background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

1

ROZWIĄZANIE RAMY METODĄ PRZEMIESZCZEŃ 

 
Ramę pokazaną na rysunku rozwiązać 
metodą przemieszczeń. Dokonać kontroli 
rozwiązania. 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.  WYZNACZENIE STOPIENIA  GEOMETRYCZNEJ  NIEWYZNACZALNOŚCI 
 
WYZNACZENIE LICZBY STOPNI 
SWOBODY OBROTU WĘZŁÓW     

ϕ

n

. 

W celu wyznaczenia 

ϕ

n

 

dokonujemy podziału układu na elementy, 
dla których dane są wzory transformacyjne, 
co pokazano na rysunku obok. 

Z przyjętego podziału na elementy 

wynika, że  
dla pręta 1-2 (sztywno-sztywny) stosować 
będziemy wzory transformacyjne w postaci 

  

(

)

o

M

L

EI

M

12

12

21

12

12

12

12

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

o

M

L

EI

M

21

12

12

21

12

12

21

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

dla pręta 2-3 (sztywno-sztywny) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci 

(

)

o

M

L

EI

M

23

23

32

23

23

23

23

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,    

(

)

o

M

L

EI

M

32

23

23

32

23

23

32

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

dla pręta 1-4 (sztywno-przegubowy) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci 

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

14

14

14

14

14

14

14

14

14

14

14

3

3

0

3

+

=

+

+

=

ψ

ϕ

ψ

ϕ

,        

0

41

=

M

dla pręta 1-5 (sztywno-łyżwa) stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci  

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

15

51

15

15

15

15

15

51

15

15

15

15

0

1

1

+

=

+

=

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

o

o

M

L

EI

M

L

EI

M

51

15

51

15

15

51

15

15

51

15

15

51

0

1

1

+

=

+

=

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

Uwzględniając warunki podparcia i połączenia elementów (

,

0

32

51

=

=

ϕ

ϕ

 

,

1

15

14

12

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

=

 

2

23

21

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

) widzimy, że wszystkie kąty obrotu końców przyjętych elementów określone są przez 

kąty obrotu dwóch węzłów  

2

1

   

  

ϕ

ϕ

i

.       Liczba stopni swobody obrotu węzłów wynosi  więc  n

ϕ

=

. 

 
 

4 m

q = 0.25 F/m

2E

I

EI

EI

1.5 m

1.5 m

2 m

EI

F

F

M = 2 Fm

1

2EI

EI

EI

EI

ϕϕϕϕ

1111

ϕϕϕϕ

2222

5

4

3

2

ϕϕϕϕ

3333

 = 0

ϕϕϕϕ

5555

 = 0

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

2

WYZNACZENIE LICZBY STOPNI 
SWOBODY PRZESUWU WĘZŁÓW    
n

δ

 

W celu wyznaczenia  n

δ

 tworzymy 

przegubowy model układu (rysunek obok) w 
ten sposób, że wszystkie węzły zamieniamy na 
przegubowe i eliminujemy przesuwy dla 
elementów, w których wzorach 
transformacyjnych nie występują kąty obrotu 
cięciw (

ij

ψ

) dodając więzi prostopadłe do osi 

prętów na końcach łyżwowych elementów 
sztywno-łyżwa i na wolnych końcach 
elementów wspornikowych. W 
rozwiązywanym zadaniu dodano więź 
zaznaczoną linią przerywaną w węźle 5. 

Liczba stopni swobody przesuwu 

układu przegubowego spełnia warunek 

 

    

r

p

w

n

2

δ

=2*8 -7 - 8 = 1, 

gdzie w - liczba węzłów,  p - liczba prętów,  
r - liczba więzi podporowych. 
 Wynika 

stąd, że aby układ był 

geometrycznie niezmienny należy dodać, co 
najmniej 1 więź. Należy dokonać analizy 
możliwych przesuwów węzłów i sprawdzić czy dodanie 1 więzi wystarczy. Jak widać na rysunku obok 
dodanie 1 więzi (nr I) przekształciło przyjęty model w układ geometrycznie niezmienny. 

Oznacza to, że liczba stopni swobody przesuwu wynosi 

1

=

δ

n

Stopień geometrycznej niewyznaczalności

 wynosi więc 

=

+

=

δ

ϕ

n

n

n

g

2 + 1. 

2. UKŁAD  PODSTAWOWY 
 
Układ podstawowy tworzymy z układu 
danego przez dodanie  n

ϕ

 więzi rotacyjnych 

i  n

δ

 więzi translacyjnych (w naszym 

przykładzie 2 więzi rotacyjnych i 1 
translacyjnej), co przekształca dany układ w 
układ geometrycznie wyznaczalny 
pokazany na rysunku obok. 

 
 
 
 
 

3. ROZWIĄZANIA UKŁADU 

PODSTAWOWEGO 

 

     

 OD 

SKŁADOWYCH STANÓW OBCIĄŻEŃ 

3.1 DANE 

m

F

q

/

25

.

