Будаўнічая механіка

Будаўнічая механіка — гэта сукупнасць навук аб трываласці, калянасці і ўстойлівасці будаўнічых канструкцый.

Асноўнай задачай будаўнічай механікі з’яўляецца распрацоўка метадаў разліку і атрымання дадзеных для надзейнага і эканамічнага праектавання будынкаў і збудаванняў. Для забеспячэння неабходнай надзейнасці збудаванні асноўныя элементы канструкцый павінны мець дастаткова вялікія сячэнні. Эканоміка ж патрабуе, каб расход матэрыялаў, якія ідуць на выраб канструкцый, быў магчыма меншым. Каб звязаць патрабаванні надзейнасці з эканамічнасцю, трэба як мага дакладней вырабіць разлік і строга выконваць у працэсе праектавання, будаўніцтва і эксплуатацыі збудаванні тыя патрабаванні, якія выцякаюць з гэтага разліку.

Доўгі час чалавецтва не мела ў сваім распараджэнні метадаў разліку збудаванняў. Нягледзячы на гэта, атрымоўвалася ўзводзіць грандыёзныя і дасканалыя ў канструктыўным дачыненні да помнікі архітэктуры. Гэта залежала ад таленту дойлідаў, якія інтуітыўна адчувалі працу збудаванняў і ўмелі знаходзіць патрэбныя памеры элементаў. Вялікае значэнне мела таксама назапашванне вопыту будаўніцтва, часам цаной абвальвання няўдалых збудаванняў.

У пачатковы перыяд свайго развіцця будаўнічая механіка злівалася з агульнай механікай. Поспехі механікі, пачынаючы з работ Г. Галілея, стварылі аснову для распрацоўкі разлікаў на трываласць. Самастойна як навука будаўнічая механіка стала развівацца ў першай палове XIX-га стагоддзя ў сувязі пачалі моцна будаўніцтвам мастоў, чыгунак, плацін, судоў, прамысловых будынкаў і высокіх дымавых труб. Адсутнасць метадаў разліку такіх будынкаў не дазваляла ажыццяўляць дастаткова лёгкія і надзейныя канструкцыі.

Значны ўклад у навуку аб трываласці і будаўнічую механіку ўнеслі Галілеа Галілей, Роберт Гук, Леанард Эйлер, Дзмітрый Іванавіч Жураўскі, Віктар Львовіч Кірпічоў, Сцяпан Пракопавіч Цімашэнка, Ісаак Майсеевіч Рабіновіч і іншыя.

Класічнымі часткамі будаўнічай механікі з’яўляюцца:

• Супраціўленне матэрыялаў
• Тэорыя пругкасці
• Тэорыя пластычнасці
• Тэорыя збудаванняў (якая ўключае статыку, дынаміку і ўстойлівасць збудаванняў)^[1]

Супраціўленне матэрыялаў пераважна займаецца тэорыяй простага бруса і з’яўляецца дысцыплінай аднолькава важнай як для будаўнічых канструкцый, так і для машынабудавання. Статыка і дынаміка збудаванняў або тэорыя збудаванняў (будаўнічая механіка ў вузкім сэнсе слова) займаецца па перавазе тэорыяй разліку сістэмы брусаў або стрыжняў, якія ўтвараюць збудаванне. Абедзве гэтыя дысцыпліны імкнуцца вырашаць свае задачы, галоўным чынам, параўнальна простымі матэматычнымі метадамі. У сваю чаргу тэорыя пругкасці вылучае на першы план строгасць і дакладнасць сваіх высноў і таму звяртаецца да больш складанага матэматычнаму апарату. Мяжа паміж гэтымі трыма дысцыплінамі не можа быць дакладна акрэслена. Тэорыя пластычнасці займаецца вывучэннем пластычных і пругка-пластычных тэл.

У цяперашні час для вырашэння практычных задач будаўнічай механікі актыўна выкарыстоўваюцца розныя лікавыя метады з ужываннем вылічальнай тэхнікі, у прыватнасці найбольшае распаўсюджванне атрымаў метад канчатковых элементаў.

У будаўнічай механіцы адрозніваюць:

• аднамерныя задачы — разглядаецца залежнасць функцый ад адной прасторавай каардынаты;
• плоскія задачы — рашэнне разглядаецца ў двух вымярэннях;
• прасторавыя задачы — рашэнне разглядаецца ў трох вымярэннях.

Звычайна на практыцы прасторавыя канструкцыі імкнуцца раздзяліць на плоскія элементы, якія разлічыць нашмат лягчэй, аднак гэта не заўсёды магчыма.

Будаўнічая механіка падзяляецца таксама на лінейную і нелінейную. Адрозніваюць геаметрычную і фізічную нелінейнасці. Геаметрычная нелінейнасць ураўненняў будаўнічай механікі ўзнікае пры вялікіх перамяшчэннях і дэфармаваных элементаў, што параўнальна рэдка сустракаецца ў будаўнічых канструкцыях, за выключэннем вантовых. Фізічная нелінейнасць з’яўляецца пры адсутнасці прапарцыйнасці паміж высілкамі і дэфармацыямі, г.зн. пры ўжыванні няпругкіх матэрыялаў. Фізічнай нелінейнасцю валодаюць у той ці іншай ступені ўсе матэрыялы і канструкцыі. Аднак з пэўнай дакладнасцю пры невялікіх намаганнях нелінейныя фізічныя залежнасці замяняюць лінейнымі.

Гэтак жа прынята адрозніваць статычныя і дынамічныя задачы — апошнія ўлічваюць інерцыйныя ўласцівасці канструкцыі і фактар часу.

Будаўнічая механіка падзяляецца таксама на раздзелы, якія адносяцца да разліку канструкцый вызначанага выгляду, а менавіта: стрыжневых канструкцый, у тым ліку ферм, рам, бэлечных сістэм і арак, пласцін і пласціністых сістэм, абалонак, гнуткіх нітак і вантовых сістэм, пругкіх і няпругкіх падстаў, мембран і г. д.