Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Программа и методические указания к темам курсаСтр 1 из 5Следующая ⇒
Введение Студенты, обучающиеся на 4-ом курсе специальности ПГС-270102 заочного отделения, изучают в первом и втором семестрах дисциплину «Строительная механика». Распределение объемов занятий и видов учебной работы дано в табл.1.
Основной формой изучения дисциплины «Строительная механика» является самостоятельная работа по учебникам, учебным пособиям. По основным разделам курса читаются лекции. Студент может получить консультацию по всем вопросам теории и практики решения задач. По важным темам курса студент выполняет индивидуальные контрольные работы. Самостоятельность выполнения этих работ имеет первостепенное значение для усвоения курса. Если сданная студентом работа не будет зачтена и потребует исправлений, то вместе с исправленной работой следует сдавать и первый вариант ее решения. Для получения зачета по практической части (по курсовой работе) студенту необходимо подтвердить «зачет» по расчетно-проектировочным (контрольным) работам, т.е. в процессе опроса по ним показать хорошую осведомленность и самостоятельность решения.
Список литературы 1. Дарков, Анатолий Владимирович. Строительная механика: учебник / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников.— 11-е изд., стер.— СПб: Лань, 2008.— 655 с. 2. Анохин, Николай Николаевич. Строительная механика в примерах и задачах: учебное пособие для вузов: в 2 ч. / Н.Н. Анохин.— 2-е изд., доп. и перераб.— М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2007. Ч. 1: Статически определимые системы.— 2007.— 334 с. 3. Анохин, Николай Николаевич. Строительная механика в примерах и задачах: учебное пособие для вузов: в 2 ч. / Н.Н. Анохин.— 2-е изд., доп. и перераб.— М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2007. Ч. 2: Статически неопределимые системы.— 2007.— 464 с. 4. Леонтьев, Николай Николаевич. Основы строительной механики стержневых систем: Учеб. для вузов / Н.Н.Леонтьев, Д.Н.Соболев, А.А.Амосов.— М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 1996.— 541 с. 5. Саргсян, Акоп Егишович. Строительная механика. Механика инженерных конструкций: учебник для вузов / А. Е. Саргсян.— М.: Высш. шк., 2004.— 462 с. 6. Строительная механика. Стержневые системы: учебник для вузов / А. Ф. Смирнов [и др.]; Под ред. А. Ф. Смирнова.— М.: Стройиздат, 1981.— 512 с. 7. Руководство к практическим занятиям по курсу строительной механики (статика стержневых систем): учебное пособие для вузов / Г. К. Клейн [и др.]; Под ред. Г. К. Клейна.— 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1980.— 384 с. 8. Розин, Леонид Александрович. Расчет статически неопределимых стержневых систем: учебное пособие / Л. А. Розин, И. А. Константинов, В. А. Смелов; Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина.— Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1988.— 328с.
Программа и методические указания к темам курса
Введение и основные понятия Строительная механика как наука. Задачи и методы строительной механики. Понятие о расчетной схеме сооружения. Классификация сооружений и их расчетных схем. Способы прикрепления сооружений к земле; статический и кинематический анализы различных типов опор. Кинематический анализ сооружений. Число степеней свободы и число лишних связей балочных и шарнирно-стержневых систем. Мгновенная изменяемость. Правила соединения дисков в геометрически неизменяемую систему.