0

=

,  

Fm

M

=

2

,  

 

Fm

M

M

o

=

=

2

1

,  

 

0

2

=

o

M

m

L

4

12

=

,  

 

m

L

L

3

23

14

=

=

,  

m

L

2

15

=

EI

EI

EI

EI

=

=

=

1

15

23

12

,  

EI

EI

2

14

=

 

1

5

4

3

2

I

4 m

q = 0.25 F/m

2EI

EI

EI

1.5 m

1.5 m

2 m

EI

F

F

M = 2 Fm

I

1

5

4

3

2

1

5

4

3

2

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

3

3.2 ROZWIĄZANIA UKŁADU PODSTAWOWEGO OD OBCIĄŻENIA DANEGO  

Należy pamiętać, że poszczególne stany obciążeń rozpatrujemy rozłącznie, to jest, że stanowi 

obciążeń danych towarzyszy  

0

2

1

=

=

=

I

δ

ϕ

ϕ

. Oznacza to, że do wzorów transformacyjnych 

podstawiamy w tym stanie wszystkie 

0

=

=

ij

ij

ψ

ϕ

 

Dla elementów przyjętych w punkcie 1 momenty brzegowe odczytujemy z tablic lub 

otrzymujemy w wyniku rozwiązania metodą sił. Obciążenia działające na poszczególne elementy i 
wykresy momentów zginających pokazano na rysunku poniżej. Pokazano także siły równoważne 
działającym obciążeniom sprowadzone do punktów, których przemieszczenia łatwo określić. 

q = 0.25 F/m

5

M = 2 Fm

F

4

M

51

M

15

2

F

3

1

M

14

M

41

=0

M

23

M

32

M

12

=0

M

21

=0

P

1

P

2

P

3

P

5

P

4

 

Moment M nie stanowi obciążenia żadnego pręta, gdyż obciąża węzeł nr 1.  

Fm

M

M

o

2

1

=

=

.  

Węzeł nr 2 nie jest obciążony, więc  

0

2

=

o

M

Momenty brzegowe dla prętów obliczamy z odpowiednich wzorów: 

=

=

6

)

2

(

2

51

m

q

M

o

0.1667 F m, 

=

=

3

)

2

(

2

15

m

q

M

o

0.3333 F m,     

=

+

o

o

M

M

15

51

0.5 Fm, 

=

=

=

8

3

23

32

m

F

M

M

o

o

0.375 Fm,   

 

 

 

       

0

32

23

=

+

o

o

M

M

0

21

12

=

=

o

o

M

M

,        

 

 

 

 

 

 

M

M

o

o

12

21

0

+

=

=

=

16

3

3

14

m

F

M

o

0.5625Fm,  

0

41

=

o

M

,       

    

=

+

o

o

M

M

14

14

0.5625 Fm. 

          Siły równoważne mają wartości 

F

m

m

F

P

5

.

0

2

/

25

.

0

1

=

=

,  

F

F

P

P

P

P

5

.

0

2

/

5

4

3

2

=

=

=

=

=

 
3.3 OBCIĄŻENIE  

ϕ

1

1

=

      (

0

2

=

=

I

δ

ϕ

,    

0

=

F

) 

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy: 

,

1

1

1

15

1

14

1

12

1

1

=

=

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

j

   pozostałe 

 ,

0

1

=

ij

ϕ

   

,

0

 

=

ij

ψ

   

0

=

o

ij

M

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o postaci 

(

)

1

1

1

ji

ij

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

 

Momenty brzegowe wynoszą: 

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

1

0

2

1

4

4

2

4

21

12

12

12

1

12

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

5

.

0

1

2

0

4

4

2

4

12

21

21

21

1

21

ϕ

ϕ

,           

m

EI

M

M

=

+

5

.

1

2

21

2

12

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

4

 

( )

( )

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

2

1

3

2

3

3

14

14

14

1

14

ϕ

,        

0

1

41

=

M

,           

m

EI

M

M

=

+

2

1

41

1

14

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

5

.

0

0

1

3

2

51

15

15

15

1

15

ϕ

ϕ

,   

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

=

=

5

.

0

1

0

3

2

15

51

15

15

1

51

ϕ

ϕ

,                       

0

1

51

1

15

=

+

M

M

(

)

(

)

0

0

2

0

4

3

2

4

32

23

23

23

1

23

=

+

=

+

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

0

0

2

0

4

3

2

4

23

32

23

23

1

32

=

+

=

+

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,  

 

0

1

23

1

32

=

+

M

M

 

3.4 OBCIĄŻENIE  

1

2

=

ϕ

      (

0

1

=

=

I

δ

ϕ

,    

0

=

F

) 

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy: 

 ,

1

2

2

2

23

2

21

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

   pozostałe 

 ,

0

2

=

ij

ϕ

   

,

0

 

=

ij

ψ

   

0

=

o

ij

M

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o postaci 

(

)

2

2

2

ji

ij

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

 

Momenty brzegowe wynoszą: 

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

5

.

