Книга присвячена аналізу більш ніж вікової історії Київської школи теорії споруд, підвалини якої були закладені всесвітньо відомими вченими В.Л. Кирпичовим і С.П. Тимошенком. Особлива увага приділена принципово новим можливостям розвитку теорії споруд в епоху чисельного аналізу. Книга може бути використана як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів при реалізації магістерських програм, вивченні спеціальних курсів тощо, оскільки вкрай важливим є співвідношення між знанням і розумінням, яке приходить тільки тоді, коли явище розглядається не тільки з різних сторін, а і у процесі історичного становлення. Вона може бути корисною для викладачів і науково-технічних працівників. Видання містить широку бібліографію.  

       В цьому році громадськість відзначає 90- річчя Київського національного університету будівництва і архітектури. Створений у 1930 році на базі будівельного факультету Київського політехнічного інституту і архітектурного факультету Київського художнього інституту як Київський будівельний інститут, з 1939 року став Київським інженернобудівельним інститутом, а з 1999 року носить нинішню назву. Саме першому ректору Київського політехнічного інституту професору В.Л. Кирпичову і академіку С.П. Тимошенку на початку минулого століття судилося закласти фундамент Київської школи теорії споруд. Професор В.Л. Кирпичов відомий як організатор вищої освіти в Україні. Він був фундатором і першим директором провідних вищих навчальних закладів в Україні - Харківського технологічного інституту (нині політехнічний) і Київського політехнічного інституту. Академік С.П. Тимошенко був одним із засновників Української академії наук у 1918 році, першим директором створеного в складі Академії Інституту технічної механіки (нині Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України). Уперше в світі за його пропозицією технічним наукам було надано ранг академічних, і в складі Академії організовано підрозділ прикладного природознавства. В галузі будівництва мостів велику роль зіграли фундаментальні наукові роботи професора Є.О. Патона. Дослідження його учнів і послідовників професорів О.А. Уманського і Б.М. Горбунова, академіків М.В. Корноухова, Ф.П. Бєлянкіна, Ю.М. Шевченко, професора Д.В. Вайнберга, які протягом багатьох років працювали в Київському інженерно-будівельному інституті, а також їх численних учнів, здійснили значний внесок у розвиток теорії споруд. У наш час питання історії освіти, науки і техніки, визначення тенденцій їх розвитку в конкретних галузях знань є надзвичайно актуальними і важливими для виховання студентів та молодих учених - носіїв науково-технічного прогресу майбутньої України. Президент Національної академії наук України, академік Б.Є. Патон Квітень 2020 р.

                                   ЗМІСТ / CONTENTS

ПЕРЕДМОВА………………………………….…….….………………….…....…..6

1. ПЕРШІ КРОКИ. В.Л. КИРПИЧОВ, С.П. ТИМОШЕНКО,

Є.О. ПАТОН.…………………………………….…………………………. ……..8

2. ОРГАНІЗАЦІЙНА ДІЯЛЬНІСТЬ. СТВОРЕННЯ УКРАЇНСЬКОЇ

АКАДЕМІЇ НАУК. ІНСТИТУТ МЕХАНІКИ НАН УКРАЇНИ

ІМ. С.П. ТИМОШЕНКА……………………………….…….……………. …....11

3. ПОДАЛЬШИЙ РОЗВИТОК І СТАНОВЛЕННЯ

ТЕОРІЇ СПОРУД ……………….…………………………………...…….……16

4. ШЛЯХИ РОЗВИТКУ…………….………………………………..……………20

4.1. Плоскі та просторові стержневі системи……………….…….……………20

4.2. Стійкість і динаміка споруд…………..…….………………………………24

4.3. Пружні пластини і оболонки…..….……………………..……….…..……28

4.4. Непружна поведінка конструкцій…..….…………………………….. ……29

5. ЕПОХА ЧИСЕЛЬНОГО АНАЛІЗУ .…………….…………………….………31

5.1. Комп’ютерні технології і чисельні методи ……………………..………31

5.2. Метод скінченних елементів ……………….……….……………………34

5.3. Напіваналітичний метод скінченних елементів …..……………..………38

5.4. Чисельні дослідження роботи оболонок ……………….……….………39

5.5. Обчислювальні проблеми………………….……………..………..………42

5.6. Чисельне розв’язання нелінійних задач……………….……….…………44

5.7. Чисельні методи iмовірнісного розрахунку……………….…..…………47

5.8. Вантові конструкції …………………….……………………….…………48

5.9. Оптимальне проектування …………………….……………….….………52

6. НАУКОВА ШКОЛА БУДІВЕЛЬНОЇ МЕХАНІКИ

КИЇВСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ………………….……..……….…….……56