Методические указания Изучение строительной механики необходимо начать с повторения основных положений теоретической механики (статики) и сопротивления материалов, касающихся понятий прочности, жесткости и устойчивости. Важное значение имеет умение правильно определять внутренние усилия при помощи известного из сопротивления материалов метода сечений. Помни условия равновесия сил на плоскости (три уравнения равновесия) и что первым этапом расчета 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 моментов, поперечных и продольных сил). Необходимо повторить из курса сопротивления материалов порядок построения эпюр, правила их проверки, а значит и определение перемещений. Понятие расчетной схемы и ее выбор важны для расчета сооружений. Нередко можно предположить разные расчетные схемы в зависимости от требуемой точности расчета. Цель кинематического анализа расчетной схемы сооружения заключается в проверке ее геометрической неизменяемости и степени статической неопределимости. Надо усвоить понятия: диск, кинематическая связь, степень свободы, степень статической неопределимости, геометрическая неизменяемость. Проверку геометрической неизменяемости начинать с аналитической формулы W=3Д-2Ш-Соп. При этом обратить внимание на подсчет числа простых шарниров (Ш). Шарнир, соединяющий не два, а «n» дисков, эквивалентен n-1 простому шарниру. Обратить внимание на проверку правильности образования систем. При этом важно знать, что осью диска считается линия, соединяющая центры шарниров, присоединяющих его к другим дискам. При анализе структуры учитывать правило замены двух пересекающихся стержней условным шарниром. Рассматривая кинематический анализ расчетных схем, проверь на мгновенную неизменяемость (надо знать признаки мгновенной изменяемости).
Вопросы для самопроверки 1. Какие опоры применяются в плоских системах, как условно они обозначаются? 2. Для чего необходим анализ геометрической структуры сооружения? Что такое неизменяемость? 3. Перечислите простые способы образования геометрически неизменяемых систем. 4. Что понимается под мгновенной изменяемостью? Почему недопустимо проектирование систем близких к мгновенной изменяемости? 5. Проверить системы, приведенные на рисунке, на геометрическую неизменяемость.
Часть 1 Общая теория линий влияния
Понятие многопролетных статически определимых (составных) балок. Проверка геометрической неизменяемости составных балок. Поэтажная схема. Расчет на неподвижную нагрузку (построение эпюр М и Q). Понятие о линиях влияния. Линии влияния реакций опор простой и консольной балок. Линии влияния поперечных сил и изгибающих моментов простой и консольной балок. Определение усилий по линиям влияния. Частные случаи определения усилий по линиям влияния. Построение линий влияния реакций опор и усилий составных балок.
Методические указания Расчет статически определимых составных балок легко сводится к расчету простых и консольных балок. Прежде надо выделить основные и второстепенные балки. Полезно построить схему взаимодействия элементов, т.е. «поэтажную» схему. При расчете отдельных балок учесть равенство по величине и противоположность по направлению сил взаимодействия в шарнирах, связывающих отдельные балки. Окончательные эпюры М и Q многопролетной балки складываются из эпюр отдельных балок. Расчет инженерных сооружений на подвижную нагрузку удобно выполнять с помощью линий влияния. При изучении линий влияния отчетливо уяснить, что такое линия влияния изучаемого фактора (например, изгибающего момента в сечении) и чем линия влияния отличается от эпюры. Линии влияния опорных реакций двух опорной (простой) балки являются основными. Все остальные линии влияния строятся с использованием основных. Важно знать общий метод построения линий влияния, не забывать о размерности ординат линий влияния. При определении усилий по линиям влияния обратить внимание на «загружение» линий влияния сосредоточенным моментом. В этом случае запомнить правило знаков: положительным считается внешний момент, направленный по часовой стрелке, и угол наклона линии влияния к горизонтали положителен, если находится в 1 и 3 четвертях, образованных координатными осями. Изучить случаи определения усилий для сечений под сосредоточенной силой и сосредоточенным моментом. Построение линий влияния усилий в составных балках удобнее производить, рассматривая «поэтажную» схему.
Вопросы для самопроверки 1. Какая разница между эпюрой и линией влияния? 2. Где пересекаются левая и правая ветви линий влияния М и Q для любого сечения балки? 3. Как проверить статическую определимость и геометрическую неизменяемость многопролетной составной балки? 4. Для балки АВ построить эпюры Q и М.
5. Постройте линии влияния опорных реакций балки на двух опорах от движения единичного сосредоточенного момента. 6. Постройте линии влияния М и Q для произвольного сечения балки на двух опорах от движения единичного сосредоточенного момента.