0

1

2

0

4

4

2

4

21

12

12

12

2

12

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

1

0

2

1

4

4

2

4

12

21

21

21

2

21

ϕ

ϕ

         

m

EI

M

M

=

+

5

.

1

2

21

2

12

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

=

+

=

+

=

3333

.

1

0

2

1

4

3

2

4

32

23

23

23

2

23

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

m

EI

m

EI

L

EI

M

6667

.

0

1

2

0

4

3

2

4

23

32

23

23

1

32

=

+

=

+

=

ϕ

ϕ

,         

m

EI

M

M

=

+

2

2

32

2

23

 

( )

( )

0

0

3

2

3

3

14

14

14

2

14

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

,        

0

1

41

=

M

,  

0

2

41

2

14

=

+

M

M

(

)

(

)

0

0

0

3

2

51

15

15

15

2

15

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

,  

(

)

(

)

0

0

0

3

2

15

51

15

15

2

51

=

=

=

m

EI

L

EI

M

ϕ

ϕ

, 0

2

51

2

15

=

+

M

M

 
3.5 OBCIĄŻENIE  

δ

I

=

1

     (

0

2

1

=

=

=

F

ϕ

ϕ

W tym stanie obciążenia do wzorów transformacyjnych podstawiamy: 

 ,

0

=

ij

ϕ

 

0

=

o

ij

M

   oraz kąty obrotu cięciw prętów 

( )

ψ

ij

I

 określone od przemieszczenia 

δ

I

=

1

co oznacza, że korzystamy ze wzorów o 

postaci   

I

ij

ij

ij

ij

I

ij

L

EI

c

M

ψ

=

 

W celu wyznaczenia szukanych kątów obrotu 
cięciw prętów oraz przemieszczeń w 
miejscach przyłożenia sił równoważnych 
rozpatrujemy przegubowy model układu 
podstawowego (rysunek obok) bez przegubu 

1

5

4

3

2

δδδδ

I

= 1

P

1

P

2

P

3

P

4

P

5

1

1

=

I

δ

0

5

4

3

2

=

=

=

=

I

I

I

I

δ

δ

δ

δ

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

5

na końcu łyżwowym elementu sztywno-łyżwa i wymuszamy przesunięcie o wartości 1 w miejscu i 
kierunku dodanej więzi I. Wartości wzajemnych przesunięć końców prętów wynoszą: 

0

15

=

I

,  

0

14

=

I

,   

0

23

=

I

,   

1

12

=

I

  (znak „-” gdyż obrót pręta 1-2 nastąpił w lewo). 

Wartości kątów obrotów cięciw wynoszą:  

0

15

15

15

=

=

L

I

I

ψ

,  

0

14

14

14

=

=

L

I

I

ψ

,  

0

23

23

23

=

=

L

I

I

ψ

,  

m

L

I

I

4

1

12

12

12

=

=

ψ

Wartości przemieszczeń w miejscach przyłożenia sił równoważnych wynoszą: 

1

1

=

I

δ

,  

0

5

4

3

2

=

=

=

=

I

I

I

I

δ

δ

δ

δ

W celu sprawdzenia wartości kątów obrotu 
cięciw prętów wykorzystamy związki 
kinematyczne w postaci     

=

ij

ij

ij

Lx

0

ψ

=

ij

ij

ij

Ly

0

ψ

, które muszą być 

spełnione dla każdego zamkniętego 
ukierunkowanego ciągu prętów.  

W rozwiązywanym zadaniu 

otrzymujemy (po uwzględnieniu 
fundamentu) 2 zamknięte ciągi prętów 
(rysunek obok), co daje 4 równania.  
Wykorzystując dane  

m

Lx

Lx

2

15

51

=

=

,   

0

15

51

=

=

Ly

Ly

,   

0

41

14

=

=

Lx

Lx

,   

m

Ly

Ly

3

41

14

=

=

m

Lx

Lx

4

21

12

=

=

,   

0

21

12

=

=

Ly

Ly

,   

0

32

23

=

=

Lx

Lx

,   

m

Ly

Ly

3

32

23

=

=

,   

4

4

A

A

Lx

Lx

=

,   

0

4

4

=

=

A

A

Ly

Ly

,   

56

65

Lx

Lx

=

,   

0

56

65

=

=

Ly

Ly

,   

0

3

3

6

6

=

=

=

=

A

A

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

,   

A

A

A

I

A

A

Lx

Lx

L

4

4

4

4

4

/

1

/

1

/

=

=

=

=

δ

ψ

ψ

,   

,

1

4

4

=

A

A

Lx

ψ

   

1

4

4

=

A

A

Lx

ψ

otrzymujemy: 

dla ciągu pierwszego 

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

A

A

Lx

Lx

Lx

Lx

4

4

14

14

51

51

65

65

ψ

ψ

ψ

ψ

0

1

0

0

2

0

65

65

=

+

+

m

Lx

ψ

 

(wynika stąd, że 

1

65

65

=

Lx

ψ

), 

=

ij

ij

ij

Ly

ψ

=

+

+

+

A

A

Ly

Ly

Ly

Ly

4

4

14

14

51

51

65

65

ψ

ψ

ψ

ψ

0

0

3

0

0

0

0

4

65

=

+

+

+

A

m

ψ

ψ

dla ciągu drugiego 

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

23

23

12

12

41

41

4

4

Lx

Lx

Lx

Lx

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

0

0

0

4

/

25

.

