1.    Предмет строительной механики. Связь с другими науками. Задачи расчета сооружений. Нагрузки и воздействия

Основными задачами строительной механики являются
разработка методов для определения прочности, жесткости, устойчивости, долговечности конструкций инженерных сооружений и получения данных для их надежного и экономичного проектирования. Для обеспечения необходимой надежности сооружения, т.е. исключения возможности его разрушения, основные элементы конструкций должны иметь достаточно большие сечения. Экономика же требует, чтобы расход материалов, идущих на изготовление конструкций, был минимальным. Чтобы сочетать требования надежности с экономичностью, необходимо с большей точностью произвести расчет и строго соблюдать в процессе проектирования требования к возведению и эксплуатации сооружения, вытекающие из этого расчета.

В строительной механике различают: одномерные задачи, в
которых искомыми факторами являются функции от одной пространственной координаты, плоские задачи — решение которых рассматривается в двух измерениях и пространственные задачи — решение которых рассматривается в трех измерениях по пространственным координатам. Обычно пространственные конструкции удается расчленить на плоские элементы, расчет которых значительно упрощается.Задачи в строительной механике разделяются также на  линейные и  нелинейные, при этом различаются геометрическая и физическая нелинейности.

Геометрическая нелинейность задач возникает, как правило, при больших перемещениях и деформациях элементов, что сравнительно редко встречается в строительных конструкциях.

Физическая нелинейность проявляется при отсутствии
пропорциональности между напряжениями и деформациями, т.е. при работе материалов конструкций за пределами упругости. Этим видом нелинейности обладают в той или иной степени все конструкции. Однако с определенной точностью при небольших напряжениях нелинейные физические зависимости можно заменить линейными.

Различают также статические задачи строительной механики, в которых фактор времени не фигурирует, и  динамические задачи, учитывающие фактор времени и инерционные свойства конструкций, выражаемые через производные по времени.

Нагрузки и воздействия

В механическом расчете сооружений имеются две основные категории: воздействия и сопротивление.Воздействиями являются нагрузки, например, вес здания и оборудования, ветровое давление, динамические нагрузки от движущихся предметов и землетрясений, осадка опор, температурные расширения отдельных частей конструкций, усадка материалов и т.п.Сопротивление представляет собой основную функцию несущих конструкций, которые должны образовать прочную неподвижную систему, способную противостоять всем действующим на сооружение воздействиям.

Классификацию сил можно произвести по нескольким признакам.

Силы сосредоточенные и распределённые.

Сосредоточенными силами называется силы давления, передающиеся на элемент конструкции через площадку, размеры которой очень малы по сравнению с размерами всего элемента, например давление колёс подвижного состава на рельсы

Распределёнными нагрузками называются силы, приложенные непрерывно на протяжении некоторой длины или площади конструкции. Собственный вес балки какого-либо перекрытия представляет собой нагрузку, распределённую по длине элемента.Далее нагрузки можно разделить на постоянные и временные.

Первые действуют во всё время существования конструкции, например собственный вес сооружения. Временные нагрузки действуют на конструкцию лишь в течение некоторого промежутка времени.

По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические.

Статические нагружают конструкцию постепенно. При передаче статических нагрузок на конструкцию все её части находятся в равновесии; ускорения элементов конструкции отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь.

Если же эти ускорения значительны и изменение скорости элементов машины или другой конструкции происходит за сравнительно небольшой период времени, то мы имеем дело с приложением динамических нагрузок.

Примерами таких нагрузок могут служить внезапно приложенные нагрузки, ударные и повторно-переменные.

Повторно-переменные нагрузки действуют на элементы конструкции, повторяясь значительное число раз.

Заканчивая классификацию сил, действующих на элемент конструкции, можно выделить воздействие тех её частей, на которые этот элемент опирается; эти силы называются реакциями; в начале расчёта они оказываются неизвестными и определяются из условия, что каждая часть конструкции находится в равновесии под действием всех приложенных к ней сил и реакций.