background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

1

5.



5. METODA PRZEMIESZCZEŃ - PRZYKŁAD LICZBOWY

5.1. Działanie sił zewnętrznych

Znaleźć wykresy rzeczywistych sił wewnętrznych w ramie o schemacie i obciążeniu podanym na rys. 5.1.

EJ

5.0 

8kN

0,3EJ 

3.0  

4.0   

1.0    

q = 6 kN/m 

[m]   

0

1

2

3

Rys. 5.1. Rama płaska statycznie niewyznaczalna

Zanim   przyjmiemy   układ   podstawowy   metody   przemieszczeń,   zauważmy,   że   pręt  

1-3  jest   elementem

statycznie wyznaczalnym. Możemy zatem wyciąć ten pręt myślowo, a następnie obciążyć pozostałą część
ramy siłami, które powstaną w utwierdzeniu tego pręta.

8kN

1.0

q = 6 kN/m 

[m]

M = 8 ·1 + 6 ·1·    = 11 [kNm]  

1
2

R = 8 + 6 ·1 = 14 [kN]

Rys. 5.2. Statycznie wyznaczalna część ramy

Teraz przyjmujemy układ podstawowy

EJ

14 kN

0,3EJ 

Δ   

q = 6 kN/m 

11 kNm 

φ 

Rys. 5.3. Układ podstawowy z dodatkowym wewnętrznym utwierdzeniem oraz podporą poziomą

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

2

oraz związany z nim układ równań kanonicznych:

{

r

11

r

12

r

1 P

=0

r

21

r

22

r

2 P

=0

(5.1)

Konstrukcja   wykonana   jest   z   profili   dwuteowych   o   następujących   wielkościach   charakterystycznych

przekrojów:

EJ

 I140HEB

h

=0,14 m

J

x

=1510 cm

4

0,3 EJ

 I100HEB

h

=0,10 m

J

x

=453 cm

4

Wartości   momentów  w  poszczególnych  stanach,   od  jednostkowych  przemieszczeń  obliczamy  ze  wzorów

transformacyjnych. 

Stan 

φ = 1:

4·0,3EJ

φ=1 

M

1

5

3·EJ

5

r

11

2·0,3EJ

5

r

21 

Rys. 5.4. Wykres momentów w układzie podstawowym powstały od obrotu φ

1

 = 1 (stan I)

W   stanie  

= 1  trzeba   najpierw  znaleźć  kąty  obrotu   cięciw  prętów  ψ.   W  tym  celu  tworzymy  łańcuch

kinematyczny

5.0 

3.0  

4.0   

[m]   

Ψ

01

0

1

Δ=1   

0

1

2

Ψ

12  

Rys. 5.5. Kąty obrotu cięciw prętów na wskutek jednostkowego przesuwu po kierunku 

D = 1

Z równań łańcucha wyznaczamy kąty obrotu cięciw prętów:

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

3

012

01

3

12

5=0

012

01

4

12

0=1

01

=

1
4

12

=−

3
5

⋅

01

=−

3

20

a następnie rysujemy wykresy momentów:

Stan 

Δ = 1:

M

2

Δ=1   

6·0,3EJ   

20

3·3EJ   

100

6·0,3EJ   

20

r

12

 

r

22

  

Rys. 5.6. Wykres momentów w układzie podstawowym powstały od przesuwu 

= 1 (stan II)

Na podstawie powyższych wielkości możemy wyznaczyć reakcje po kierunkach wprowadzonych zmiennych:

z równowagi węzłów:

r

11

=

3
5

EJ

4

0,3

5

EJ

=0,84 EJ

r

12

=

6

0,3

20

3

3

100

EJ

=

0,09

0,09

EJ

=0

z równania pracy wirtualnej:

r

22

⋅12

6

0,3

5

4

EJ

1
4

3

3 EJ
5

20

3

20

=0

r

22

=0,045 EJ 0,0135 EJ =0,0585 EJ

Na tym etapie obliczeń warto skontrolować wartości obliczonych współczynników 

r

ik

. Jeżeli zyskamy

pewność, że są one prawidłowe, unikniemy powtórnego rozwiązywania układu równań kanonicznych.