Методические указания Приступая к расчету, сначала необходимо убедиться, что заданная схема фермы является геометрически неизменяемой и статически определимой. При аналитическом расчете ферм стремиться к тому, чтобы усилие в каждом стержне определялось независимо от усилий в других стержнях. Т.к. для определения усилия рассекаем ферму на две части, то надо стремиться: а) к правильному выбору способа рассечения фермы; б) к составлению рационального уравнения статики (равновесия) для той части фермы, которая остается после отбрасывания другой ее части. Наиболее удобным приемом рассечения фермы является ее разрез через три стержня, не пересекающихся в одной точке. Простейшая ферма вырезания узла, когда в узле сходятся два стержня и, когда из трех сходящихся в узле стержней два лежат на одной прямой. Что касается выбора рационального уравнения статики, то в случае вырезания узла нужно применять уравнения проекций сил на оси, перпендикулярные к стержням, сходящимся в узле. Важно уметь быстро найти неработающие (нулевые) стержни: это может в значительной мере упростить задачу. При построении линий влияния, как и при расчете на неподвижную нагрузку, используются те же способы разрезов и два уравнения равновесия для получения левой и правой ветвей линии влияния. Необходимо учитывать, что передаточная прямая линии влияния находится в пределах рассеченной панели грузового пояса.
Вопросы для самопроверки 1. Когда используется способ моментной точки (способ Риттера), способ проекций для определения усилия в стержне фермы? 2. В каком случае удобно рассматривать вырезание узла? 3. Каковы усилия в стержнях ненагруженного двухстержневого узла? 4. Каковы усилия в стержнях ненагруженного узла фермы, состоящего из трех стержней, два из которых лежат на одной прямой?
Методические указания Трехшарнирная арка (рама) представляет собой статически определимую систему, в которой вертикальная нагрузка вызывает не только вертикальную, но и горизонтальную составляющую опорной реакции, которая называется распором. Расчет трехшарнирной арки (рамы) начинается с определения реакций опор. Наличие промежуточного шарнира позволяет составить дополнительное уравнение равновесия для определения распора и усилия в затяжке в арках (рамах) с затяжкой. Необходимо усвоить общий метод определения внутренних усилий в произвольном сечении (изгибающих моментов, поперечных и нормальных сил), и не ограничиваться одним частным случаем действия вертикальной нагрузки. При расчете трехшарнирной арки (рамы) с повышенной затяжкой учитывать особенность определения внутренних усилий для сечений ниже и выше затяжки.
Вопросы для самопроверки 1. Почему трехшарнирная арка (рама) статически определима? 2. Какие уравнения используются для определения распора и усилия в затяжке? 3. Как влияет на величину распора отношение стрелы подъема арки к пролету? 4. Какие преимущества и недостатки имеет арка по сравнению с балкой и фермой?
Часть 2 Тема 4. Метод сил
Понятие статически неопределимой системы. Свойства статически неопределимых систем. Степень статической неопределимости. Основная система. Канонические уравнения метода сил. Проверка коэффициентов и свободных членов системы канонических уравнений. Построение окончательных эпюр М, Q и N. Проверка эпюр. Расчет симметричных рам на симметричную и кососимметричную нагрузки. Группировка неизвестных.
Методические указания Данная тема должна быть изучена очень внимательно, т.к. используется для расчета статически неопределимых ферм, арок, неразрезных балок и других плоских и пространственных сооружений. Важно приобрести навык в определении числа лишних связей, т.е. степени статической неопределимости, усвоить физический смысл канонических уравнений и всех величин, входящих в них. Обдуманно подходить к выбору основной системы, которая должна быть обязательно геометрически неизменяемой и статически определимой. Удачно выбранная основная система обеспечивает наиболее простой расчет. Основная система должна быть выбрана так, чтобы единичные и грузовые эпюры распространялись на возможно меньшее число элементов. Обратить внимание на способы проверки коэффициентов, свободных членов канонических уравнений и окончательных эпюр М, Q и N. Определение перемещений производится по формуле Мора (формуле перемещений) с использованием правила Верещагина и готовых формул, полученных на основании этого правила. В симметричных рамах целесообразна симметричная основная система с симметричными и кососимметричными лишними неизвестными. При этом возможны группировка неизвестных и разложение нагрузки на симметричную и кососимметричную. Важно уметь проверить правильность окончательной эпюры изгибающих моментов, строить по ней эпюру поперечных сил, а по ней – эпюру продольных сил.
