Классификация сил, действующих на элементы конструкций

При работе сооружений и машин их части воспринимают внешние нагрузки и действие их передают друг другу. Плотина воспринимает свой собственный вес и давление удерживаемой ею воды и передает эти силы на основание.

Классификацию сил можно произнести по нескольким признакам.

Мы различаем силы сосредоточенные и распределенные.

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

При расчетах, благодаря малости площадки, передающей давление, обычно считают сосредоточенную силу приложенной в точке. Надо помнить, что это — приближенное представление, вводимое лишь для упрощения расчета; через точку никакого давления фактически передать нельзя. Однако неточность, вызываемая таким приближенным представлением, настолько мала, что ею обычно на практике можно пренебречь.

Распределёнными нагрузками называются силы, приложенные непрерывно на протяжении некоторой длины или площади конструкции. Слой песка одинаковой толщины, насыпанный на тротуар моста, представляет собой нагрузку, равномерно распределённую по некоторой плошали; при неодинаковой толщине слоя мы получим неравномерно распределенную сплошную нагрузку. Собственный вес балки какого-либо перекрытия представляет собой нагрузку, распределённую по длине элемента.

Сосредоточенные нагрузки измеряются в единицах силы (тоннах, килограммах); распределенные по площади нагрузки выражаются в единицах силы, отнесенных к единице площади (т/м², кг/см²и т. п.); распределенные по длине элемента — в единицах силы, отнесённых к единице длины (кг/м).

Далее нагрузки можно разделить на постоянные и временные. Первые действуют во все время существования конструкции, например собственный вес сооружения. Временные нагрузки действуют на конструкцию лишь в течение некоторого промежутка времени. Примером может служить вес поезда, идущего по мосту.

По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические.

Статические нагружают конструкцию постепенно; будучи приложены к сооружению, они не меняются или меняются незначительно; таково большинство нагрузок в гражданских и гидротехнических сооружениях. При передаче статических нагрузок на конструкцию все ее 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.

Внезапно приложенные нагрузки передаются на сооружение сразу полной своей величиной. Таковы давления колес паровоза, входящего на мост.

Ударные нагрузки возникают при быстром изменении скорости соприкасающихся элементов конструкции, например при ударе бабы копра о сваю при ее забивке.

Повторно-переменные нагрузки действуют на элементы конструкции, повторяясь значительное число раз. Таковы, например, повторные давления пара, попеременно растягивающие и сжимающие шток поршня и шатун паровой машины. Во многих случаях нагрузка представляет собой комбинацию нескольких видов динамических воздействий.

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

сопротивление напряжение сила статический.