0

0

0

1

=

+

+

m

m

=

ij

ij

ij

Lx

ψ

=

+

+

+

23

23

12

12

41

41

4

4

Ly

Ly

Ly

Ly

A

A

ψ

ψ

ψ

ψ

0

3

0

0

/

25

.

0

)

3

(

0

0

4

=

+

+

m

m

m

A

ψ

Wszystkie równania są spełnione, więc kąty obrotu cięciw prętów wyznaczono poprawnie. 
Momenty brzegowe wynoszą: 

2

12

12

12

12

375

.

0

4

1

4

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

I

=

=

=

ψ

2

12

12

12

21

375

.

0

4

1

4

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

I

=

=

=

ψ

2

21

12

75

.

0

m

EI

M

M

I

I

=

+

0

0

3

6

6

23

23

23

23

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

1

3

2

4

5

x

y

1

2

A

6

4

δ

I

A

ψ

4A

L

4A

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

6

0

0

3

6

6

23

23

23

32

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

,  

 

 

0

32

23

=

+

I

I

M

M

 

0

0

3

2

3

3

14

14

14

14

=

=

=

m

EI

L

EI

M

I

ψ

,      

0

41

=

I

M

0

41

14

=

+

I

I

M

M

 

0

51

15

=

=

I

I

M

M

,   

 

 

 

 

 

0

51

15

=

+

I

I

M

M

.  

4. UKŁAD RÓWNAŃ 
4.1 POSTAĆ OGÓLNA UKŁADU RÓWNAŃ STOSOWNA DO PRZYJĘTEGO UKŁADU 
PODSTAWOWEGO 

0

,

0

,

0

2

2

1

1

2

2

2

22

1

21

1

1

2

12

1

11

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

Io

I

II

I

I

o

I

I

o

I

I

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

 

4.2 WSPÓŁCZYNNIKI UKŁADU RÓWNAŃ 

=

+

+

+

=

+

=

0

1

15

1

14

1

12

1

1

1

11

M

M

M

k

M

k

j

j

ϕ

m

EI

m

EI

=

+

+

5

.

3

)

5

.

0

2

1

(

k

M

12

12

2

=

=

=

m

EI

5

.

0

1

21

M

=

+

+

=

=

I

I

I

j

I

j

I

M

M

M

M

k

15

14

12

1

1

2

2

375

.

0

)

0

0

375

.

0

(

m

EI

m

EI

=

+

+

=

+

+

=

=

o

o

o

o

o

j

o

j

o

M

M

M

M

M

M

k

1

15

14

12

1

1

1

Fm

Fm

=

+

+

1042

.

1

)

2

3333

.

0

5625

.

0

0

(

k

M

21

21

1

=

=

=

m

EI

5

.

0

2

12

M

=

+

+

=

+

=

0

2

23

2

21

2

2

2

22

M

M

k

M

k

j

j

ϕ

m

EI

m

EI

=

+

3333

.

2

)

3333

.

1

1

(

=

+

=

=

I

I

j

I

j

I

M

M

M

k

23

21

2

2

(

)

2

2

375

.

0

0

375

.

0

m

EI

m

EI

=

+

=

+

+

=

=

0

23

21

2

2

2

o

o

o

j

o

j

o

M

M

M

M

k

(

)

Fm

Fm

=

375

.

0

375

.

0

0

(

)

=

+

=

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

k

ψ

1

1

1

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

1

32

1
23

15

1

51

1

15

14

1
41

1

14

12

1
21

1

12

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

 

 

2

375

.

0

0

0

0

25

.

0

5

.

1

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

=

k

I

1

(

)

=

+

=

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

k

ψ

2

2

2

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

2

32

2

23

15

2

51

2

15

14

2

41

2

14

12

2

21

2

12

ψ

ψ

ψ

ψ

  

 

 

 

 

2

375

.

0

0

0

0

25

.

0

5

.

1

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

=

I

k

2

(

)

=

+

=

I

ij

ij

I
ji

I

ij

II

M

M

k

ψ

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

M

M

M

M

M

M

M

M

23

32

23

15

51

15

14

41

14

12

21

12

ψ

ψ

ψ

ψ

  

 

 

 

 

3

2

1875

.

0

0

0

0

25

.

0

75

.

0

m

EI

m

m

EI

=

+

+

+

=

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

7

(

)

=

+

=

p

I

p

p

I

ij

ij

o

ji

o

ij

Io

P

M

M

k

δ

ψ

 

(

)

(

)

(

)

+

=

+

+

+

+

+

=

0

0

0

5

.

0

0

5625

.

0

24

.