Вопросы для самопроверки 1. Укажите основные свойства статически определимых и статически неопределимых систем. 2. Какова степень статической неопределимости? Выбрать основные системы.
3. Объяснить смысл коэффициентов и свободного члена уравнения δ 21x1+δ 22x2+δ 23x3+Δ 2р=0 4. Записать формулы для определения момента, поперечной силы в любом сечении статически неопределимой системы. 5. Объяснить смысл деформационной проверки эпюры М.
Методические указания Степень статической неопределимости удобно определять по формуле Л=Сф+Соп-2у, где Сф – число стержней фермы; Соп - число опорных стержней; У – число узлов, в том числе и опорных. Необходимо не забывать, что стержни фермы работают только на продольное усилие (растяжение или сжатие). При выборе основной системы надо стремиться к тому, чтобы возможно большее число усилий обратилось в нуль. В том случае, когда ферма внутренне статически неопределимая, при определении главных коэффициентов следует учесть усилие в лишнем стержне равным единице.
Вопросы для самопроверки 1. Почему при расчете статически неопределимой фермы надо знать площади сечений ее стержней или их соотношения? 2. Определить число неизвестных в ферме и показать возможные основные системы.
Методические указания При расчете двухшарнирных арок применяется метод сил. Особенностью расчета арок является учет переменной жесткости по длине переменного сечения и криволинейность оси. Эти обстоятельства приводят к замене интегрирования суммированием по участкам с равными (осредненными) характеристиками (т.к. правило Верещагина для вычисления интегралов Мора неприемлемо). Необходимо обратить внимание на учет и пренебрежение продольных сил при определении деформаций.
Вопросы для самопроверки 1. Чем объяснить необходимость учета продольных (нормальных) сил при расчете арок? Когда нормальные силы можно не учитывать? 2. Какие упрощения вносит в расчет бесшарнирной арки использование симметрии?
Тема 7. Метод перемещений Перемещения, используемые в методе перемещений. Степень кинематической неопределимости. Основная система метода перемещений. Канонические уравнения. Определение коэффициентов и свободных членов системы уравнений. Построение окончательных эпюр М, Q и N. Проверка эпюр. Расчет симметричных рам.
Методические указания Нужно твердо усвоить идею метода перемещений, смысл основной системы и правила определения степени угловой и линейной подвижности рамы (степени кинематической неопределимости). Построение единичных и грузовых эпюр в основной системе (совокупности статически неопределимых балок) производится по специальным таблицам. При определении коэффициентов и свободных членов канонических уравнений следует учитывать, что реактивные усилия принимают положительными, т.е. совпадающими с направлением перемещения соответствующей дополнительной связи. Проверка эпюр М, Q и N выполняется также как в методе сил. При расчете симметричных рам удобно применить группировку неизвестных, что упрощает расчет. Следует обратить внимание на особенности расчета рам с наклонными стойками.
Вопросы для самопроверки 1. Пояснить смысл величин входящих в каноническое уравнение метода перемещений, а также смысл всего уравнения. 2. Показать nст и nкн. Выбрать основные системы метода сил и метода перемещений
3. Записать теорему о взаимности реакций.
Тема 8. Неразрезные балки Понятие неразрезной балки. Уравнение трех моментов, как частный случай системы канонических уравнений метода сил. Основная система метода сил. Построение эпюр моментов, поперечных сил и их проверки. Моментные фокусы и моментальные фокусные отношения. Формулы опорных моментов загруженного пролета. Формулы зависимостей левых фокусных отношений, правых фокусных отношений. Расчет неразрезной балки методом фокусных отношений.