Sprawdzenia współczynników 

r

ik 

 dokonamy, korzystając z równania pracy wirtualnej (5.2). W tym celu

wykorzystamy narysowane wcześniej wykresy momentów w stanach jednostkowych.

L

Z

= 

L

W

L

Z

=

i

P

i

i

L

W

=

s

M

EJ

ds

(5.2)

Obliczamy pracę sił układu 

I (stan φ = 1) na przemieszczeniach układu II (stan Δ = 1)

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

4

L

Z

=r

21

⋅1r

11

0

L

W

=

M

1

⋅ 

M

2

EJ

ds

(5.3)

L

W

=

1
2

0,6 EJ5

2
3

0,09 EJ⋅1

1

EJ

1
2

0,24 EJ5

2
3

0,09 EJ 

1
3

0,09 EJ

1

0,3 EJ

1
2

0,12 EJ5

2
3

0,09 EJ 

1
3

0,09 EJ

1

0,3 EJ

=0,09 EJ 

0,018

EJ

0,3

0,09

EJ

0,3

=0

Po porównaniu pracy sił zewnętrznych do pracy sił wewnętrznych otrzymujemy:

r

21

=0

Traktując stan 

φ jako rzeczywisty, a zarazem wirtualny układ otrzymujemy:

L

Z

=r

11

⋅1r

21

0

L

W

=

M

1

⋅ 

M

1

EJ

ds

(5.4)

L

W

=

1

EJ

1
2

0,6 EJ5

2
3

0,06 EJ⋅1

1

0,3 EJ

[

1
2

0,24 EJ5

2
3

0,24 EJ 

1
3

0,12 EJ

⋅1

1
2

0,12 EJ5

2
3

0,12 EJ 

1
3

0,24 EJ

⋅1

]

=0,6 EJ 0,24 EJ ⋅1=0,84 EJ⋅1

Po wyeliminowaniu   i podstawieniu obliczonych wartości do równania (5.2):

r

11

=0,84 EJ

Na koniec stan 

Δ = 1 przyjmujemy raz jako układ I (siły) a raz jako układ II (przemieszczenia):

L

Z

=r

22

⋅1r

12

0

L

W

=

M

2

⋅ 

M

2

EJ

ds

(5.5)

L

W

=

1

EJ

1
2

0,09 EJ5

2
3

0,09 EJ⋅1

1

0,3 EJ

[

1
2

0,09 EJ5

2
3

0,09 EJ 

1
3

0,09 EJ

⋅1

1
2

0,09 EJ5

2
3

0,09 EJ 

1
3

0,09 EJ

⋅1

]

=0,0135 EJ 0,0225 EJ 0,0225 EJ ⋅1=0,0585 EJ⋅1

Po wyeliminowaniu   i podstawieniu obliczonych wartości do równania (5.2):

r

22

=0,0585 EJ

Wartości współczynników macierzy sztywności pokrywają się z wyznaczonymi wcześniej, możemy przejść

zatem do dalszych obliczeń.

Kolejnym  etapem   w   rozwiązywaniu   zadania   jest   wyznaczenie   reakcji   od   obciążeń   zewnętrznych

(stan  

P). W tym celu rysujemy wykres momentów od obciążenia zewnętrznego w układzie kinematycznie

wyznaczalnym.