0

0

)

(

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

23

32

23

15

51

15

14

41

14

12

21

12

Fm

Fm

m

P

P

P

P

P

M

M

M

M

M

M

M

M

I

I

I

I

I

I

o

o

I

o

o

I

o

o

I

o

o

δ

δ

δ

δ

δ

ψ

ψ

ψ

ψ

 

F

F

F

F

F

F

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

0

5

.

0

1

5

.

0

=

 
4.3 POSTAĆ SZCZEGÓŁOWA UKŁADU RÓWNAŃ I JEGO ROZWIĄZANIE  

0

5

.

0

1875

.

0

375

.

0

375

.

0

,

0

375

.

0

375

.

0

3333

.

2

5

.

0

,

0

1042

.

1

375

.

0

5

.

0

5

.

3

3

2

2

1

2

2

2

1

2

2

1

=

+

+

=

+

+

=

+

+

F

m

EI

m

EI

m

EI

Fm

m

EI

m

EI

m

EI

Fm

m

EI

m

EI

m

EI

I

I

I

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

δ

ϕ

ϕ

 

ϕ

1

=

0.00203

EI

Fm

2

,   

ϕ

2

=

-0.3944

EI

Fm

2

,        

δ

I

=

3.4514

EI

Fm

3

 

 

5.  RZECZYWISTE  SIŁY  PRZEKROJOWE 
5.1  MOMENTY  BRZEGOWE 

Momenty brzegowe (znakowane wg umowy statycznej) określono w tabeli poniżej na 

podstawie wzoru: 

 

o

ij

I

I

ij

ij

ij

ij

M

M

M

M

M

+

+

+

=

δ

ϕ

ϕ

2

2

1

1

 

M

1

ϕ

1

M

2

ϕ

2

M

I

δ

Ι

M

O

M

Mnożnik EI/m

Fm

2

/EI

EI/m

Fm

2

/EI

EI/m

2

Fm

3

/EI

Fm

Fm

M

51 

=

-0.50 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.1667 = 0.166

M

15 

=

0.50 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.3333 = 0.334

M

12 

=

1.00 * 0.00203 + 0.50 * ( -0.3944 ) + 0.375 * 3.4514 +

0

= 1.099

M

21 

=

0.50 * 0.00203 + 1.00 * ( -0.3944 ) + 0.375 * 3.4514 +

0

= 0.901

M

14 

=

2.00 * 0.00203 +

0

* ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.5625 = 0.567

M

23 

=

0

* 0.00203 + 1.3333 * ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 - 0.3750 = -0.901

M

32 

=

0

* 0.00203 + 0.6667 * ( -0.3944 ) +

0

* 3.4514 + 0.3750 = 0.112

 

Momenty brzegowe można też wyznaczyć na podstawie wzorów transformacyjnych,

 po 

uprzednim określeniu rzeczywistych wartości kątów obrotów cięciw prętów na podstawie związku:  

α

α

α

δ

ψ

ψ

=

ij

ij

 i rzeczywistych wartości obrotów końców prętów na podstawie związku 

i

ij

ϕ

ϕ

=

Np. dla pręta 1-2 

1

12

ϕ

ϕ

=

,   

2

21

ϕ

ϕ

=

,    

=

=

I

I

δ

ψ

ψ

12

12

EI

Fm

EI

Fm

m

2

3

8628

.

0

4514

.

3

4

1

=

(

)

=

+

+

=

o

M

L

EI

M

12

12

2

1

12

12

12

6

2

4

ψ

ϕ

ϕ

 

Fm

EI

Fm

EI

Fm

EI

Fm

m

EI

099

.

1

0

)

8628

.

0

(

6

)

3944

.

0

(

2

00203

.

0

4

4

2

2

2

=

+





+

=

 

Jak widać otrzymano identyczny wynik jak poprzednio. Analogicznie można obliczyć pozostałe 
momenty brzegowe.   

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

8

5.2 SIŁY TNĄCE I OSIOWE ORAZ KONTROLA RÓWNAŃ RÓWNOWAGI 

Siły tnące i osiowe wyznaczamy z równań równowagi prętów i węzłów. 

W tym celu układ dzielimy na pręty i węzły oraz obciążamy wydzielone elementy obciążeniem danym 
i na brzegach siłami przekrojowymi (określonymi już momentami i szukanymi siłami osiowymi i 
tnącymi). Przedstawiono to na rysunku poniżej. Na rysunku zaznaczono liniami przerywanymi włókna 
wyróżnione do znakowania momentów zginających. Wyróżnienie to zostanie wykorzystane w punkcie 
następnym. 

q = 0.25 F/m

5

M = 2 Fm

F

4

M

51

M

15

2

F

3

1

M

14

M

41

=0

M

23

M

32

M

12

M

21

V

51

=0

N

51

V

15

N

15

M

15

V

15

N

12

V

12

V

14

N

14

V

14

M

14

V

41

N

41

=0

M

12

V

12

M

21

V

21

N

21

V

21

M

23

V

23

N

23

V

23

V

32

N

32

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

 

Dla sił działających na każdy element wypisujemy 3 równania równowagi. Z sum momentów 
względem końców prętów wyznaczamy siły tnące a z pozostałych równań wyznaczamy siły osiowe i 
część z nich stanowi kontrolę. W obliczeniach wykorzystujemy obliczone już wartości momentów oraz 
wynikające z warunków podparcia wartości sił osiowych i tnących 0

N

 

51

41

=

=

V

PRĘT  5-1 

( )

 

0

2

2

2

2

15

15

51

5

=

+

+

+

=

m

q

m

V

M

M

M

 

⇒    

F

m

m

F

m

Fm

m

m

m

q

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

4

25

.

