Stavební mechanika - soubor věd o pevnosti , tuhosti a stabilitě stavebních konstrukcí.
Hlavním úkolem stavební mechaniky je vývoj výpočtových metod a získávání dat pro spolehlivé a hospodárné navrhování budov a konstrukcí . Aby byla zajištěna potřebná spolehlivost konstrukce, musí mít hlavní konstrukční prvky dostatečně velké průřezy, ale ekonomika vyžaduje, aby spotřeba materiálů používaných pro výrobu konstrukcí byla co nejnižší. Pro nalezení přijatelného kompromisu mezi požadavky na spolehlivost a účinnost je nutné provést výpočet co nejpřesněji a důsledně dodržovat požadavky, které z tohoto výpočtu vyplývají v procesu navrhování, montáže a provozu konstrukce.
Po dlouhou dobu lidstvo nemělo k dispozici metody pro výpočet struktur. Navzdory tomu bylo možné postavit grandiózní a konstrukčně dokonalé památky architektury. To záviselo na talentu architektů, kteří intuitivně cítili práci konstrukcí a dokázali najít požadované rozměry prvků. Velký význam mělo také shromažďování zkušeností ve stavebnictví, někdy získaných za cenu kolapsů neúspěšných konstrukcí.
Tato zkušenost se promítla do empirických pravidel, na jejichž základě by bylo možné přiřadit spolehlivé velikosti částí konstrukcí. S.P. Timošenko věřil, že taková pravidla znali již staří Egypťané a Řekové a Římané již uměli provádět určité matematické výpočty založené na výdobytcích tehdy se rozvíjející teoretické statiky ; staří inženýři však neměli potřebné znalosti dané analýzou napěťového stavu [1] .
Vznik stavební mechaniky probíhal v rámci obecné mechaniky , z níž stavební mechanika v počátečním období svého vývoje nevyčnívala. Pokroky v mechanice, počínaje pracemi G. Galilea , které položily základy pevnosti materiálů , vytvořily základ pro vývoj pevnostních výpočtů [2] [3] . Velký význam měly také: R. Hookův objev úměrnosti mezi deformacemi a napětími v elastickém materiálu ( Hookeův zákon ) [4] ; studie L. Eulera , věnované ohybu nosníků a prutů a zjištění hodnoty kritického zatížení při stlačení pružné tyče [5] [6] ; práce Sh. Coulomba o výpočtech kleneb a opěrných zdí [7] . Přitom propojení většiny studií realizovaných v 17.-18. století s praxí bylo velmi slabé [8] .
Počátek rozvoje stavební mechaniky jako samostatné vědy se datuje do 20. let 19. století a byl způsoben především rozvíjející se zesílenou konstrukcí mostů , dálnic a železnic , přehrad , lodí , průmyslových budov a vysokých komínů . . Nedostatek spolehlivých metod pro výpočet takových konstrukcí neumožnil konstrukci dostatečně lehkých a spolehlivých konstrukcí. Zásluhu na rozhodující restrukturalizaci stavební mechaniky, jejím obratu k potřebám praxe (po kterém se začala rychle rozvíjet jako samostatná aplikovaná věda) má francouzský mechanik a inženýr A. Navier , který se vydal na cestu studia skutečný provoz konstrukce při zatížení, na dráze výpočtu konstrukcí pro dovolená napětí [9] .
B. Clapeyron , W. Rankin , D. I. Zhuravsky , C. Bress , J. Maxwell , E. Winkler , V. L. Kirpichev , F. Engesser [ , A. Föppl , F. S. Yasinsky , S. P. Timoshenko . Rabinovič a další významní vědci.
Klasické sekce stavební mechaniky jsou:
Pevnost materiálů se zabývá převážně teorií prostého nosníku a je disciplínou stejně důležitou jak pro stavební konstrukce, tak pro strojírenství . Statika a dynamika konstrukcí nebo teorie konstrukcí (stavební mechanika v užším slova smyslu) se zabývá především teorií výpočtu soustavy nosníků nebo prutů, které tvoří konstrukci. Obě tyto disciplíny mají tendenci řešit své problémy především relativně jednoduchými matematickými metodami. Teorie elasticity zase zdůrazňuje přísnost a přesnost svých závěrů, a proto se uchyluje ke složitějšímu matematickému aparátu. Hranici mezi těmito třemi disciplínami nelze jednoznačně vymezit.
Teorie plasticity se zabývá studiem plastických a elasticko-plastických těles.
V současnosti se k řešení praktických problémů stavební mechaniky aktivně využívají různé numerické metody s využitím výpočetní techniky; zejména metoda konečných prvků získala nejrozšířenější použití .
Ve stavební mechanice existují:
Obvykle se v praxi prostorové konstrukce dělí na plošné prvky, které se mnohem snáze počítají, ale ne vždy je to možné.
Stavební mechanika se také dělí na lineární a nelineární. Existují geometrické a fyzikální nelinearity. Při velkých posunech a deformacích prvků vzniká geometrická nelinearita rovnic stavební mechaniky, což je u stavebních konstrukcí s výjimkou lanových poměrně vzácné. Fyzikální nelinearita se objevuje při absenci úměrnosti mezi silami a deformacemi, tedy při použití nepružných materiálů. Fyzikální nelinearita se do určité míry vyznačuje všemi materiály a strukturami. S určitou přesností, s malým úsilím jsou však nelineární fyzikální závislosti nahrazeny lineárními.
Je také zvykem rozlišovat statické a dynamické úlohy – ty druhé zohledňují setrvačné vlastnosti konstrukce a časový faktor.
Stavební mechanika se dále dělí na oddíly související s výpočtem konstrukcí určitého typu, a to: prutové konstrukce (včetně vazníků, rámů, trámových systémů a oblouků), deskové a lamelové systémy, skořepiny, pružné závity a kabelové systémy, elastické a nepružné základy, membrány atd.
| Úseky mechaniky | |
|---|---|
| Mechanika kontinua | |
| teorie | |
| aplikovaná mechanika | |