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

5

6·4

2

14kN

24kN

M

p

o

12

6·4

2

12

11kNm

r

1P

r

2P 

Rys. 5.7. Wykres momentów w układzie podstawowym od obciążenia zewnętrznego

i korzystając z równania równowagi w węźle, oraz z zasady pracy wirtualnej wyznaczamy brakujące reakcje:

r

1 P

=

6

4

2

12

11=−3[kNm]

W   równaniu  pracy   wirtualnej  oprócz  momentów  pracujących  na   kątach  

ψ  trzeba   uwzględnić  obciążenie

pracujące na przemieszczeniach:

r

2 P

⋅124

1
2

14⋅1=0

r

2 P

=−26 [kN ]

Mając   wszystkie  współczynniki  możemy  wyznaczyć   szukane   przemieszczenia   węzłów  z   układu   równań

kanonicznych:

{

0,84 EJ

⋅=3

0,0585 EJ

⋅=26

{

=

3,5714286

EJ

=

444,4444444

EJ

Korzystając ze wzoru superpozycyjnego

M

P

n

=M

P

M

1

⋅M

2

⋅

(5.6)

możemy wyliczyć wartości momentów w układzie niewyznaczalnym w poszczególnych węzłach analizowanej
ramy.

M

01

=−

6

4

2

12

2

0,3 EJ

5

3,57143

EJ

6

0,3 EJ

20

444,44444

EJ

=−80,4285740=−47,57143 [kNm]

M

10

=820,4285740=−31,14286 [kNm]

M

12

=

3
5

EJ

3,57143

EJ

3
5

EJ

3

20

444,44444

EJ

=42,14286 [kNm]

W wykresie ostatecznym (rys. 5.8) nie wolno zapomnieć o statycznie wyznaczalnej części ramy.

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

6

3

0

1

2

31,143  

47,571   

42,143

M

p

(n)

11

[kNm]

Rys. 5.8. Wykres momentów w układzie statycznie niewyznaczalnym

Obciążając poszczególne pręty wyznaczonymi momentami określamy wartości sił tnących.

R

12 

42,1429 kNm   

1

2

Rys. 5.9. Przęsło 1-2

Najpierw poddamy analizie przęsło 

1-2. Z sumy momentów względem punktu 2 (rys. 5.9) możemy wyznaczyć

reakcje 

R

12

M

2

=0

R

12

=

42,1429

5,0

=8,42857 [kN ]

Wynik ten pozwala nam na bezpośrednie wyznaczenie siły tnącej na przęśle 

1-2, gdyż jest ona na tym odcinku

stała (brak obciążenia ciągłego).

Teraz zajmijmy się przęsłem 

1-0. Aby uzyskać wynik w postaci sił tnących należy wyliczyć obie reakcje R

10

 i

R

01

.

q = 6 kN/m 

31,1429 kNm  

47,5714 kNm   

R

01

 

R

10 

1

0

4,0

3,0

[m]

5,

0

α

Rys. 5.10. Przęsło 0 -1

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

7

M

0

:

0

47,571431,1429R

10

5642=0

R

10

=−6,14286 [kN ]

M

1

:

0

47,571431,1429R

01

5642=0

R

01

=25,34289 [kN ]

Odcinek 

1-3 ramy jak zauważyliśmy wcześniej jest statycznie wyznaczalny.

q = 6 kN/m 

  

 

3

1

8 kN

α

1

1

α

Rys. 5.11. Przęsło 1-3

Do  wyznaczenia  sił  wewnętrznych  potrzebne  na   będą  funkcje  sinus  i  cosinus  kąta   nachylenia  wspornika
względem poziomu. Z rysunku 5.10 odczytujemy:

sin

=

4
5

cos

=

3
5

Zapiszmy równanie tnącej rzutując wszystkie siły wewnętrzne na kierunek prostopadły do osi belki.

T

=8sin 6ysin 

Z tego równania, podstawiając odpowiednio za  

y  najpierw 0, a potem 1  uzyskujemy wartości siły tnącej na

końcach przęsła.

T

31

=8

4
5

=6,4 [kN ]

T

13

=8

4
5

61

4
5

=11,2[kN ]

Z uzyskanych wyników możemy narysować wykres sił tnących dla całej ramy.

