background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 1 

 

Politechnika Poznańska                                          Projekt wykonał: Krzysztof  Wójtowicz 
Instytut Konstrukcji Budowlanych                    Konsultacje: dr inż. Przemysław  Litewka 
Zakład Mechaniki Budowli 
 

 
 

 

Obliczenie Ramy Metodą Przemieszczeń

 

 
 
 

 

 
 

 
 

Zakładamy przekroje dwuteowe: 
I1- I220  -I1=3060 cm

4

 

I2- I240  -I2=4250 cm

1,389I1

I2

1,389

3060

4250

I1

I2

=

=

=

 

α

t

=1,2·10

-5

 1/

o

EI

1

=6273kNm

2

 

 

 
 
 
 
 
 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 2 

 

Układ podstawowy 

 
 

 

 

 

SGN=3 

 
 
 
 
 

Ponieważ układ podstawowy jest identyczny jak dla ramy obliczonej dla sił zewnętrznych 
reakcje r

ik 

pozostają takie same pozostaje tylko obliczyć r

it.

 

 
Obliczamy momenty od nierównomiernego ogrzania korzystając z wzorów  
 
 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
EI

1

·

α

t

=6273·1,2·10

-5

=0,075276 kNm

2

/

o

 

kNm

kNm

t

t

2649

,

10

22

,

0

30

075276

,

0

M

2649

,

10

22

,

0

30

075276

,

0

M

10

01

=

=

=

=

 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

=

=

=

0

r

z3

r

z2

r

z1

r

0

r

z3

r

z2

r

z1

r

0

r

z3

r

z2

r

z1

r

0

R3

0

R2

0

R1

3

33

32

31

2

23

22

21

1

13

12

11

t

t

t

α

α ∆

α ∆

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 3 

 

kNm

kNm

kNm

kNm

kNm

kNm

t

t

t

t

t

t

4216

,

3

22

,

0

10

075276

,

0

M

4216

,

3

22

,

0

10

075276

,

0

M

5298

,

20

22

,

0

40

075276

,

0

2

3

M

1396

,

26

24

,

0

40

075276

,

0

389

,

1

2

3

M

0698

,

13

24

,

0

30

075276

,

0

389

,

1

M

0698

,

13

24

,

0

30

075276

,

0

389

,

1

M

25

52

43

23

21

12

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 

 
Równomierne ogrzanie powoduje wydłużenie (skrócenie) prętów co powoduje powstawanie 
kątów 

Ψ

. Korzystając z łańcucha kinematycznego obliczymy kąty 

Ψ

, a następnie korzystając 

z wzorów transformacyjnych obliczamy momenty. 
 

 

Łańcuch kinematyczny 

α

t

=1,2·10

-5

 1/

o

 
Obliczanie kątów 

Ψ

 

 
43

 523

 

        5234

 

0+

Ψ

43

·

4,0=0 

Ψ

52

·

4,0-

α

t

·

6,0·20=0 0+

Ψ

52

·

0+

Ψ

23

·

6,0+

Ψ

34

·

0+

α

t

·4

,0·5-

α

t

·4

,0·20=0 

Ψ

43

=0 

Ψ

52

=0,00036rad                 

Ψ

23

=0,00012rad 

 
 
0125

 

0+

Ψ

01

·

0+

Ψ

12

·

4,0+

Ψ

25

·

0+

α

t

·

3,0·25+

α

t

·1

,0·25-

α

t

·

4,0·5=0 

Ψ

12

= -0,00024rad 

 
0123

 

0+

Ψ

01

·

3,0+

Ψ

12

·

1,0+

Ψ

23

·

0-

α

t

·

4,0·25-

α

t

·

6,0·20=0 

Ψ

01

=0,00096rad 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 4 

 

 
Obliczanie momentów 

kNm

M

t

t

0442

,

12

)

