительная механика в примерах
и задачах. Госстройиздат, 1964.
Пособия по матричным методам решения задач строительной механики
12. Смирнов А. Ф. и др. Расчет сооружений с применением
вычислительных машин. Госстройиздат, 1964.
13. Митропольский М. Н. Применение теории матриц
к решению задач строительной механики. «Высшая школа». 1969.
Основная к 3 части курса
14. Прокофьев И. П. и Смирнов А. В. Теория сооруже
ний, ч. 3. Трансжелдориздат, 1948.
15. Киселев В. А. Строительная механика (специальный
курс) Стройиздат, 1964.
16. Смирнов А. Ф. Устойчивость и колебания сооружений.
Трансжелдориздат, 1958.
17. Раевский А. И. Основы расчета сооружений на устой
чивость. «Высшая школа», 1962 (только по вопросам устойчивости
сооружений).
Кроме того: учебники: [1], (4] и [5].
Пособия по решению задач
18. Б е з у х о в Н. И. и Л у ж и н О. В. Устойчивость и дина
мика сооружений в примерах и задачах. Госстройиздат, 1964.
19. Клейн Г. К- и др. Руководство к практическим занятиям
По специальному курсу строительной механики. «Высшая школа»,
1964.
Кроме того пособие [9].
Основная, к 4 части курса
20. Жемочкин Б. Н. Теория упругости. Госстройиздат, 1957.
21. Власов В. 3. Тонкостенные пространственные системы.
Госстройиздат, 1958.
22. К о л к у н о в Н. В. Основы расчета упругих оболочек.
«Высшая школа», 1963.
23. Власов В. 3. Общая теория оболочек. Физматиздат, 1949.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТЕМАМ КУРСА Введение и основные понятия
Литература: [1] § 1.1—2.8; [2], Введение, § 1.1—3.1; [3], § 1 — 19; [4], § 1-10, приложение*; [5], ч. 1, гл. 1, § 1-7, гл. 2, § 1-Ю; [6], ч. 1, § 1-4; [7], Введение, § 1-7; [8], § 1-6; [9], гл. 1, задачи 1.1-1.24; [10], § 1; [11], гл. 2, § 2.1; [12]*, § 8-12; [13]*, Введение, § 1.
Методические указания
Изучение строительной механики необходимо начать с повторения основных положений теоретической механики (статики) и сопротивления материалов, касающихся понятий прочности, жесткости и устойчивости.
Особо важное значение имеет умение правильно определять внутренние усилия при помощи известного из сопротивления материалов метода сечений. При этом надо помнить условия равновесия сил на плоскости (три уравнения равновесия) и в пространстве (шесть уравнений равновесия). Надо знать основные типы опор, уметь определять возникающие в них реакции и направления возможных перемещений. Надо вспомнить, что обычно реакции неизвестного направления определяются их проекциями на выбранные оси координат. При этом иногда, для удобства, можно ■ пользоваться осями любого направления, а не обязательно взаимно-перпендикулярными. Следует иметь в виду, что первым этапом расчета обычно является определение опорных реакций, которые являются такими же внешними силами, как и заданная нагрузка.
Большую роль в курсе строительной механики играют эпюры внутренних усилий (изгибающих и крутящих моментов, поперечных и продольных сил). Метод
построения эпюр известен также из курса сопротивления материалов. Очень важно повторить не только по» рядок построения эпюр, но и вспомнить правила их проверки (дифференциальную и интегральную зависимости между эпюрами М и Q и нагрузкой).
С историей развития строительной механики учащийся должен хотя бы кратко ознакомиться уже в начале курса; более подробно это следует сделать по мере прохождения отдельных тем. Исторический материал удобно расположен в основном учебнике [1]. Более подробные сведения можно получить в книге [5].
Изучая понятие расчетной схемы, надо усвоить, что выбор той или иной расчетной схемы явдяется важным этапом расчета сооружения. Расчетная схема тесно связана с методами дальнейшего расчета сооружения, с допущениями и предпосылками, лежащими в основе расчета. Для одного и того же сооружения нередко можно предложить разные расчетные схемы, выбор которых зависит от требуемой точности расчета.
Если в сопротивлении материалов главным образом изучались постоянные нагрузки всех видов, то в строительной механике большое место занимают временные и подвижные нагрузки, температурные воздействия, смещения опор и другие факторы, способные вызвать усилия в системе и ее деформацию.
Изучая кинематический анализ сооружений, надо усвоить понятия: диск, кинематическая связь, степень свободы, степень статической неопределимости, геометрическая неизменяемость. При проверке геометрической неизменяемости по аналитической формуле №=ЗД— —2Ш—С следует обратить внимание на подсчет числа простых шарниров. Необходимо усвоить, что шарнир, соединяющий не два, а п дисков, эквивалентен п—1 простым шарнирам. Кроме того, следует иметь в виду, что под диском понимается такая часть системы, геометрическая неизменяемость и статическая определимость которой уже установлены. Если диск сам по себе статически неопределим (например, жесткий замкнутый контур), то вся система будет статически определимой лишь в смысле определения силовых воздействий на диски.
Особое внимание надо обратить на проверку правильности образования геометрически неизменяемых
систем, твердо усвоив правило взаимного соединения дисков и присоединения систем к неподвижному основанию. При этом важно знать, что осью диска считается линия, соединяющая центры шарниров, присоединяющих его к другим дискам. При анализе структуры большое значение имеет правило замены двух пересекающихся стержней условным шарниром. (Последний может быть образован и двумя параллельными стержнями, пересекающимися в бесконечности).
Изучив признаки мгновенной изменяемости, необходимо попрактиковаться в их отыскании в сложных системах.
Появление и широкое распространение новых мощных вычислительных средств приводит к коренным, качественным изменениям в методах проектирования и в способах расчета сооружений. Появляется возможность в короткое время просчитывать сложные варианты (по уточненным расчетным схемам с более полным учетом физических свойств материала). В связи с этим в строительной механике все большую и большую роль приобретают численные методы анализа, хорошо приспособленные для реализации на цифровых электронных вычислительных машинах. Для лучшего усвоения новых методов решения задач строительной механики необходимо в самом начале изучения курса повторить из курса высшей математики основы матричного исчисления и линейные преобразования векторов. Необходимо повторить правила операций над матрицами: сложение матриц, умножение матриц на скаляр, перемножение двух матриц, умножение матрицы на матрицу-столбец, умножение матрицы-строки на матрицу-столбец, обращение, транспонирование матриц и пр. Необходимый материал по этим вопросам излагается в курсах высшей математики (например, учебное пособие Н. В. Ефимова «Квадратичные формы и матрицы». Физматиздат, 1963). Достаточно подробно основные сведения из теории матриц систематизированы в книгах [4], [12], [13].
Вопросы для самопроверки
1. Какие опоры применяются в плоских системах, как они условно обозначаются, какие реакции возни-