25,343   

T

p

(n)

6,143    

8,4286 

6,4

11,2

+

[kN]

+

-

Rys. 5.12. Wykres sił tnących w układzie statycznie niewyznaczalnym

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

8

Na koniec wyznaczamy rozkład sił normalnych:

dla pręta  

1-3  suma rzutów wszystkich sił wewnętrznych na kierunek osi pręta (rys. 5.11) prowadzi do

równania: 

N

=8cos 6ycos 

po podstawieniu za zmienną 

y punktów końcowych:

N

31

 y=0=4,8 [kN ]

N

13

 y=1=8,4 [kN ]

z równowagi węzła 

2 na podstawie rys. 5.13 wyznaczamy N

21

:

N

21

=0

N

21

8,4286

2

Rys. 5.13. Siły działające na węzeł 2

z równowagi węzła 

1 (suma rzutów sił na kierunek 0-1-3):

8,4

11,4

8,4286

0

6,1429

N

10

1

Rys. 5.14. Siły działające na węzeł 1

N

10

=8,48,42857sin=15,14286 [kN ]

z warunku równowagi pręta 

0-1:

15,1429

N

01

q = 6 kN/m

Rys. 5.15. Rozkład sił normalnych na pręcie 0-1

N

01

=15,142964cos =29,543[kN ]

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

9

Na podstawie tych wyników narysujmy wykres sił normalnych.

29,543   

N

p

(n)

15,143    

8,4

4,8

+

+

[kN]

0

Rys. 5.16. Wykres sił normalnych w układzie statycznie niewyznaczalnym

W celu kontroli poprawności obliczeń dokonamy sprawdzenia statycznego.

q = 6 kN/m 

25,3429

29,5429

11,2

8,4286

8,4

11

47,5714

1

Rys. 5.17. Sprawdzenie statyczne

Zapisujemy trzy równania równowagi dla części konstrukcji (rys. 5.17) obciążonej siłami zewnętrznymi i

siłami wewnętrznymi:

M

1

=0

11

8,42857547,5714325,342865642=−0,810

6

[kNm]≈0

X

=0

6

48,4cos 11,2sin −29,54286cos −25,34286sin=−0,03610

6

[kN ]≈0

Y

=0

8,4

sin −11,2cos 8,4285725,34286cos −29,54286sin =0,07210

6

[kN ]≈0

Ponieważ równania są spełnione, możemy stwierdzić, że statyczna niezmienność jest zapewniona.

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

10

5.2. Wpływ osiadań podpór

Przeanalizujmy tę samą ramę w przypadku kiedy podpory doznają przemieszczeń.

5.0 

3.0  

4.0   

[m]   

EJ

0,3EJ 

0,03 m

0,006 rad 

0

1

2

3

Rys. 5.18. Rama płaska statycznie niewyznaczalna doznająca przemieszczeń w podporach

Ponieważ   pręt  

1-3  jest   elementem  statycznie  wyznaczalnym,   osiadania   podpór   nie  wywołają   w  nim  sił

wewnętrznych.   Dlatego   pominiemy   go   w   dalszych   obliczeniach   i   wykorzystamy   wcześniejszy   układ
podstawowy 

EJ

0,3EJ 

0,03 m

0,006 rad 

φ 

Δ   

Rys. 5.19. Układ podstawowy z dodatkowym wewnętrznym utwierdzeniem oraz  podporą  poziomą

oraz wyznaczoną dla niego macierz sztywności. W układzie równań kanonicznych trzeba jedynie uwzględnić
inne wyrazy wolne:

{

0,84 EJ

⋅r

1

=0

0,0585 EJ

⋅r

2

=0

W celu ich wyznaczenia obliczamy kąty obrotów cięciw prętów powstałe na skutek osiadania podpór:

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

11

5.0 

3.0  

[m]   

0,006 rad 

0,03 m

0

1

2

ψ

12

(Δ)