0

2

166

.

0

334

.

0

2

2

4

2

 

2

2

51

15

15

 

( )

=

+

+

=

2

2

2

2

51

15

51

1

m

q

m

V

M

M

M

0

2

/

25

.

0

0

166

.

0

334

.

0

=

+

+

m

m

F

Fm

  

(spełnione tożsamościowo) 

 

0

15

51

=

+

=

N

N

X

 

 

 

⇒    

15

51

N

N

=

 

         (związek wykorzystamy dalej). 

PRĘT  1-2 

 

0

4

21

21

12

1

=

+

+

=

m

V

M

M

M

 

F

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

901

.

0

099

.

1

4

 

21

12

21

 

0

4

12

21

12

2

=

+

+

=

m

V

M

M

M

 

F

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

5

.

0

4

901

.

0

099

.

1

4

 

21

12

12

 

0

21

12

=

+

=

N

N

X

 

 

 

⇒  

21

12

N

N

=

  

(związek wykorzystamy dalej). 

PRĘT  4-1 

 

0

5

.

1

3

14

41

14

4

=

+

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

⇒    

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

9

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

689

.

0

5

.

0

3

0

567

.

0

3

5

.

1

3

 

41

14

14

 

 

0

5

.

1

3

41

41

14

1

=

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

⇒    

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

+

=

+

+

=

311

.

0

5

.

0

3

0

567

.

0

3

5

.

1

3

 

41

14

41

 

0

14

41

=

+

=

N

N

X

 

⇒  

0

41

14

=

=

N

N

              (zgodnie z warunkami podparcia). 

PRĘT  2-3 

 

0

5

.

1

3

32

32

23

2

=

+

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

⇒    

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

=

+

=

237

.

0

5

.

0

3

112

.

0

901

.

0

3

5

.

1

3

 

32

23

32

 

0

5

.

1

3

23

32

23

3

=

+

+

=

m

F

m

V

M

M

M

⇒    

F

F

Fm

m

Fm

m

m

M

M

V

=

+

+

=

+

+

=

763

.

0

5

.

0

3

112

.

0

901

.

0

3

5

.

1

3

 

32

23

23

 

0

32

23

=

+

=

N

N

X

 

⇒    

23

32

N

N

=

 (związek wykorzystamy dalej). 

WĘZEŁ  2 

   

0

))

901

.

0

(

901

.

0

(

23

21

2

=

=

=

Fm

M

M

M

  

(spełnione tożsamościowo) 

  

0

)

5

.

0

(

23

23

21

=

+

=

+

=

N

F

N

V

Y

  

⇒    

F

N

=

5

.

0

23

0

763

.

0

21

23

21

=

=

=

F

N

V

N

X

   

⇒    

F

N

=

763

.

0

21

Z trzeciego równania dla pręta 1-2 wyznaczamy 

 

 

F

N

N

=

=

763

.

0

21

12

Z trzeciego równania dla pręta 2-3 wyznaczamy 

 

 

F

N

N

=

=

5

.

0

23

32

WĘZEŁ  1 
  

   

0

)

2

334

.

0

567

.

0

099

.

1

(

15

14

12

1

=

+

=

+

=

Fm

M

M

M

M

M

(spełnione tożsamościowo) 

0

F

(-0.5))

-

0

 

5

.

0

(

12

14

15

=

+

=

=

V

N

V

Y

 

 

 

(spełnione tożsamościowo) 

0

)

689

.

0

(

763

.

0

15

14

12

15

=

=

+

=

F

F

N

V

N

N

X

 

 

 

⇒  

 

F

F

F

N

=

=

074

.

0

)

689

.

0

(

763

.

0

15

,  

Z trzeciego równania dla pręta 5-1 wyznaczamy 

 

 

F

N

N

=

=

074

.

0

15

51

Siły tnące można też wyznaczyć na podstawie wzorów transformacyjnych

 analogicznie jak 

momenty brzegowe jednak po uprzednim wyznaczeniu wartości brzegowych sił tnących w układzie 
podstawowym od obciążenia danego 

o

ij

 (analogicznie jak 

o

ij

, np. dla pręta 1-2  

0

12

=

o

V

 

(

)

=

+

+

=

o

V

L

EI

V

12

12

2

1

2
12

12

12

12

6

6

ψ

ϕ

ϕ

 

F

EI

Fm

EI

Fm

EI

Fm

m

EI

5

.

0

0

)

8628

.

0

(

12

)

3944

.

0

(

6

00203

.

