Турищев Л.С. (сост.) Строительная механика. Часть 2. Статически неопределимые системы. ПГУ, 2009
.pdfМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
Учебно-методический комплекс для студентов специальности 1-70 02 01
«Промышленное и гражданское строительство»
В 3-х частях
Часть 2
СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫЕ СИСТЕМЫ
Составление и общая редакция Л. С. Турищева
Новополоцк
ПГУ
2009
УДК 624.04(075.8) ББК 38.112я73
С86
Рекомендовано к изданию методической комиссией инженерно-строительного факультета в качестве учебно-методического комплекса
(протокол № 5 от 26.02.2009)
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
нач. Новополоцкого филиала УП «Витебскгражданпроект» Н. М. ДРАГУНОВ; канд. техн. наук, доц., зав. каф. строительных конструкций
УО «ПГУ» Ю. В. ПОПКОВ; канд. техн. наук, доц. каф. строительного производства
УО «ПГУ» Л. М. ПАРФЕНОВА
Строительная механика : учеб.-метод. комплекс для студентов спец. С86 1-70 02 01. В 3-х ч. Ч. 2. Статически неопределимые системы / сост. и общ.
ред. Л. С. Турищева. – Новополоцк : ПГУ, 2009. – 200 с.
ISBN 978-985-418-964-2
Приведены структурно взаимосвязанные и взаимодополняющие введение в изучение курса, базовые модули лекционного курса, руководство к практическим занятиям, соответствующие учебному плану методические указания к расчетно-проектировочным работам. Представлены материалы для самоконтроля и алфавитный указатель основных понятий.
Предназначен для преподавателей и студентов вузов, специалистов.
|
УДК 624.04(075.8) |
|
ББК 38.112я73 |
ISBN 978-985-418-964-2 (Ч. 2) |
© УО «Полоцкий государственный |
ISBN 985-418-364-5 |
университет», 2009 |
ISBN 978-985-418-364-0 |
© Турищев Л. С., составление, 2009 |
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ........................................................................................................... |
4 |
БАЗОВЫЕ МОДУЛИ КУРСА.................................................................................... |
5 |
М-0. Введение в изучение курса ................................................................................. |
6 |
М-7. Введение в теорию расчета статически неопределимых систем................. |
11 |
М-8. Метод сил............................................................................................................ |
22 |
М-9. Расчет двухшарнирной арки………………………………………………. |
56 |
М-10. Расчет неразрезных балок............................................................................... |
65 |
М-11. Метод перемещений........................................................................................ |
94 |
М-12. Основы метода конечных элементов........................................................... |
112 |
М-13. Основы расчет стержневых конструкций по несущей способности…….128 |
|
РУКОВОДСТВО К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ .......................................... |
143 |
Введение .................................................................................................................... |
144 |
Цели и содержание занятий..................................................................................... |
144 |
ТЕМА № 1 |
|
Определение степени статической неопределимости плоских стержневых |
|
конструкций............................................................................................................... |
144 |
ТЕМА № 2 |
|
Определение внутренних усилий в плоских статически неопределимых |
|
рамах от неподвижной нагрузки методом сил....................................................... |
148 |
ТЕМА № 3 |
|
Определение внутренних усилий в симметричных плоских статически |
|
неопределимых рамах от неподвижной нагрузки методом сил .......................... |
157 |
ТЕМА № 4 |
|
Определение внутренних усилий в плоских статически неопределимых |
|
рамах от неподвижной нагрузки с использованием |
|
матричной формы метода сил ................................................................................. |
162 |
ТЕМА № 5 |
|
Определение внутренних усилий в неразрезной балке |
|
от неподвижной нагрузки с использованием уравнений трех моментов ........... |
171 |
ТЕМА № 6 |
|
Определение внутренних усилий в неразрезной балке |
|
от неподвижной нагрузки методом моментных фокусных отношений ............ |
176 |
ТЕМА № 7 |
|
Определение внутренних усилий в плоских |
|
статически неопределимых рамах от неподвижной нагрузки |
|
методом перемещений ............................................................................................. |
179 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНО-ПРОЕКТИРОВОЧНЫМ |
|
РАБОТАМ ................................................................................................................. |
190 |
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ .................................. |
197 |
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Строительная механика» часть 2 «Статически неопределимые системы» предназначен для студентов третьего курса очной формы обучения специальности «Промышленное и гражданское строительство», может быть полезен для студентов четвертого курса заочной формы обучения этой же специальности. Объем изучаемой дисциплины в соответствии с учебным планом дневной формы обучения составляет 64 часа, в том числе 32 часа лекций и 32 часа практических занятий. Данная дисциплина относится к циклу общестроительных дисциплин и занимает важное место при формировании базы знаний в области проектирования, сооружения и эксплуатации строительных сооружений. Без знания изучаемых в дисциплине методов расчета несущих конструкций на прочность, жесткость и устойчивость невозможна подготовка современного инженера-строителя.