00096

,

0

3

(

3

6273

2

M

0

0

10

01

=

=

=

 

kNm

kNm

kNm

kNm

t

t

t

t

t

t

3874

,

3

)

00036

,

0

3

(

4

6273

2

M

M

0

)

0

(0

4

6273

3

M

5228

,

0

)

00012

,

0

(0

6

6273

1,389

3

M

0432

,

3

))

00024

,

0

(

3

(

4,123

6273

1,389

2

M

M

0

0

0

0

0

0

25

52

43

23

21

12

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 

 
 
 

Korzystając z zasady superpozycji obliczamy M

 

0

t

∆t

t

M

M

M

+

=

 

 
 
 
 
 

kNm

kNm

t

t

7793

,

1

M

3091

,

22

M

10

01

=

=

 

kNm

kNm

kNm

kNm

kNm

kNm

t

t

t

t

t

t

0342

,

0

M

809

,

6

M

5298

,

20

M

6624

,

26

M

113

,

16

M

0266

,

10

M

25

52

43

23

21

12

=

=

=

=

=

=

 

 
 

Z równowagi węzłów otrzymujemy 

 

r

1t

+10,0266+1,7793=0            r

2t

+26,6624-16,113-0,0342=0 

                               r

1t

= -11,8059kNm 

                  r

2t

= -10,5152kNm 

 

 

Korzystając z pracy wirtualnej obliczamy r

3t 

Ψ=0,3333

Ψ=0,25

Ψ=0,25

_

_

_

_

− −

 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 5 

 

kN

r

r

t

t

5899

,

4

0

25

,

0

5298

,

20

25

,

0

)

0342

,

0

809

,

6

(

3333

,

0

)

7793

,

1

3091

,

22

(

1

3

_____

_____

________

_

3

=

=

+

+

+

+

 

 

Podstawiamy do równań kanonicznych 

=

+

+

=

+

=

+

0

5899

,

4

6787

,

0

375

,

0

6666

,

0

0

5152

,

10

375

,

0

0425

,

3

6738

,

0

0

8059

,

11

6666

,

0

6738

,

0

681

,

2

3

1

2

1

1

1

3

1

2

1

1

1

3

1

2

1

1

1

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

 

 

=

=

=

2279

,

2

4662

,

2

2298

,

3

1

3

1

2

1

1

EI

z

EI

z

EI

z

 

 
Podstawiając wartości do równań momentowych(wzory transformacyjne), uwzględniając 
momenty od temperatury otrzymujemy. 

kNm

0111

,

4

7793

,

1

)

2279

,

2

(

0,6666

2298

,

3

1,333

M

6707

,

18

3091

,

22

)

2279

,

2

(

0,6666

2298

,

3

0,6667

M

10

01

=

=

=

=

kNm

 

kNm

3359

,

3

0342

,

0

)

2279

,

2

(

0,3750

4662

,

2

1

M

kNm

7404

,

4

809

,

6

)

2279

,

2

(

375

,

0

4662

,

2

5

,

0

M

9475

,

20

5298

,

20

)

2279

,

2

(

0,1875

M

9496

,

24

6624

,

26

4662

,

2

0,6945

M

6137

,

21

113

,

16

2298

,

3

0,6738

4662

,

2

1,348

M

0111

,

4

0266

,

10

4662

,

2

0,6738

2298

,

3

1,348

M

25

52

43

23

21

12

=

+

=

=

=

=

+

=

=

=

=

+

+

=

=

+

=

kNm

kNm

kNm

kNm

 

 
 
 

 

 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 6 

 

 
 
 
 
 

Kontrola kinematyczna 

 

 

∑∫

∑∫

∑∫

=

+

+

=

0

dx

h

∆t

α

M

dx

t

α

N

dx

EI

M

M

0

H

t

_

0

t

_

_

A

 

m

0

01827

,

0

01827

,

0

)

5455

,

1454

1200

5125

,

1391

6364

,

613

32

120

9975

,

109

30

(

10

2

,

1

)

