Շինարարական մեխանիկա

Շինարարական մեխանիկա, գիտություն կառույցների ամրության, կոշտության, կայունության և տատանումների հաշվարկման սկզբունքների ու մեթոդների մասին։ Երբեմն շինարարական մեխանիկան դիտարկվում է որպես գիտության ավելի լայն բնագավառ, որն ընդգրկում է նյութերի դիմադրությունը, առաձգականության տեսությունը, պլաստիկության տեսությունը, սողքի տեսությունը։ Շինարարական մեխանիկայում, հիմնականում, դիտարկվում են հարթ և տարածական ձողային համակարգեր և սալերից ու թաղանթներից կազմված համակարգեր։ Հաշվարկներ կատարելիս հաշվի են առնվում կառույցի վրա ազդող մի շարք գործոններ, որոնցից կարևորագույններն են ստատիկ ու դինամիկ բեռնվածքները, ջերմաստիճանի փոփոխությունները։ Այդ հաշվարկների նպատակն է տվյալ բեռնվածքների դեպքում որոշել կառույցի տարբեր տարրերում առաջացող ներքին լարումներն ու տեղափոխությունները, բացահայտել կայունության և տատանումների պայմանները և դրանց հիման վրա ապահովել կառույցի հուսալի աշխատանքը՝ նյութերի նվազագույն ծախսմամբ։ Հաշվարկներ կատարելու համար ընտրվում է համապատասխան հաշվարկային սխեմա, որն ինչ-որ չափով իդեալականացնելով կառույցի աշխատանքն ու պարզեցնելով արտաքին ազդեցությունները, միաժամանակ ապահովում է հիմնական հատկությունները։ Հաշվարկային սխեմայի ճիշտ ընտրությունը կարևոր նշանակություն ունի կառույցի հուսալիության ապահովման և օպտիմալ նախագծման համար։ Այդ իսկ պատճառով որոշ դեպքերում բարդ կառույցների հաշվարկային սխեման ճշտելու համար նախնական փորձարարական հետազոտություններ են կատարվում դրանց փոքրածավալ մոդելների վրա։ Շինարարական մեխանիկայում դիտարկվում են երեք տիպի հաշվարկային սխեմաներ, ընդհատ, երբ առանձին ձողերը և տարրերը կապակցված են միմյանց հանգույցներում (շրջանակներ, ֆերմաներ, կամարներ), կոնտինուալ, երբ կառույցը բաղկացած է մեկ ամբողջական տարրից (սալեր, թաղանթներ), և խառը՝ ընդհատ- կոնտինուալ, երբ զուգորդվում են երկու սխեմաները (օրինակ, երբ թաղանթը հենվում է սյուների վրա)։ Շինարարական մեխանիկայում կառույցները բաժանվում են ստատիկորեն որոշ համակարգերի և ստատիկորեն անորոշելի համակարգերի։ Ստատիկորեն անորոշելի խնդիրները լուծվում են երեք հիմնական մեթոդներով ուժային, տեղափոխությունների և խառը։ Ուժային մեթոդով խնդիրները լուծելիս հաշվարկային սխեմայից «դեն են գցվում» որոշ կապեր, որպեսզի այն վերածվի ստատիկորեն որոշելի և երկրաչափորեն անփոփոխելի համակարգի (հիմնական համակարգ)։ «Դեն գցած» կապերը փոխարինվում են ուժերով (ավելորդ անհայտներ), որոնց մեծությունները որոշվում են տվյալ և հիմնական համակարգերի նույնության պայմանից (կանոնական հավասարումներից)։ Տեղափոխությունների մեթոդով խնդիրները լուծելիս, ընդհակառակը, հիմնական համակարգը ստացվում է տվյալ համակարգին ավելացնելով լրացուցիչ կապեր, որոնք այն վերածում են առանձին, նախօրոք ուսումնասիրված համակարգերի։ Որպես ավելորդ անհայտներ ընդունվում են լրացուցիչ կապերի ուղղությամբ առաջացող տեղափոխությունները, որոնք որոշվում են այդ կապերում ճիգերի բացակայության պայմաններից։ Խառը մեթոդը ուժային և տեղափոխությունների մեթոդների համակցությունն է։ Այս մեթոդները կիրառվում են նաև դինամիկական ազդեցությունների դեպքում, պայմանով, որ ստատիկ ուժերին, ավելացվեն իներցիայի ուժերը։ Կոնտինուալ հաշվարկային սխեմայով խնդիրները լուծելիս որպես անհայտներ ընդունվում են տեղափոխությունները կամ լարումները, որոնք որոշվում են ստատիկական հավասարակշռության և դեֆորմացիաների համատեղության պայմաններից բխող համապատասխան դիֆերենցիալ հավասարումներով։ Շինարարական մեխանիկան կիրառական գիտություն է, որ կոչված է ապահովելու շինարարության տեխնիկական առաջընթացը։ Շինարարական մեխանիկայի հրատապ խնդիրներից են կառույցների հուսալիության տեսության հետագա զարգացումը՝ ազդող բեռների և օգտագործվող նյութերի ֆիզիկամեխանիկական հատկությունների վիճակագրական մշակման հիման վրա։ Մեծ նշանակություն են ստանում կառույցների, այսպես կոչված, սահմանային վիճակների տեսական և փորձարարական հետազոտությունները, դրանց, որպես տարածական ամբողջական համակարգերի, հաշվարկները՝ ֆիզիկական և երկրաչափական ոչ գծայնության հաշվառմամբ, ինչպես նաև օպտիմալ նախագծման պրոբլեմների լուծումներն ու սեյսմիկ ուժերի ազդեցության տակ կառույցների հաշվարկման ուսումնասիրությունները։ Լայնորեն կիրառվում են ժամանակակից հաշվողական մաթեմատիկայի մեթոդները։ Շինարարական մեխանիկայի զարգացումը սերտորեն կապված է մաթեմատիկայի, մեխանիկայի և նյութերի դիմադրության զարգացման հետ։ Մինչև XIX դարի վերջը Շինարարական մեխանիկայում կիրառվում էին հաշվարկման գրաֆիկական եղանակները։ Անալիտիկ մեթոդների զարգացումը սկսվեց, հիմնականում, Լ․ էյլերի, Ցա․ Բեռնուլիի, ժ․ Լագրանժի, Ս․Պուասոնի աշխատանքներում։ Հետագայում Ջ․ Մաքսվելի Ա․ Կաստիլյանոյի, Ա. Մորի, Ա․ Սեն-Վենանի, Մ․ Օստրոգրադսկոլ, Ջ․ Ռելեյի, Ֆ․ Ցասինսկու, Դ․ Ժուրավսկու, Ս․ Տիմոշենկոյի, Ա․ Դիննիկի հետազոտությունները առավելագույն չափով նպաստեցին շինարարական մեխանիկայի, որպես ինքնուրույն գիտական բնագավառի, կազմավորմանը։

Շինարարական մեխանիկա