0

6

16

2

2

2

2

=

+





+

=

 

5.3  MOMENTY  ZGINAJĄCE 
 
Otrzymane z obliczeń wartości momentów brzegowych są momentami statycznymi znakowanymi 
zgodnie z zasadą prawoskrętny „+”, lewoskrętny „-”. Nie są, więc bezpośrednio momentami 
zginającymi, gdyż momenty zginające znakujemy zgodnie z zasadą: „+”, gdy rozciąga włókna 
wyróżnione a „-” gdy rozciąga włókna przeciwne niż wyróżnione, czyli gdy ściska włókna wyróżnione.  
Odpowiedniość brzegowych momentów statycznych i momentów zginających na końcach prętów 
zilustrowano na szkicach poniżej. 

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

10

Momenty statyczne

dodatnie

Moment rozciąga włókna

przeciwne, więc

wytrzymałościowo jest

ujemny

Moment rozciąga włókna

wyróżnione, więc

wytrzymałościowo jest

dodatni

ij

M

ji

M

i

j

ij

zgin

ij

ij

i

M

M

M

=

=

,

,

ji

zgin

ji

ij

j

M

M

M

=

=

,

,

 

 

ij

M

ji

M

i

j

Momenty statyczne

dodatnie

Moment rozciąga włókna

wyróżnione, więc

wytrzymałościowo jest

dodatni

Moment rozciąga włókna

przeciwne, więc

wytrzymałosciowo jest

ujemny

ij

zgin

ij

ij

i

M

M

M

=

=

,

,

ji

zgin

ji

ij

j

M

M

M

=

=

,

,

 

Obliczając momenty zginające (

,

,ij

i

M

 

ij

j

M

,

) należy oczywiście uwzględniać znaki momentów 

statycznych (

,

ij

M

 

ji

M

).  

Uwzględniając powyższe zasady określimy momenty zginające w przekrojach poszczególnych prętów. 

q = 0.25 F/m

5

M

51

M

15

2m

V

51

=0

V

15

1

  

F

4

M

41

=0

V

14

M

14

V

41

1.

5m

1

1.

5m

 

3

M

32

M

23

V

23

V

32

2

1.

5m

1.

5m

F

 

 
PRĘT  5-1 

=

=

51

51

,

5

M

M

Fm

166

.

0

,           

=

=

15

51

,

1

M

M

Fm

334

.

0

 

Pręt jest obciążony obciążeniem równomiernie rozłożonym, więc wykres momentów jest parabolą. 
Aby ją narysować niezbędna jest znajomość trzeciej rzędnej np. w środku rozpiętości pręta 

=

+

=

4

2

2

51

51

51

51

51

51

,

L

L

q

L

V

M

M

S

Fm

m

m

m

F

m

Fm

041

.

0

5

.

0

1

/

25

.

0

1

0

166

.

0

=

+

 

PRĘT  1-2               

=

=

12

12

,

1

M

M

Fm

099

.

1

,           

=

=

21

12

,

2

M

M

Fm

901

.

0

 

PRĘT  4-1 

=

=

41

41

,

4

M

M

0

,           

=

=

14

41

,

1

M

M

Fm

567

.

0

 

Pręt jest obciążony siłą skupioną. Należy, więc doliczyć rzędną pod siłą skupioną. 

=

+

=

2

41

41

41

41

,

L

V

M

M

F

Fm

m

F

467

.

0

5

.

1

311

.

0

0

=

+

 

PRĘT  2-3 

=

=

23

23

,

2

M

M

Fm

901

.

0

,           

=

=

23

23

,

3

M

M

Fm

112

.

0

Pręt jest obciążony siłą skupioną. Należy, więc doliczyć rzędną pod siłą skupioną. 

=

+

=

2

23

23

23

23

,

L

V

M

M

F

Fm

m

F

Fm

244

.

0

5

.

1

763

.

0

901

.

0

=

+

 

 
 
 
 

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

11

5.4 WYKRESY SIŁ PRZEKROJOWYCH 
 
Sporządzając wykresy momentów zginających należy pamiętać, że ich rzędne odkłada się po stronie 
włókien rozciąganych, co jest równoznaczne z tym, że rzędne dodatnie odkłada się po stronie włókien 
wyróżnionych a ujemne po stronie przeciwnej. 

M

0.

166 Fm

0.334 Fm

0.567 Fm

1.099 Fm

+

-

+

-

-

+

+

-

0.901 Fm

0.244 Fm

0.112 Fm

0.04

1 Fm

0.467 Fm

+

-

 

V

+

+

-

-

-

-

0.

5 F

0.763 F

0.689 F

0.311 F

0.237 F

0.5 F

 

N

0.

074

 F

-

-

-

0.7

63 F

0.5 F

 

6.  KONTROLA KINEMATYCZNEJ DOPUSZCZALNOŚCI ROZWIĄZANIA 
 
Aby mieć pewność, że rozwiązanie jest poprawne należy wykazać, że jest ono statycznie i 
kinematycznie dopuszczalne.  
 

