1. Siły – podział sił działających na konstrukcje:
a) Siły zewnętrzne (są to siły przyłożone do powierzchni rozpatrywanej bryły – siły powierzchniowe, oddziałujące przez styk lub też siły objętościowe, przyłożone w środkach ciężkości każdej cząstki objętości danej bryły i będące wynikiem działania pośredniego – grawitacja, bezwładność). Do sił zewnętrznych z punktu widzenia budowli zaliczamy zatem ciężar ludzi i urządzeń znajdujących się w danym pomieszczeniu, obciążenia śniegiem na połać dachową, obciążenia wiatrem ścian zewnętrznych. Do sił objętościowych zaliczamy głownie ciężar własny rozpatrywanej bryły (strop itp.) oraz siły bezwładności, jeśli dana bryła znajduje się w ruchu
b) Siły wewnętrzne (są to siły występujące wewnątrz rozpatrywanej bryły – siły wzajemnego oddziaływania między jej cząstkami)
c)siły czynne – obciążenia
d)siły bierne – reakcje (zastępujące oddziaływanie sąsiednich, odrzuconych konstrukcji)
Każda konstrukcja lub jej część jest bryła nieswobodną (połączona ona jest z innymi konstrukcjami lub elementami oraz podłożem – gruntem budowlanym). W celu ustalenia wartości sił działających na daną konstrukcję należy ją uczynić swobodną.
Uwalnianie z więzów – zastępowanie połączeń z przyległymi bryłami siłami oddziaływania (reakcjami) tych brył. Taka oswobodzona z więzów bryła może być myślowo traktowana jako swobodna – nowe siły, które pojawiają się w układzie – reakcje są siłami biernymi, zastępującymi oddziaływania sąsiednich, odrzuconych konstrukcji.
Działające na konstrukcję swobodną siły czynne i siły bierne są siłami zewnętrznymi.
2. Zasady dynamiki
I zasada dynamiki
Jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
II zasada dynamiki
Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa jest różna od zera) to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej
III zasada dynamiki
Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało)
3 Siłą nazywamy mechaniczne oddziaływanie jednego ciała na drugie. Oddziaływanie to może być bezpośrednie, gdy zachodzi przy zetknięciu ciał, lub pośrednie, objawiające się na odległość.
Niuton
siłę najczęściej wyraża się w niutonach– N
1 M = 1kg*m/s2
Jeden niuton jest to siła, która jednemu kilogramowi nadaje przyspieszenie o wartości 1m/s2
Oczywiście jest to również siła, która 2 kilogramom nadaje przyspieszenie 0,5 m/s2, a 10kg – 0,1 m8s2 itd..
Jeden niuton nie jest dużą siłą. Jest ona w przybliżeniu równa sile ciężkości potrzebne do utrzymania w ręku przedmiotu o masie 100g – czyli np tabliczki czekolady, lub standardowego kotleta w restauracji
4. Zasada superpozycji (niezależności działania sił)
Działania poszczególnych sił na dany ustrój sprężysty są od siebie niezależne i są one równe sumie każdej z tych sił osobno.
5. Materiałem izotropowym nazywamy taki materiał, którego właściwości nie zależą od kierunku badań. Jeżeli materiał idealnie plastyczny izotropowy wykazują również właściwości sprężyste, wtedy nazywamy go materiałem sprężysto idealnie plastyczny.
Przykładem materiału izotropowego może być ciało o strukturze amorficznej (szkło, zastygła smoła itp.), ale także polikryształ bez tekstury (jeśli to tzw. ciało quasi-izotropowe)
6. Zasada zesztywnienia
Linie działania sił przyłożonych do ciała nieodkształconego nie zmieniają położenia w ciele odkształconym. W rzeczywistości odkształcenia elementów budowlanych na skutek obciążeń są bardzo małe, co pozwala na stosowanie równań statyki ciał sztywnych również dla ciał rzeczywistych (w pewnym stopniu odkształcalnych)
7. Zasada de Saint-Venanta – uproszczenie powszechnie przyjmowane w wytrzymałości materiałów. Zasada mówi, że jeśli na sprężyste ciało działa układ sił statycznych przyłożonych na powierzchni małej w stosunku do powierzchni całego ciała i zastąpimy ten układ sił dowolnym innym układem – jednak statycznie mu równoważnym (o równej sumie układu i sumie momentów sił układu względem dowolnego punktu) – to istnieje taki przekrój tego ciała, dostatecznie odległy od miejsca przyłożenia sił, że różnice w naprężeniach, odkształceniach i przemieszczeniach, pochodzących od obu przypadków obciążenia, są dowolnie małe (tzn. wpływ działających sił uśrednia się).
sigma=P/a - p -sila, a-suma pol w np. teowniku
7. Naprężenie
Jest to natężenie sił wewnętrznych w danym przekroju. Jednostką natężenia jest [N/m2], [Pascal]. Naprężenie s jest wielkości wektorową – może być różnie skierowane do płaszczyzny danego przekroju. Można je rozłożyć na składową prostopadłą do przekroju (naprężenie normalne) oraz składową leżącą w płaszczyźnie przekroju (naprężenie styczne).