Учебно-методический комплекс включает следующие структурно взаимосвязанные и взаимодополняющие компоненты: введение в изучение курса, модули лекционного курса, руководство к практическим занятиям, методические указания к расчетно-проектировочным работам и алфавитный указатель основных понятий. При написании комплекса использовались материалы, изложенные в существующих учебниках, учебных и методических пособиях по строительной механике, а также учтен опыт преподавания данной дисциплины на кафедре строительной механики Воронежского инженерно-строительного института.
Комплекс преследует цель помочь студентам освоить как классические методы строительной механики, так и современные машинные методы, использующие матричный аппарат линейной алгебры. При изложении материала основной упор делается на объяснение сути изучаемых методов и иллюстрации их алгоритмов, позволяющих решать инженерные задачи. Показывается возможность их простой и эффективной реализации на ЭВМ с помощью интегрированной системы MathCAD.
Надлежащее освоение методов решения задач строительной механики является необходимым условием успешного выполнения расчетнопроектировочных работ и курсовых проектов при изучении дисциплин, связанных с расчетом и конструированием несущих конструкций строительных сооружений.
4
БАЗОВЫЕ МОДУЛИ КУРСА
М-0. ВВЕДЕНИЕ В ИЗУЧЕНИЕ КУРСА
0.1.Цель и структура курса
Врезультате изучения курса «Строительная механика» должны быть освоены принципы и методы расчета несущих конструкций на прочность, жесткость и устойчивость, применяемые в проектно-конструкторской деятельности инженера-строителя, и приобретены умения и навыки их численной реализации на ЭВМ.
Курс изучается на протяжении 5, 6, 7 семестров и его структура включает три части:
1. Статически определимые стержневые системы.
2. Статически неопределимые стержневые системы.
3. Основы динамики и устойчивости сооружений.
0.2.Связь курса с другими дисциплинами
Для успешного изучения строительной механики необходимы знания следующих дисциплин:
1.Высшая математика.
2.Физика.
3.Теоретическая механика.
4.Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности.
5.Численные методы решения задач строительства.
Всвою очередь знания по строительной механике являются необходимым условием успешного изучения ряда дисциплин специального цикла, связанных с расчетом и конструированием строительных сооружений.
Вих числе:
«Архитектура зданий и градостроительство» «Металлические конструкции» «Железобетонные и каменные конструкции»
6
«Конструкции из дерева и пластмасс» «Механика грунтов и основания»
«Метрология, контроль качества и испытания в строительстве»
0.3. Структура учебно-методического комплекса
Учебно-методический комплекс посвящен второй части курса «Статически неопределимые стержневые системы» и включает в себя содержание лекционного курса, руководство к практическим занятиям и методические указания для выполнения расчетно-проектировочных работ.
Содержание лекционного курса состоит из следующих модулей: М-7. Введение в теорию расчета статически неопределимых систем. М-8. Метод сил.
М-9. Расчет двухшарнирной арки. М-10. Расчет неразрезных балок. М-11. Метод перемещений.
М-12. Основы метода конечных элементов.
М-13.Основырасчетастержневыхконструкцийпонесущейспособности.
0.4. Цели и задачи второй части курса
Целями второй части курса является изучение для плоских статически неопределимых стержневых конструкций:
приемов определения степени статической неопределимости конструкции;
методов определения внутренних усилий в конструкциях;
методов определения перемещений в конструкциях;
особенностей автоматизации расчетов и применения программных комплексов для расчета сооружений.
При изучении первой части курса необходимо выполнить две рас- четно-проектировочные работы:
РПР № 3 «Расчет статически неопределимой рамы методом сил» РПР № 4 «Расчет многопролетной неразрезной балки»
Врезультате изучения второй части курса необходимо:
1. Знать для плоских статически неопределимых стержневых систем:
аналитические и матричные методы определения внутренних усилий от неподвижной нагрузки;
аналитические и матричные методы определения перемещений от других внешних воздействий;
7
основы расчета стержневых систем по несущей способности.
2.Уметь для плоских статически неопределимых стержневых систем:
определять степень статической неопределимости;
определять внутренние усилия от неподвижной нагрузки, температуры и осадки опор;
определять перемещения от неподвижной нагрузки, температуры
иосадки опор;
0.5.Рейтинговая система контроля
Для оценки успешности изучения строительной механики используется рейтинговая система контроля. Согласно этой системе различные составляющие успешности изучения студентом дисциплины в семестре оцениваются в баллах. Используются следующие составляющие успешности изучения строительной механики:
отношение к изучению дисциплины;
уровень знаний и умений;
творческая активность;
результаты итогового контроля.