Методические указания Уравнения трех моментов для расчета неразрезных балок получены благодаря рациональному выбору основной системы. При этом надо знать как применяются уравнения трех моментов в случае заделки на крайней опоре и в случае консоли. Эпюра моментов для неразрезной балки строится сложением грузовой эпюры с эпюрой опорных моментов, которая является «исправленной» суммарной эпюрой от неизвестных. Проверка эпюры моментов выполняется обычным для метода сил путем. Построение эпюры поперечных сил, как и прежде, по эпюре моментов по формуле
При расчете неразрезных балок на временную нагрузку большое значение имеет метод фокусных отношений. Здесь важно уметь определять фокусные отношения для крайних пролетов.
Вопросы для самопроверки 1. Почему за неизвестные в неразрезной балке удобнее принимать опорные моменты, а не реакции? 2. Сколько уравнений трех моментов требуется решить для расчета двухпролетной балки с заделками на обоих концах? 3. Что такое приведенные длины пролетов? 4. Дать понятие левого фокусного отношения. 5. Каков смысл фиктивных реакций? 6. Построить эпюры М и Q балки
Задания расчетно-проектировочных работ
В соответствии с учебным планом студенты-заочники специальности «Промышленное и гражданское строительство» должны выполнить восемь контрольных работ. Из них четыре задания включены в курсовую работу седьмого семестра и четыре задания контрольных работ в восьмом семестре: 1. Расчет статически определимой многопролетной балки на неподвижную нагрузку. 2. Расчет плоской статически определимой фермы на неподвижную нагрузку. 3. Расчет многопролетной статически определимой балки и фермы на подвижную нагрузку. 4. Расчет трехшарнирной арки. 5. Расчет статически неопределимой рамы методом сил. 6. Расчет статически неопределимой рамы методом перемещений. 7. Расчет неразрезной балки уравнением трех моментов. 8. Расчет неразрезной балки методом моментных фокусных отношений. Каждое задание берется по рисунку (по номеру схемы) и исходных данных в зависимости от шифра из соответствующих таблиц. Номер схемы и шифр выдаются преподавателем. Задание к РПР №3 включается в РПР №1 и РПР №2. Контрольные задания выполняются на листах формата А-4. Титульный лист оформляется в соответствии с образцом (см. приложение 1). Расчетную схему сооружения показывать в масштабе. На схеме проставляются выбранные числовые значения размеров и нагрузок. Выполненная расчетно-проектировочная работа должна содержать вычисления и необходимые чертежи. Вся пояснительная записка выполняется ручкой, при этом не использовать красный цвет. Расчет трехшарнирной арки Задание. Для сплошной трехшарнирной арки по табл. 3 и рис. 3 с вариантом загружения по рис. 4 требуется: 1. Показать расчетную схему арки согласно исходным данным. 2. Проверить геометрическую неизменяемость системы. 3. Горизонтальную проекцию оси арки разбить сечениями на четное число отрезков с шагом 0, 1L и сечения пронумеровать. Необходимо брать сечения под сосредоточенными силами, в точках, где начинается и прерывается распределенная нагрузка, в точках присоединения затяжки и коньковом шарнире. 4. Определить все геометрические параметры выбранных сечений и занести их в табл. 4. 5. Показать определение усилий Q0 и M0 во всех сечениях. Построить эпюры Q0 и M0. 6. Построить эпюры M, Q и N от всей вертикальной нагрузки соответствующей заданию. Эпюры строить относительно оси арки. Таблица 3.
Методические указания Расчетную схему арки с нагрузкой следует начертить в масштабе. За начало координат в трехшарнирной арке принимают точку А (шарнир левой опоры). Ординаты точек оси арки определяются по уравнениям, указанным в задании. Для арки с повышенной затяжкой в табл. 4 вводится дополнительная геометрическая характеристика у*, а графа 8 заменяется на Н·у*, где у*=ук -(f-d). Определение ординат эпюр изгибающих моментов, поперечных и нормальных сил производиться по формулам. При этом следует учитывать, что углы наклона касательных α в правой полуарке отрицательны, следовательно, cos α имеет знак «+», а sin α – знак «-». В точках приложения сосредоточенных сил и в сечениях присоединения затяжки значения Q и N необходимо подсчитать левее и правее этих точек.
