background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 108 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

VIII. Stateczność 

63. Zadanie 

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 63.1. Obliczyć wartości obciążenia krytycznego 

kr

 

oraz odpowiadające długości wyboczeniowe elementów ściskanych. Przyjąć EI=const. 

 

Rys. 63.1. Dany układ ramowy 

Rozwiązanie metodą przemieszczeń (zakładamy symetryczną postać wyboczenia). 

Momenty przywęzłowe wywołane jednostkowymi kątami obrotu 

1

ϕ

 i 

2

ϕ

                 

 

Rys. 63.2. Momenty przywęzłowe  

Z  założenia  symetrycznej  postaci  wyboczenia  wynika  warunek 

1

2

ϕ

ϕ

= −

,  wystarczy  zapisać  jedno  rów-

nanie równowagi, np. w węźle (1) 

( )

1

1

'

A

EI

M

l

α λ ϕ

=

, gdzie 

2

Pl

EI

λ

=

 

12

1

2

1

4

2

2

EI

EI

EI

M

l

l

l

ϕ

ϕ

ϕ

=

+

=

 

Równanie równowagi w węźle (1) 

( )

1

1

12

1

0 :

'

2

0

A

EI

M

M

M

l

α λ

ϕ

=

+

=

+

=

 

Niezerowe rozwiązanie 

(

)

1

0

ϕ ≠

 dla 

( )

'

2

α λ = −

 

Przybliżone rozwiązanie – z zastosowaniem tablicy funkcji 

( )

'

α λ

 

( )

( )

3, 5

'

1, 4682

3, 6

'

2, 0587

λ

α λ

λ

α λ

=

= −

=

= −

 

background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 109 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

Rys. 63.3. Liniowa interpolacja 

Interpolacja liniowa 

2 1.4682

2, 0587 1.4682

0,1

x

=

0, 09

3, 59

x

λ

=

=

Obciążenie krytyczne   

2

2

2

12, 98

kr

EI

EI

P

l

l

λ

=

=

Długość wyboczeniowa (efektywna na wyboczenia) elementu ściskanego – długość pręta prostego, które-
go siła krytyczna wg wzoru Eulera równa jest sile w chwili wyboczenia danego elementu ramy. 

2

2

2

kr

w

kr

w

kr

EI

EI

EI

l

P

l

l

P

l

P l

π

λ

π

π

λ

=

=

=

=

 

Dla danych z zadania otrzymujemy     

1

2

0,875

3, 59

A

B

w

w

l

l

l

l

π

=

=

=

64. Zadanie 

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 64.1

Obliczyć krytyczną wartość obciążenia 

kr

 oraz 

odpowiadającą  długość  wyboczeniową  elementu  ściskanego.  Założyć  symetryczną  postać  wyboczenia. 
Przyjąć 

EI = const

 

Rys. 64.1. Dany układ ramowy 

Przy założeniu symetrycznej postaci wyboczenia otrzymujemy 

1

2

ϕ

ϕ

= −

 oraz zerową wartość przesuwu 

elementu (1-2). 

W rozwiązaniu metodą przemieszczeń wystarczy zapisać jedno równanie równowagi, np.

1

0

M

=

                    

 

Rys. 64.2. Momenty wyjściowe 

background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 110 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

1

1

1

3

5

0, 6

A

EI

EI

M

l

l

ϕ

ϕ

=

=

 

( )

( )

( ) ( )

12

1

2

1

EI

EI

EI

M

l

l

l

α λ ϕ

β λ ϕ

α λ β λ ϕ

=

+

=

2

Pl

EI

λ

=

 

Równanie równowagi 

( ) ( )

1

1

12

1

0 :

5

0

A

EI

M

M

M

l

α λ β λ

ϕ

=

+

=

+

=

Niezerowe rozwiązanie występuje jedynie w przypadku, gdy 

( ) ( )

5

α λ β λ

= −

Wykorzystujemy tablice funkcji 

( )

α λ

 i 

( )

β λ

 

λ

 

( )

α λ

 

( )

β λ

 

( ) ( )

β λ α λ

 

4,7 
4,8 

-0,6582 
-1,0289 

3,9839 
4,2112 

4,6421 
5,2401 

Z interpolacji liniowej otrzymujemy 

0, 06

x

=

, zatem 

4, 76

λ

=

 

Rys. 64.3. Liniowa interpolacja 

Krytyczna wartość obciążenia 

2

2

2

22, 66

kr

EI

EI

P

l

l

λ

=

=

Długość wyboczeniowa elementu (1-2) 

0, 66

4, 76

w

l

l

l

l

π

π

λ

=

=

=

65. Zadanie 

Dana  jest  belka  ciągła  przedstawiona  na  rys.  65.1.  Wyznaczyć  krytyczną  wartość  obciążenia

kr

  oraz 

długości wyboczeniowe elementów ściskanych. Przyjąć EI=const. 