Отношение студента к изучению строительной механики в семестре характеризуется отсутствием пропусков учебных занятий без уважительных причин и своевременностью выполнения и защиты расчетно-проек- тировочных работ. Добросовестное отношение студента оценивается в 100 баллов, в том числе 50 баллов за 100 %-ное посещение занятий и 50 баллов за своевременное выполнение и защиту РПР.
Уровень знаний и умений студента в течение семестра устанавливается с помощью четырех коллоквиумов. Наивысшая оценка по каждому из коллоквиумов составляет 100 баллов.
Творческая активность студента при изучении строительной механики характеризуется:
высокими результатами на Республиканских олимпиадах по строительной механике;
научными публикациями, имеющими отношение к строительной механике;
успешным участием в олимпиадах по строительной механике на внутриуниверситетских турах;
изучением внепрограммных материалов и составлением по ним рефератов.
8
Наивысшая оценка за творческую активность составляет 1000 баллов. Конкретная величина такой оценки устанавливается преподавателем, который руководил творческой деятельностью студента, в зависимости от уровня творческих достижений и утверждается на заседании кафедры.
Итоговый контроль успешности изучения строительной механики осуществляется на экзаменах. Наивысшая оценка на экзамене составляет 1000 баллов. Конкретная величина такой оценки устанавливается экзаменатором на основании семестровых баллов и баллов, заработанных при выполнении экзаменационных заданий.
Сумма баллов, заработанных студентом в течение семестра и на экзамене, образует рейтинг обучения строительной механике в семестре. Изучение строительной механики считается успешным, если рейтинг удовлетворяет условию 600 .
Если студент в течение семестра наберет число баллов, удовлетворяющее условию 600 , то он имеет право выбора – не сдавать экзамен и получить итоговую оценку согласно специальной шкале перевода в соответствии с количеством набранных баллов или сдавать экзамен с целью повышения своей оценки.
Перевод рейтинга обучения студента в официальную десятибалльную систему оценок осуществляется согласно следующей шкале перевода:
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 R1 300 |
|
300 R1 |
500 |
500 R1 |
600 |
600 R1 |
650 |
|
650 R1 700 |
||
i |
|
|
|
i |
|
i |
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
7 |
|
8 |
|
9 |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
700 R1 |
800 |
|
800 R1 |
850 |
850 R1 |
950 |
950 R1 |
975 |
|
975 R1 |
|
i |
|
|
|
i |
|
i |
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0.6. Карта контроля изучения второй части |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
№ недели |
|
|
|
|
|
Форма контроля |
|
|
|
||
|
|
|
|||||||||
6 |
|
Коллоквиум, связанный с проверкой усвоения содержания модулей 7 и 8 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
9 |
|
Защита расчетно-проектировочной работы № 3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||
11 |
|
Коллоквиум, связанный с проверкой усвоения содержания модулей 9и 10 |
|||||||||
|
|
|
|||||||||
13 |
|
Коллоквиум, связанный с проверкой усвоения содержания модуля 11 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
14 |
|
Защита расчетно-проектировочной работы № 4 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||
16 |
|
Коллоквиум, связанный с проверкой усвоения содержания модулей 12и 13 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
0.7. Литература
При изучении второй части курса в дополнение к настоящему учеб- но-методическому комплексу рекомендуется использование следующей литературы:
Основная
1.Строительная механика. Стержневые системы / А.Ф. Смирнов [и др.]. – М.: Стройиздат, 1981.
2.Бычков, Д.В. Руководство к практическим занятиям по строительной механике / Д.В. Бычков, Г.К. Клейн, Р.Ф. Габбасов. – М.: Высш. шк., 1980.
3.Дарков, А.В. Строительная механика / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников. – М.: Высш. шк., 1986.
4.Рабинович, И.М. Основы строительной механики стержневых систем / И.М. Рабинович. – М.: Стройиздат, 1960.
Дополнительная
5. Киселев, В.А. Строительная механика. Общий курс / В.А. Киселев. – М.: Стройиздат, 1986.
6.Масленников, А.М. Расчет строительных конструкций численными методами / А.М. Масленников. – Л.: ЛГУ, 1987.
7.Ржаницын, А.Р. Строительная механика / А.Р. Ржаницын. – М.:
Высш. шк., 1982.
8.Селюков, В.М. Расчетно-проектировочные работы по строительной механике / В.М. Селюков. – Минск: Выш. шк., 1982.
9.Снитко, Н.К. Строительная механика / Н.К. Снитко. – М.: Высш.
шк., 1983.
10.Строительная механика. Программы и решения задач на ЭВМ / под ред. А.А. Чираса. – М.: Стройиздат, 1990.
11.Чирас, А.А. Строительная механика. Теория и алгоритмы / А.А. Чирас. – М.: Стройиздат, 1989.
10