ψ

01

(Δ)

4.0   

Rys. 5.20. Kąty obrotu cięciw prętów od osiadania podpór

012

01



4

12



0=0

01



=0

012

01



3

12



5=0,03

12



=0,006 [rad ]

oraz



=0,006 [rad ]

Obliczone wartości podstawiamy do wzorów transformacyjnych i rysujemy wykres momentów od osiadań
podpór, 

M

Δ

3·0,006·EJ 

2·0,3·0,006·EJ 

4·0,3·0,006·EJ 

r

1Δ 

r

2Δ  

5

5

5

Rys. 5.21. Wykres momentów w układzie podstawowym od osiadania podpór

a następnie, korzystając z równowagi sił w węźle oraz z zasady pracy wirtualnej określamy szukane reakcje:

r

1

=−

3
5

EJ

0,006

2
5

0,3 EJ0,006=−0,00432 EJ

r

2

⋅1

6

0,3 EJ

5

0,006

1
4

3
5

EJ

0,006

3

20

⋅1

=0

r

2

=0

Znając wartości reakcji 

r

 możemy wyznaczyć przemieszczenia węzłów z układu równań kanonicznych:

{

0,84 EJ

⋅−0,00432 EJ =0

0,0585 EJ

⋅0=0

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

12

Wynoszą one:

{

=5,14285110

3

=0

Korzystając ze wzoru superpozycyjnego możemy wyliczyć wartości momentów w układzie niewyznaczalnym
w  poszczególnych  węzłach  ramy.   Ponieważ  jedno  z  przemieszczeń  jest  równe  zero  wzór  superpozycyjny
upraszcza się:

M

n

=M

M

1

⋅

(5.7)

M

Δ

(n)

5,1429 

8,2286

·10

-4

EJ

Rys. 5.22. Wykres momentów w układzie niewyznaczalnym od osiadania podpór

Wartości   sił  tnących  wyznaczamy,  podobnie  jak  poprzednio,  analizując   oddzielnie  każdy  pręt   obciążony
wyznaczonymi momentami.

 

1,02857 

0,61714

T

Δ

(n)

+

+

·10

-4

EJ

Rys. 5.23. Wykres sił tnących w układzie niewyznaczalnym od osiadania podpór

Siłę normalną 

N

10

 wyliczymy na podstawie warunku równowagi sił w węźle 

1 (rys. 5.24).

1,0285714

0

0,617143

N

10

1

Rys. 5.24. Siły działające w węźle 1

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

13

Po zrzutowaniu wszystkich sił na kierunek pręta 

0-1 otrzymujemy:

N

10

=−1,02857sin=−0,82286 [kN ]

a normalna w przęśle 

1-2 jest, tak jak poprzednio, równa zeru.

0,822857

N

Δ

(n)

-

·10

-4

EJ

Rys. 5.25. Wykres sił normalnych w układzie niewyznaczalnym od osiadania podpór

Ponownie   jak   w   poprzednim   przypadku   w   celu   sprawdzenia   poprawności   obliczeń   dokonamy

sprawdzenia statycznego:

0,617143

0,822857

1,0285714

0

8,22857

0

Rys. 5.26. Sprawdzenie statyczne w ramie obciążonej osiadaniami podpór

Trzy równania ułożone dla części ramy obciążonej tylko siłami wewnętrznymi:

M

0

=0

8,22857

81,02857 =1,210

6

[kNm]≈0

X

=0

0,822857

cos −0,6171426sin =1,210

7

[kN ]≈0

Y

=0

0,822857

sin0,6171426cos −1,0285714=−2,410

7

[kN ]≈0

są spełnione, co świadczy o poprawności obliczeń.

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

14

5.3. Wpływ temperatury

Ponownie poddajmy analizie tę samą ramę, tym razem obciążając ją termicznie.

