*) Строго говоря, вес тела есть также сила взаимодействия между те-дОхМ А землёй.

ОТ колёс через рельсы вес поезда и передают его на каменные опоры; последние, в свою очередь, передают нагрузку на грунт основания. Давление пара в цилиндре паровой машины передаётся на шток поршня. Сила тяги паровоза передаётся поезду через стяжку, соединяющую тендер с вагонами. Таким образом, силы, воспринимаемые элементами конструкции, представляют собой либо объемные силы действующие на каждый элемент объёма (собственный вес), либо шли взаимодействия) между рассматриваемым элементом и соседними или этим элементом и прилегающей к нему средой (вода, пар, воздух). Говоря, что к той или другой части конструкции приложена внешняя сила, мы будем понимать под этим термином передачу давления (движения) на рассматриваемую часть от окружающей её среды или от соседних частей конструкции.

Классификацию сил можно произвести по нескольким признакам.

Мы различаем силы сосредоточенные и распределённые.

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

При расчётах, благодаря малости плошадар, дюредающей давление, обычно считают с)с)едоточенную сиЛу/рибженной Ь точке. Надо помнить, что это - приближённое представление, вводимое лишь для упрощения расчёта; через точку никакого давления фактически передать нельзя. Однако неточность, вызываемая таким приближённым представлением, настолько мала, что ею обычно на практике можно пренебречь.

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

Сосредоточенные нагрузки измеряются в единицах силы (тоннах, килограммах); распределённые по площади нагрузки выражаются в единицах силы, отнесённых к единице площади (т/м, кг/см и т. п.); распределённые по длине элемента - в единицах силы, отнесённых к единице длины (кг/м).

Далее нагрузки можно разделить пжщоянныея временное. Первые действуют во всё время существования консТгрукции, например собственный вес сооружения. Временные нагрузки

f 2] КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОНСТРУКЦИИ 19

действуют на конструкцию лишь в течение некоторого проме-)1сутка времени. Примером может служить вес поезда, идущего по ifocTy.

По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические.

Статические нагружают конструкцию постепенно; будучи приложены к сооружению, они не меняются или меняются незначительно; -аково большинство нагрузок в гражданских и гидротехнических сооружениях. При передаче статических нагрузок на конструкцию все её 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 колёс паровоза, входящего на мост.

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

В дальнейшем мы в первую очередь займёмся вопросом о сопротивлении материалов статическому действию сил, когда вопрос о подборе сечения и материала для каждой части конструкции решается наиболее просто.

В отделе X будут рассмотрены некоторые случаи действия динамических нагрузок, которые на практике встречаются не менее часто, чем статические, и требуют особого изучения, так как и результаты воздействия таких нагрузок на элемент конструкции оказываются иными, чем статических, и материал иначе сопротивляется этим воздействиям.

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

§ 3. Понятие о деформациях и напряжениях.

В теоретической механике (статике) изучается равновесие абсолютно твёрдого тела; этого представления о материале достаточно для решения поставленной в статике задачи - определения условий, при которых возможно взаимное уравновешивание приложенных к телу сил. При изучении сопротивления материалов действию этих сил такого грубо приближённого представления о свойствах материала уже недостаточно; мы должны учесть, что абсолютно твёрдых тел в природе не существует.

Как элементы конструкций, так и конструкции в целом при действии внешних сил в большей или меньшей степени изменяют свои размеры и форму и в конце концов могут разрушиться. Это изменение носит общее название - деформация.

Величины и характер деформаций связаны со структурой, строением применяемых нами материалов. Все эти материалы могут быть разбиты на два класса: кристаллические и аморфные.

Кристаллические материалы состоят из громадного количества очень малых кристаллических зёрен. Каждое из этих зёрен представляет собой систему атомов, размещённых на весьма близких расстояниях друг от друга правильными рядами. Эти ряды образуют так называемую кристаллическую решётку. В аморфных материалах мы не имеем правильного расположения атомов. Атомы удерживаются в равновесии силами взаимодействия. Деформация тел происходит за счёт изменения расположения атомов, их сближения или удаления.

Деформации разделяются на упругие и остаточные. Упругими деформациями называются такие изменения формы и размеров элементов, которые исчезают после удаления вызвавших их сил, - тело полностью восстанавливает свою прежнюю форму. Эти деформации связаны лишь с упругими искажениям1Ррешётк и атомов. Опыт показывает, что упругие деформации наблюдаются, пока величина внешних сил не превзошла известного предела.

Если же внешние силы перешли этот предел, то после их удаления форма и размеры элемента не восстанавливаются в первоначальном виде; оставшиеся разности размеров называются оста-точными деформациями. Эти деформации в кристаллических материалах связаны с необратимыми перемещениями одних слоев кристаллической решётки относительно других. При удалении внешних сил сместившиеся слои атомов сохраняют своё положение.

Смещение атомов при деформации материала под действием внешних сил сопровождается изменением сил взаимодействия между атомами - сил притяжения и отталкивания.

В элементах конструкции под действием внешних сил возникают дополнительные внутренние силы, сопровождающие деформацию материала. Эти внутренние силы сопротивляются стремлению внеш-