Берген Р. И. - Инженерные конструкции
Берген Р. И. - Инженерные конструкции
ПРЕДИСЛОВИЕ
Решениями XXVII съезда партии и Долговременной программой мелиорации предусматривается дальнейшее повышение роли мелиорации в увеличении производства сельскохозяйственных продуктов. Ускоренное развитие мелиорации неразрывно связано со строительством и реконструкцией мелиоративных систем и сооружений на них. В связи с этим повышаются требования к подготовке специалистов в области мелиорации.
Учебник составлен в соответствии с программой дисциплины «Инженерные конструкции» для гидромелиоративных специальностей вузов и факультетов. При его написании учтен многолетний опыт коллективного преподавания этого курса в Московском гидромелиоративном институте.
Книга является вторым переработанным и дополненным изданием учебного пособия «Инженерные конструкции», вышедшего в свет в 1982 г., и написана в соответствии с новыми нормами проектирования конструкций из различных материалов. Учебник дополнен новым разделом «Конструкции из дерева и пластмасс», описанием вопросов проектирования мостов через каналы и доковых конструкций, включены новые виды конструкций мелиоративных сооружений, более подробно освещены особенности расчета гидротехнических конструкций. Условные обозначения величин даны в соответствии со стандартом СЭВ 1565—79.
В учебнике рассмотрены характеристики и области применения инженерных конструкций, выполненных из железобетона, металла, дерева и пластмасс, излагаются методы расчета и проектирования конструкций, приводятся особенности проектирования наиболее распространенных в гидромелиоративном строительстве элементов сооружений. Для лучшего усвоения материала в конце каждой главы приводятся вопросы для самоподготовки.
Основные расчетные условия и положения дисциплины выделены в тексте цветом. В учебнике физические величины даны в Международной системе (СИ). Изучение дисциплины «Инженерные конструкции» сопровождается курсовым проектированием, для выполнения которого необходимо использовать дополнительные учебные пособия и справочную литературу.
Введение, гл. 1, раздел третий (кроме гл. 18, § 21,1...21.4 и гл. 22) и заключение написаны проф. Р. И. Бергеном; раздел первый—доц. Ю. М. Дукарским; раздел второй —доц. Ф. В. Рассом; гл. 18, § 21.1...21.4 и гл. 22 — доц. В. Б. Семеновым.
Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам кафедры «Инженерные конструкции» Новочеркасского инженерно-мелиоративного института за ценные замечания, сделанные при рецензировании учебника.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Мелиорация земель — неотъемлемая и составная часть агропромышленного комплекса страны. Перед тружениками АПК XXVII съезд КПСС поставил задачу особой важности — в самый короткий срок добиться полного обеспечения страны продовольствием. Гидротехнические мелиорации земель затрагивают интересы всего народного хозяйства, что требует комплексного подхода к решению водохозяйственных проблем.
Осуществление планов водохозяйственного строительства и проектов мелиоративных работ достигается путем возведения сложнейших гидротехнических сооружений, сооружений мелиоративных систем, выполнения работ по подготовке и окультуриванию земель для сельскохозяйственного использования. В решение этих задач должны внести свой вклад и инженеры-мелиораторы.
Курс «Инженерные конструкции» относится к группе общеинженерных дисциплин и является базовым для изучения специальных профилирующих дисциплин, обеспечивающих профессиональную подготовку инженеров по гидромелиоративным специальностям. Он основывается на знаниях общетеоретических и технических дисциплин, таких, как теоретическая механика, сопротивление материалов, строительная механика, строительные материалы.
Цель изучения дисциплины «Инженерные конструкции» состоит в том, чтобы научиться проектировать технически целесообразные и прогрессивные конструкции гидротехнических сооружений, отвечающие требованиям прочности, жесткости, трещиностойкости, долговечности, экономичности и т. п.; приобрести навыки по расчету и конструированию конструкций, пользованию нормами и инструкциями, рабочими чертежами, справочной и технической литературой; уяснить роль советской науки и ученых в развитии теории расчета и создании прогрессивных конструкций для водохозяйственного строительства.
В результате изучения дисциплины будущий специалист должен владеть методами расчета конструкций на прочность и устойчивость, основными принципами конструирования элементов; знать основные свойства материалов, положения расчета конструкций по предельным состояниям, основные принципы проектирования конструкций мелиоративного назначения (затворы, каркасные здания и сооружения, трубы, лотковые каналы и т. п.); иметь представление о сортаменте сталей и пиломатериалов, унифицированных железобетонных изделий, расчете конструкций с учетом пластических свойств материалов и перераспределения усилий, экспериментальных исследованиях конструкций.