EJ

0,3EJ 

20˚C 

-20˚C  

40˚C   

0

1

2

3

Rys. 5.27. Rama  płaska statycznie niewyznaczalna obciążona temperaturą

Podobnie   jak   w   przypadku   osiadań,   temperatura   nie   wywoła   sił   przekrojowych   w   statycznie

wyznaczalnym pręcie 

1-3. Dlatego, aby wyznaczyć wykresy sił wewnętrznych, powstałych na skutek działania

temperatury,   ponownie  wykorzystamy   wcześniej  przyjęty   układ   podstawowy   i   związaną   z   nim  macierz
sztywności. 

EJ

0,3EJ 

20˚C 

-20˚C  

40˚C   

φ 

Δ   

Rys. 5.28. Układ podstawowy z dodatkowym wewnętrznym utwierdzeniem oraz  podporą  poziomą

Działanie temperatury należy rozdzielić na dwa przypadki: nierównomiernego i równomiernego ogrzania.

Aby wyznaczyć  reakcje  od  nierównomiernego  ogrzania  trzeba  znaleźć  zależności temperaturowe  na

poszczególnych prętach układu:

 t=

t

g

t

d

 t

01

=40 C

o

 t

12

=20 C

o

(5.8)

Dalej tworzymy wykres momentów odkładając po stronie “zimniejszej” na poszczególnych prętach momenty o

wartości  EJ

t

t

h

 dla pręta obustronnie utwierdzonego i 

3
2

EJ

t

t

h

 dla pręta z przegubem (tabela 4.1).

Zakładamy, że konstrukcja wykonana jest ze stali, dla której współczynnik rozszerzalności termicznej wynosi:

t

=1,210

5

[

1

C

o

]

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

15

0

1

2

0,3·40·EJ·α

t

1,5·20·EJ·α

t

M

Δt

r

1Δt 

r

2Δt  

-0,3·40·EJ·α

t

 

0,1

0,14

0,1

Rys. 5.29. Wykres momentów w układzie podstawowym od różnicy temperatur 

Dt

Korzystając z równowagi w węźle oraz z zasady pracy wirtualnej wyznaczamy reakcje:

r

1

 t

=

0,3

40

0,1

EJ

⋅

t

3
2

20

0,14

EJ

⋅

t

=334,285714 EJ⋅

t

r

2

t

⋅10

1
4

3
2

20

0,14

EJ

⋅

t

3

20

⋅1

=0

r

2

t

=32,142857 EJ⋅

t

Drugim   przypadkiem  obciążenia   jest   równomierne   działanie   temperatury.   Temperaturę   w   prętach

układu obliczamy jako różnicę pomiędzy temperaturą średnią i temperaturą montażu:

t

=

t

g

t

d

2

t

m

(5.9)

Przyjmując 

t

m

=10 C

o

 otrzymujemy:

EJ

0,3EJ 

t

10

=-10˚C 

2

1

0

t

12

=20˚C 

φ 

Δ   

Rys. 5.30. Układ podstawowy obciążony temperaturą t

W   celu   wyznaczenia   kątów   obrotów   cięciw   prętów   tworzymy   łańcuch   kinematyczny   uwzględniający
wydłużenia prętów na wskutek równomiernego ogrzania konstrukcji:

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

16

5.0 

3.0  

4.0   

[m]   

0

1

2

ψ

12

(t)

ψ

01

(t)

Rys. 5.31. Kąty obrotu cięciw prętów od równomiernego ogrzania

012

01

4

t

10 C

o

3

12

0

t

20 C

o

5=0

01

=−17,5⋅

t

012

01

3−

t

10 C

o

4

12

5=0

12

=2,5⋅

t

Dysponując kątami 

ik

 możemy narysować wykres momentów (rys. 5.32)

6·0,3·17,5·EJ·α

t

 

M

t

r

1t 

r

2t  

6·0,3·17,5·EJ·α

t

3·2,5·EJ·α

t

  