8. Odkształcenia
Na skutek działania obciążeń elementy konstrukcji ulegają odkształceniu. Rozróżniamy następujące, podstawowe rodzaje odkształceń:
· rozciąganie
· ściskanie
· zginanie
· skręcanie
· ścinanie
Rozciąganie oraz ściskanie to działanie, którego skutkiem jest przemieszczanie wobec siebie przekrojów końcowych o pewną wielkość du. Rozciąganie wiąże się z wydłużeniem elementu, ściskanie z jego skróceniem. Zginanie jego skutkiem jest obrót końcowego przekroju o pewien kąt (defi). Skręcanie końcowe przekroje obracają się względem siebie o pewien kąt (deznaczek - benia nie wie jak go czytać xD) do o koła osi prostopadłych. Ścinanie (przesuwanie) dany element doznaje takiego przekształcenia, że przekroje przemieszczają się wzajemnie o wielkość (dewu), pozostając w dalszym ciągu równolegle.
Odkształcenia możemy również podzielić na:
· sprężyste
· trwałe
Odkształcenie jest sprężystym jeśli po odciążeniu (usunięciu obciążenia), odkształcenie znika, a konstrukcja powraca do swojej pierwotnej postaci. Materiał, w którym występują tylko odkształcenia sprężyste nazywa się sprężystym. Natomiast trwałym nazywamy odkształcenie, które nie znika po odciążeniu konstrukcji. Często jest tak, że dane odkształcenie składa się z części sprężystej oraz trwałej. Wszystkie materiały konstrukcyjne są sprężyste dopóty, dopóki naprężenia w konstrukcji nie przekraczają pewnej, określonej dla danego materiału wartości. Warunek ten musi być kategorycznie spełniony – w przeciwnym razie każde kolejne obciążenie konstrukcji po jej uprzednim odciążeniu powodowało by stały wzrost odkształceń trwałych, co uniemożliwiło by eksploatacje danej konstrukcji.
9. Belki
Są to najprostsze układy prętowe. Jest to najstarszy, najprostszy układ prętowy, jednocześnie najczęściej spotykany w rozwiązaniach konstrukcyjnych. Najprostsza definicja brzmi. że jest to pręt właściwie podparty i obciążony siłami prostopadłymi lub ukośnymi do jego osi. Istnieją następujące typy belek:
· belka swobodnie podparta bez wsporników
· belka swobodnie podparta ze wspornikami
· belka jednostronnie utwierdzona (wspornik)
Belki swobodnie podparte spoczywają na podporach. Belki, które spoczywają na więcej niż dwóch podporach i nie są nad tym podporami rozcięte nazywają się belkami ciągłymi przęsłowymi. W zależności od przeznaczenia danego obiektu belki ciągłe mogą być kilku lub nawet kilkunasto przęsłowe. Klasyczne belki ciągłe wieloprzęsłowe są układami statycznie niewyznaczalnymi – liczba reakcji na wielu podporach zawsze przewyższa liczbę równań równowagi (3) – w rezultacie otrzymujemy zbyt wiele niewiadomych reakcji. Belkami „optycznie podobnymi” do klasycznych belek wieloprzęsłowych, statycznie wyznaczalnymi są tak zwane belki Gerbera – są ta belki wieloprzęsłowe przegubowe. Wystarczy do belek klasycznych dołożyć odpowiednią ilość przegubów – taką jaki jest stopień niewyznaczalności każdej z pokazanych belek....
Aby belkę ciągłą n-krotnie uczynić wyznaczalną należy umieścić w niej n przegubów.
Kratownice są to systemy złożone, w których poszczególne pręty łączą się ze sobą za pomocą przegubów. Klasyczne belki swobodnie podparte oraz ciągłe są ekonomicznie jedynie dla stosunkowo niewielkich długości przęsła. Przy większych rozpiętościach konieczne stają się duże przekroje belek – ma to wpływ na wzrost ciężaru własnego konstrukcji (ugięcia) oraz na wzrost zużycia materiału. Kratownice umożliwiają projektowanie konstrukcji stosownie lekkich, tanich oraz wytrzymałych na wymagane obciążęnia ( mosty, wiązary dachowe itp.).
Budowa klasyczna kratownic oparta jest o trójkąt – układ geometrycznie niezmienny w nawiasie jego postać, bez zmiany długości prętów nie ulega zmianie. W takim układzie pręty ukośne są ściskane, a pręt poziomy jest rozciągany, kratownice bardziej skomplikowane buduje się poprzez dodawanie dodatkowych prętów do trójkąta wyjściowego.
Ramy są współcześnie bardzo ważnym elementem konstrukcyjnym. Ramę tworzą pręty połączone ze sobą na sztywno. Jeśli pręty tworzyły przed odkształceniem kąt prosty, to na skutek obciążenia pręty ramy mogą się przesunąć i obrócić, ale kąt zawsze pozostaje prosty, w ramach podobnie jak w łukach występują składowe poziome reakcji pomimo faktu, że obciążenia są tylko pionowe.