7. ОБГРУНТУВАННЯ РОЗРАХУНКОВИХ МОДЕЛЕЙ,

АНАЛІЗ НАДІЙНОСТІ ……………………….……………..…………………59

8. ЗАКЛЮЧНІ ЗАУВАЖЕННЯ………….………….……………………………62

Література….…………………….………………………….………………………64

FOREWORD ………………………………….…….….…………………..….......95

1. FIRST STEPS. V.L. KIRPICHOV, S.P. TIMOSHENKO,

YE.O. PATON…………………………………………………...………….……97

2. ORGANIZATIONAL ACTIVITY. FOUNDATION OF THE

UKRAINIAN ACADEMY OF SCIENCES. S.P. TIMOSHENKO

INSTITUTE OF MECHANICS OF THE NAS OF UKRAINE………….…1 100

3. FURTHER DEVELOPMENT AND FORMATION

OF THE THEORY OF STRUCTURES…………….…………………………..106

4. PATHS OF DEVELOPMENT …….……………….…………….……………..110

4.1. Plane and spatial bar models……………….……..…………………….…..110

4.2. Stability and dynamics of structures ………….………………….….……..113

4.3. Elastic plates and shells ……….……..…………………….…………..…..117

4.4. Inelastic behavior of structures …….…….………..…………….……..…..118

5. THE ERA OF NUMERICAL ANALYSIS …...…….…….………………..…..120

5.1. Computer technology and numerical methods ……………………………..120

5.2. Finite element method …………………….…………….…..……………..123

5.3. Semi-analytical finite element method ……………………………………..127

5.4. Numerical analysis of shells …….………………………..………………..128

5.5. Computational issues …………….…………..……………..……….……..131

5.6. Numerical solution of nonlinear problems ..…………….……..…………..133

5.7. Numerical methods of probabilistic analysis …………………….…….…..136

5.8. Cable-stayed structures ………………….…………………..……………..136

5.9. Optimal design ……………….………………….………..………………..141

6. SCIENTIFIC SCHOOL OF STRUCTURAL MECHANICS

OF THE KIEV NATIONAL UNIVERSITY

OF CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE ……………………….….…..144

7. JUSTIFICATION OF CALCULATION STRUCTURAL

MODELS, RELIABILITY ANALYSIS ……….…………..…………………..147

8. CONCLUDING REMARKS ………..….………………..….…………………..150

REFERENCES ….…………………….…………………….……………………..152

                                                                                                             ПЕРЕДМОВА

  У науці більше,

ніж в будь-якій іншій інституції людства,

необхідно вивчати минуле для того, 

щоб зрозуміти сьогодення і керувати майбутнім.

Дж. Бернал

        Теорія споруд – комплексна дисципліна, яка багато в чому розгубила свою першоосновну суть «вчення про життя споруд» , в наш час ототожнюється з низкою інших дисциплін: міцнісним циклом (опором матеріалів, будівельною механікою, теорією пружності та теорією пластичності) і загальними розділами інженерного аналізу структури і методів роботи несучих конструкцій. Багато які з цих дисциплін активно ведуть власне життя, природно, обслуговуючи теорію споруд, але часто зосереджені на деяких внутрішніх проблемах загальнонаукової спрямованості. Так, з теорією споруд граничать (але, на нашу думку, не входять як складові частини) проблеми дослідження механічних властивостей конструкційних матеріалів, а також такі проблеми механіки твердого деформівного тіла, як математична теорія пружності та теорія пластичності, їх деталізація в рамках термопружності або термопружнопластичності тощо. Чітка межа тут відсутня, але в цьому огляді ми спробуємо не заходити надто серйозно на «чужу територію». Зародження Київської наукової школи теорії споруд пов'язано зі заснуванням у 1899 році у щойно створеному Київському політехнічному інституті (КПІ) кафедри опору матеріалів. Надалі становленню і розвитку теорії споруд сприяло створення у 1918 році Української академії наук, Інституту механіки НАН України, розширення відповідних досліджень у вищих навчальних закладах, створення нових академічних і галузевих науково-дослідних установ. У даному огляді представлена змістовна сторона цих досліджень. Наведена досить широка бібліографія. При відборі цитованих джерел в першу чергу вказуються монографічні видання. Відсилання до статей у періодичних виданнях, як правило, являють собою характерні приклади і не є вичерпними переліками джерел. Акценти в тематичному відборі, природно, визначаються інтересами авторів, є відкритими для розширення і не претендують на ранжування за важливістю тих чи інших проблем. Автори сподіваються, що книга буде корисною і викличе приємні спогади у численних вихованців Київської школи, які зараз плідно працюють у багатьох країнах світу. Вивчення історії знань сприяє ознайомленню читача з історично об’єктивними оцінками певних результатів досліджень і пріоритетів, усвідомленню інколи довгого і надзвичайно тернистого шляху становлення навіть незначних і очевидних наукових досягнень та істин і, що не менш важливо, відображенню тієї атмосфери глибокої взаємної поваги та доброзичливості, яка, незважаючи на тривалі та гострі дискусії, царювала і має царювати у наукових колах сучасного суспільства. Автори роботи є випускниками Київського інженерно-будівельного інституту (нині Київський національний університет будівництва і архітектури), який у 2020 році відзначає своє 90-річчя. Цій знаменній події, а також світлій пам'яті своїх дорогих учителів і колег автори присвячують дане видання.