5

5

5

0

1

2

Rys. 5.32. Wykres momentów w układzie podstawowym od temperatury t

o

a następnie wyznaczyć reakcje powstałe przy równomiernym ogrzaniu:

r

1 t

=

6

0,317,5EJ⋅

t

5

3
5

2,5EJ⋅

t

=

6,3

1,5

EJ⋅

t

=4,8 EJ⋅

t

r

2 t

⋅126,3EJ⋅

t

1
4

1,5EJ⋅

t

3

20

=0

r

2 t

=−3,375 EJ⋅

t

Po zsumowaniu otrzymanych reakcji od 

t i Δt tworzymy układu równań kanonicznych:

{

0,84 EJ

⋅

334,285714

4,8

EJ

⋅

t

=0

0,0585 EJ

⋅

32,142857

3,375

EJ

⋅

t

=0

i wyznaczamy wartości przemieszczeń w ramie obciążonej temperaturą:

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

17

{

=−4,84408163310

3

=−5,90109890110

3

Korzystając z wzoru superpozycyjnego (5.10) wyliczamy wartości momentów w układzie niewyznaczalnym w
poszczególnych węzłach ramy.

M

T

n

=M

t

M

t

M

1

⋅M

2

⋅

(5.10)

M

10

=

4
5

0,3 EJ⋅−

6

0,3 EJ

5

4

⋅

0,3

40

0,1

EJ

⋅

t

6

0,3

5

17,5 EJ⋅

t

M

10

=−3,59876511,644016654,457520,2340198=2,73679135 [kNm]

M

01

=

2

0,3

5

EJ

⋅−

6

0,3 EJ

5

4

⋅−

0,3

40

0,1

EJ

⋅

t

6

0,3

5

17,5 EJ⋅

t

M

01

=−1,79938256 1,644016654,457520,2340198=−4,37886611 [kNm]

M

12

=

3
5

EJ

⋅

3
5

EJ

3

20

⋅

3
2

20

0,14

EJ

⋅

t

3
5

2,5 EJ⋅

t

M

12

=−8,99691281,6440166 7,95985710,055719=−2,7367913 [kNm]

M

T

(n)

-4,379

-2,737 

2,737 

[kNm]

Rys. 5.33. Wykres momentów w układzie niewyznaczalnym od temperatury

Podobnie jak poprzednio tworzymy wykres sił tnących

0,547359 

 

0,328415

T

T

(n)

+

+

[kN]

Rys. 5.34. Wykres sił tnących w układzie niewyznaczalnym

oraz sił normalnych (równoważąc węzeł 

1):

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater

background image

Część 2

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ – PRZYKŁAD LICZBOWY

18

0,5473583

0

0,32841496

N

10

1

Rys. 5.35. Siły działające w węźle 1

N

10

=−0,5473583sin =−0,43789 [kN ]

0,479867

N

t

(n)

-

[kN]

Rys. 5.36. Wykres sił normalnych w układzie niewyznaczalnym

I w tym przypadku w celu kontroli poprawności obliczeń dokonamy sprawdzenia statycznego.

0,329415

4,37887

0,547359

0

0,437887

0

Rys. 5.37. Sprawdzenie statyczne

Zapisujemy trzy równania, które powinny zapewnić statyczną niezmienność:

M

0

=0

4,37886611

80,54735826=310

8

[kNm]≈0

X

=0

0,437886611

cos −0,32841495sin =610

9

[kN ]≈0

Y

=0

0,437886611

sin 0,32841495cos −0,54735826 =−210

9

[kN ]≈0

Jak   widać  wszystkie  sprawdzenia  są   spełnione,  co  świadczy  o  poprawności  obliczeń  w  przyjętym

algorytmie rozwiązywania zadań metodą przemieszczeń.

Dobra D., Dziakiewicz Ł., Jambrożek S., Komosa M., Mikołajczak E., Przybylska P., Sysak A., Wdowska A. 

AlmaMater