ГЛА ВА 1
ИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Инженерными конструкциями называют сооружения и их части (подвижные или неподвижные), размеры которых определены расчетом на прочность, устойчивость, выносливость, трещиностойкость и по деформациям, и предназначенные для воспринятия разнообразных нагрузок и воздействий. Этим инженерные конструкции отличаются от архитектурных, размеры сечений которых назначены по архитектурным, теплотехническим и другим специальным требованиям. Конструкции и сооружения, находящиеся постоянно или периодически под воздействием водной среды, называют гидротехническими. Инженерные конструкции изготовляют из стали, алюминия, бетона, железобетона, камня, пластмасс и тканей. Экономичные, решения получаются при сочетании в одной конструкции разных материалов: железобетона и стали, дерева и стали, железобетона и пластмасс и т. п. (см. первый форзац).
В гидротехническом и мелиоративном строительстве все чаще применяют бетонные, железобетонные и металлические конструкции. Металлические конструкции используют в каркасах и покрытиях большепролетных зданий различного назначения, в механическом оборудовании гидротехнических сооружений (затворы, сороудерживающие решетки, конструкции судоподъемников и т. п.), в напорных трубопроводах (турбинные, деривационные, магистральные и др.) с арматурой и уравнительными резервуарами, в высотных сооружениях (мачты, опоры ЛЭИ), в резервуарах и водонапорных башнях, мостах и переходах и пр. Благодаря высокой прочности материала при всех видах напряженного состояния металлические конструкции обладают сравнительно малым собственным весом. Их можно изготовлять на высокопроизводительных заводах, а монтаж производить относительно быстро с малыми трудовыми затратами. Однако металл подвержен коррозии, особенно в водной среде, что снижает долговечность сооружения и требует дополнительных эксплуатационных расходов.
Деревянные конструкции применяют для изготовления несущих элементов различных сооружений небольшого пролета (зданий, башен, акведуков, мостов, регуляторов, невысоких плотин и т. п.), во временных сооружениях, в качестве лесов, подмостей и опалубки. Наиболее совершенными являются деревянные конструкции клееные заводского изготовления. Кроме того, деревянные детали используют в затворах, шандорах, деформационных швах и т. д.
Бетонные и железобетонные конструкции занимают ведущее место в строительстве, так как они менее дефицитны, обладают высокой прочностью, долговечностью, огнестойкостью, водонепроницаемостью, допускают изготовление элементов разнообразной формы и не требуют значительных эксплуатационных расходов. По способам выполнения различают железобетонные конструкции сборные, изготовляемые на специальных заводах и затем монтируемые на строительной площадке, монолитные, возводимые на месте строительства, и сборно-монолитные, которые образуются из сборных железобетонных элементов и монолитного бетона. В мелиоративном строительстве, проводимом на обширных, часто необжитых территориях, применяют преимущественно сборные железобетонные конструкции, являющиеся основой комплексной механизации и индустриализации строительства.
Из сборного железобетона на оросительных и осушительных системах строят главным образом гидросооружения с расходом воды до 10 м2/с. К ним относятся насосные станции, трубопроводы, лотки, акведуки, дюкеры, шлюзы-регуляторы, быстротоки, переезды, мосты и др. Большой удельный вес среди них занимают предварительно напряженные конструкции.
Гидротехнические сооружения, значительные по объемам работ и по размерам (плотины, подводные части зданий ГЭС, подпорные стены и устои, судоходные шлюзы, тоннели и т.п.), возводят из монолитного бетона и железобетона. Надводные части таких сооружений (зданий ГЭС, водозаборов), а также связанные с ними специальные или вспомогательные сооружения (служебные мосты, эстакады, помещения для механизмов и т. п.) могут быть сборными.
В последние десятилетия при строительстве массивных гидротехнических сооружений начали использовать сборный и сборно-монолитный железобетон, в котором сборные плиты — оболочки, армоэлементы, армопанельные конструкции являются одновременно опалубкой и армирующим элементом. Применение сборно-монолитного железобетона повышает индустриализацию строительства, дает экономию в материалах, снижает трудоемкость работ и стоимость сооружения.
Перспективными в водохозяйственном строительстве являются конструкции из пластмасс в виде плотин и регуляторов расходов из мягких синтетических тканей, противофильтрационных экранов, трубопроводов в осушительных и оросительных сетях, защитных покрытий в железобетонных конструкциях, клеящих составов, мастик, уплотнений швов и др.
От правильного выбора материалов и их сочетания зависят технико-экономические показатели конструкции, ее надежность, долговечность и др. Проектировщик должен учитывать стоимость материалов, их обработки и перевозки, положительные и отрицательные свойства материалов, соблюдать «Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов».
...