Pierwszy warunek oznacza, że siły muszą spełniać równania równowagiWarunek ten 

został sprawdzony w trakcie wyznaczania sił tnących i osiowych.

  

 

Sprawdzenie drugiego warunku polega na sprawdzeniu czy wynikające z rozwiązania 

przemieszczenia w poszczególnych punktach spełniają warunki podparcia i ciągłości. Wystarczy 
sprawdzenie tylu składowych przemieszczeń ile wynosi stopień statycznej niewyznaczalności. 
 Rozwiązywane zadanie jest  
3-krotnie statycznie niewyznaczalne. 
Należy, więc sprawdzić 3 przemieszczenia. 
W tym celu przyjmujemy dowolny 
statycznie wyznaczalny model układu 
(układ podstawowy jak w metodzie sił), 
sporządzamy wykresy momentów 
zginających od jednostkowych wartości sił 
hiperstatycznych i na podstawie 
odpowiednich wzorów obliczamy 
przemieszczenia, które powinny być 
zgodne z rzeczywistymi. Na rysunku obok 
pokazano układ podstawowy metody sił.  
 

q = 0.25 F/m

2EI

EI

EI

EI

F

F

M = 2 Fm

X

1

X

2

X

3

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

12

Rozwiązania układu statycznie wyznaczalnego od jednostkowych wartości sił hiperstatycznych. 
Od 

1

1

=

X

  

X

1

=1

        

1

M

3 m

-

+

 

Od 

1

2

=

X

  

X

2

=1

2

M

-

1

 

Od 

1

3

=

X

  

X

3

=1

3

M

1

-

-

 

Sprawdzenie przemieszczeń rzeczywistych w miejscach przyjętych sił hiperstatycznych.  

(

)

+

+

=

=

m

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

)

3

(

334

.

0

)

3

(

041

.

0

4

)

3

(

166

.

0

6

2

1

1

 

 

 

 

(

)

+

+

+

+

m

Fm

EI

m

5

.

1

467

.

0

25

.

2

05

.

0

4

3

567

.

0

2

6

5

.

1

 

(

)

0

005

.

0

0

0

75

.

0

2335

.

0

4

5

.

1

467

.

0

2

6

5

.

1

3

=

+

+

+

EI

Fm

m

Fm

EI

m

 

(

)

+

+

+

+

=

=

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

5

.

0

244

.

0

)

25

.

0

(

)

3285

.

0

(

4

0

)

901

.

0

(

6

5

.

1

2

2

 

(

)

0

0

0

)

25

.

0

(

122

.

0

4

)

5

.

0

(

244

.

0

6

5

.

1

=

+

+

+

Fm

EI

m

 

(

)

+

+

=

=

Fm

EI

m

dx

EI

M

M

F

)

1

(

334

.

0

)

1

(

041

.

0

4

)

1

(

166

.

0

6

2

3

3

 

(

)

+

+

+

Fm

EI

m

)

1

(

901

.

0

)

1

(

1

.

0

4

)

1

(

099

.

1

6

4

 

(

)

+

+

+

+

Fm

EI

m

)

5

.

0

(

244

.

0

)

75

.

0

(

)

3285

.

0

(

4

)

1

(

901

.

0

2

6

5

.

1

 

background image

MP-przykład 1 – rama o siatce ortogonalnej – rozwiązanie bez wykorzystania bppo 
 

                                      

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

 

13

(

)

0

02

.

0

0

0

)

25

.

0

(

122

.

0

4

)

5

.

0

(

244

.

0

2

6

5

.

1

2

=

+

+

+

EI

Fm

Fm

EI

m

 

Uwaga:

 Otrzymane wartości powinny być bliskie wartościom wynikającym z warunków podparcia i 

ciągłości układu. W rozpatrywanym przypadku powinny być bliskie zeru. Aby to oszacować 
porównamy otrzymane wyniki z przemieszczeniami rzeczywistymi otrzymanymi z rozwiązania z 
metody przemieszczeń.  

Porównując przesunięcie 

=

F

1

-0.005

EI

Fm

3

z rzeczywistym przesunięciem 

=

I

δ

3.4514

EI

Fm

3

 otrzymujemy 

%

14

.

0

0014

.

0

4514

.

3

005

.

0

=

=

. Widzimy, że błąd względny wynosi tylko 

0.0014 co przy obliczaniu momentów z dokładnością do 0.001 jest wynikiem zaokrągleń. Możemy, 
więc uznać, że spełniony jest warunek 

0

1

F

.  

Analogicznie porównując kąt obrotu 

=

F

3

-0.002

EI

Fm

2

 z rzeczywistym kątem obrotu 

=

2

ϕ

0.3944

EI

Fm

2

 otrzymujemy 

%

5

.

0

005

.

0

3944

.

0

002

.

0

=

=

 co przy stosowanej dokładności obliczeń 

oznacza spełnienie warunku 

0

3

F

. Wartość  kąta obrotu 

0

2

=

F

. Więc rozwiązanie spełnia 

warunki kinematyczne.