72

,

111

2189

,

86

0876

,

56

9845

,

43

0394

,

40

(

6273

1

22

,

0

40

4

4

2

1

24

,

0

40

6

4

,

2

2

1

24

,

0

30

123

,

4

4

,

5

2

1

22

,

0

30

3

3

2

1

)

20

(

4

4

,

0

)

20

(

6

)

1

(

)

25

(

123

,

4

)

06716

,

1

(

)

25

(

3

)

4

,

0

(

10

2

,

1

9475

,

20

3

2

4

4

2

1

9496

,

24

3

2

6

4

,

2

2

1

389

,

1

1

0111

,

4

3

1

6137

,

21

3

2

123

,

4

4

,

2

2

1

389

,

1

1

6137

,

21

3

1

0111

,

4

3

2

123

,

4

3

2

1

389

,

1

1

6707

,

18

3

1

0111

,

4

3

2

3

3

2

1

6273

1

5

5

=

=

+

+

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+

+



+

+

+

+

+

+

 

 
 

 
 
 
 
 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 7 

 

 
 
 

Obliczenie sił tnących 

 

(

siły tnące obliczamy z sumy momentów, dlatego siły normalne pomijamy na rysunkach gdyż 

nie wchodzą one do równań momentowych)

 

 
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

        

kN

T

T

T

M

8865

,

4

0

6707

,

18

0111

,

4

3

:

01

10

10

0

=

=

=

+

                 

kN

T

T

T

M

2694

,

4

0

0111

,

4

6137

,

21

123

,

4

:

12

21

21

1

=

=

=

+

 

 
 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

      

kN

T

T

T

M

1583

,

4

0

9496

,

24

0

,

6

:

23

32

32

2

=

=

=

                                             

kN

T

T

T

M

2369

,

5

0

9475

,

20

0

,

4

:

43

34

43

3

=

=

=

+

            

                                                                                                   
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
  
 

      

kN

T

T

T

M

3511

,

0

0

7404

,

4

3359

,

3

4

:

52

25

25

5

=

=

=

+

 

 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 8 

 

 
 

Obliczenie sił normalnych 

(siły normalne obliczamy z sumy na poszczególne osie dlatego momenty pomijamy na rysunkach gdyż 

nie wchodzą one w skład równań)

 

 
 

 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 

                                                         sin

α

=0,24254   cos

α

=0,97014 

     N

23

=N

32

= -5,2369kN 

Σ

X: -4,8865-4,2694·0,24254+N

12

·

0,97014=0 

     N

43

=N

34

=4,1583kN                                                  N

12

=N

21

=6,1043kN 

 

Σ

Y: -N

10

+6,1043·0,24254+4,2694·0,97014=0  

 

N

10

=N

01

=5,6225kN 

 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Σ

Y: -N

25

-4,15838-4,2694·0,97014-6,1043·0,24254=0 

 

N

25

=N

52

= -9,7808kN 

 
 

Ν

32

Ν

4,1583

−5,2369

α

4,8865

−4,2694

α

25

Ν

6,1043

−5,2369

−4,2694

4,1583

0,3511

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 9 

 

 

 

 

 

Kontrola statyczna 

 
 

 

Σ

X: -4,8865-0,3511+5,2369=0,0007kN 

%

01

,

0

%

100

2369

,

5

0007

,

0

=

 

 

Σ

Y: 9,7808-5,6225-4,1583=0kN 

background image

Krzysztof Wójtowicz 

Strona 10 

 

 

Σ

M

A

:  -18,6707-4,7404+20,9475-5,6225·4+4,8865·4+0,3511·4-5,2369·4+4,1583·6= 

-18,6707-4,7404+20,9475-22,49+19,546+1,4044-20,9476+24,9498= -0,001kNm 

           

%

004

,

0

%

100

9498

,

24

001

,

0

=