 

Rys. 65.1. Dana belka obciążona osiowo 

Rozwiązanie metodą przemieszczeń 

(

1)

g

n

=

, niewiadomą jest 

B

ϕ ϕ

=

Parametry 

λ

 każdego z elementów: 

background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 111 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

(A-B) 

2

2

1

1

4

2

Pl

Pl

EI

EI

λ

λ

=

=

=

,  

(B-C) 

2

2

2

Pl

EI

λ

λ

=

=

Momenty przywęzłowe. 

`( )

BA

EI

M

l

α λ ϕ

=

`(2 )

BC

EI

M

l

α λ ϕ

=

 

Równanie równowagi. 

[

]

0 :

`( )

`(2 )

0

B

BA

BC

EI

M

M

M

l

α λ α λ ϕ

Σ

=

+

=

=

Niezerowe rozwiązanie jest możliwe jedynie w przypadku, gdy 

`( )

`(2 )

0

α λ α λ

+

=

λ

 

( )

'

α λ

 

( )

' 2

α

λ

 

( )

( )

'

' 2

α λ α

λ

+

 

1,8 
1,9 

2,2818 
2,1891 

-2,0587 
-3,6908 

0,2231 

-1,5017 

Z interpolacji liniowej otrzymujemy 

1,81

λ

=

 

Rys. 65.2. Liniowa interpolacja 

Obciążenie krytyczne 

2

2

2

4

13,104

kr

EI

EI

P

l

l

λ

=

=

Długości wyboczeniowe elementów: 

(A-B) 

1

1, 736

1,81

w

l

l

l

l

π

π

λ

=

=

=

(B-C) 

2

0,868

2

3, 62

w

l

l

l

l

π

π

λ

=

=

=

66. Zadanie 

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 66.1. Obliczyć krytyczną wartość obciążenia

kr

 oraz 

odpowiadającą długość wyboczeniową elementu ściskanego. 

background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 112 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

 

Rys. 66.1. Dany układ ramowy 

Rozwiązanie metodą przemieszczeń, 

1 1

2

g

n

n

n

ϕ

=

+

= + =

.  

 

Rys. 66.2. Siły wyjściowe (momenty i tnące) 

Momenty przywęzłowe (gdy 

2

Pl

EI

λ

=

): 

1

( )

( )

A

EI

EI

M

l

l

α λ ϕ

ν λ

=

1

3

5

0, 6

B

EI

EI

M

l

l

ϕ

ϕ

=

=

Równania równowagi: 

[

]

1

1

1

2

0

( ) 5

( )

0

A

B

EI

EI

M

M

M

l

l

α λ

ϕ

ν λ

Σ

=

+

=

+

∆ =

1

2

3

0

( )

( )

0

A

EI

EI

T

l

l

ν λ ϕ

δ λ

Σ

=

+

∆ =

,  

background image

v. 2010.02.26

  

Zadania z Mechaniki Budowli   M.K. Jasina, M. Skowronek

 

strona 113 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami 
pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl.                                                                                               z góry dziękujemy   MKJ & MS 

[

]

2

2

3

( ) 5

( )

0

0

( )

( )

( )

EI

EI

l

l

EI

EI

l

l

K

α λ

ν λ

ϕ

ν λ

δ λ

λ

+

    

=

   

    

Aby istniało niezerowe rozwiązanie musi zachodzić warunek 

det

( )

0

K

λ

=

[

]

{

}

2

2

4

(

)

( ) 5

( )

( )

0

EI

l

α λ

δ λ ν λ

+

=

[

]

2

( )

( ) 5

( )

( )

0

f

λ

α λ

δ λ ν λ

=

+

=

 

 

λ

 

( )

f

λ

 

2,6 
2,7 

2,5889 

-2,2551 

 

Rys. 66.3. Liniowa interpolacja 

Z interpolacji liniowej otrzymujemy 

2, 65

λ

=

Obciążenie krytyczne 

2

2

2

7, 023

kr

EI

EI

P

l

l

λ

=

=

Długość wyboczeniowa elementu ściskanego 

1,186

w

l

l

l

π

λ

=

=