Таблица 4. Определение усилий на вертикальную нагрузку
Расчет неразрезной балки Задание. Для неразрезной балки (рис. 6) с размерами и нагрузкой, полученными по табл. 6, требуется: 1. С помощью уравнений трех моментов найти опорные моменты и построить эпюры M и Q от постоянной нагрузки, показанной на схеме. 2. Проверить правильность эпюры моментов. 3. Найти реакции опор. 4. Выполнить проверку. 5. Методом моментных фокусов построить эпюры моментов от последовательного загружения каждого пролета и консоли временной нагрузкой qвр.
Таблица 6.
L1, L2, L3, L4 – длины соответствующих пролетов.
Методические указания При составлении уравнений трех моментов для определения свободных членов или фиктивных реакций опор следует пользоваться таблицей фиктивных реакций (см.таблицу 7). Если в пролете действует нагрузка различного вида, то используют принцип суперпозиций. Когда в балке имеется нагруженная консоль, следует определить момент на крайней опоре и его значение подставить со своим знаком в уравнение трех моментов. Решив систему канонических уравнений, на опорах откладываются величины опорных моментов и концы ординат последовательно соединяют между собой. Так получают эпюру Моп. Окончательную эпюру моментов строят по формуле
Проверка эпюры М выполняется также как для любой статически неопределимой рамы (системы). Эпюра Q строится с использованием формулы
Если в пролете эпюра М прямолинейная, то можно использовать зависимость Q=tgα. Эпюры изгибающих моментов от временной нагрузки (qвр) следует строить в следующем порядке: а) эпюра М от загружения левой консоли (если она имеется) временной равномерно распределенной нагрузкой; б) эпюра М от загружения первого пролета временной нагрузкой и т.д.
Таблица 7 Таблица фиктивных реакций
Приложение 1
Пермский национальный исследовательский политехнический университет Строительный факультет Кафедра строительных конструкций и вычислительной механики
Расчетно-проектировочная работа №1 по дисциплине СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Введение Студенты, обучающиеся на 4-ом курсе специальности ПГС-270102 заочного отделения, изучают в первом и втором семестрах дисциплину «Строительная механика». Распределение объемов занятий и видов учебной работы дано в табл.1.
Основной формой изучения дисциплины «Строительная механика» является самостоятельная работа по учебникам, учебным пособиям. По основным разделам курса читаются лекции. Студент может получить консультацию по всем вопросам теории и практики решения задач. По важным темам курса студент выполняет индивидуальные контрольные работы. Самостоятельность выполнения этих работ имеет первостепенное значение для усвоения курса. Если сданная студентом работа не будет зачтена и потребует исправлений, то вместе с исправленной работой следует сдавать и первый вариант ее решения. Для получения зачета по практической части (по курсовой работе) студенту необходимо подтвердить «зачет» по расчетно-проектировочным (контрольным) работам, т.е. в процессе опроса по ним показать хорошую осведомленность и самостоятельность решения.
Список литературы 1. Дарков, Анатолий Владимирович. Строительная механика: учебник / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников.— 11-е изд., стер.— СПб: Лань, 2008.— 655 с. 2. Анохин, Николай Николаевич. Строительная механика в примерах и задачах: учебное пособие для вузов: в 2 ч. / Н.Н. Анохин.— 2-е изд., доп. и перераб.— М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2007. Ч. 1: Статически определимые системы.— 2007.— 334 с. 3. Анохин, Николай Николаевич. Строительная механика в примерах и задачах: учебное пособие для вузов: в 2 ч. / Н.Н. Анохин.— 2-е изд., д Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 872; Нарушение авторского права страницы