background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

OBLICZENIE PRZEMIESZCZEŃ W KRATOWNICY PŁASKIEJ 

 

1

 

DANE WYJŚCIOWE DO OBLICZEŃ 

 
Dana jest kratownica jak na rysunku. 

Zaprojektować wstępnie 

przekroje prętów i obliczyć 
zaznaczone przemieszczenia.  

W obliczeniach potraktować 

dane wartości obciążenia siłami jako 
charakterystyczne, przyjąć średni 
współczynnik obciążenia 

2

.

1

=

f

γ

wytrzymałość obliczeniową stali 

MPa

f

d

215

=

 i współczynnik 

sprężystości podłużnej 

GPa

E

205

=

.    

 
2

 

SZUKANE 

Szukane są przemieszczenia: 

+



=

p

p

F

F

L

EA

N

N

1

1

s

s

F

s

s

k

S

S

1

+



=

p

p

F

F

L

EA

N

N

2

2

s

s

F

s

s

k

S

S

2

 

Jak widać z powyższych wzorów, aby obliczyć szukane przemieszczenia należy rozwiązać kratownicę 
od obciążenia danego F (

F

,

F

),  

od obciążenia 

1

1

=

P

 przyłożonego w miejscu i kierunku 1 (

1

,

1

)   

oraz od obciążenia 

1

2

=

P

 przyłożonego w miejscu i kierunku 2 (

2

,

2

). 

 
3

 

ROZWIĄZANIE KRATOWNICY OD OBCIĄŻENIA DANEGO (F). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1

 

WYZNACZENIE REAKCJI PODPÓR 

=

+

=

0

3

4

3

sin

8

cos

2

1

4

4

1

m

F

m

F

m

R

m

R

M

α

α

     ⇒  

0

3

10

4

50

3

7071

.

0

8

7071

.

0

4

4

=

+

m

kN

m

kN

m

R

m

R

  ⇒  

kN

R

856

.

21

4

=

kN

R

455

.

15

sin

4

=

α

kN

R

455

.

15

cos

4

=

α

 

=

+

+

=

0

sin

4

2

1

α

R

F

H

X

 

⇒  

0

455

.

15

10

1

=

+

+

kN

kN

H

       ⇒        

kN

H

455

.

25

1

=

=

+

=

0

cos

4

1

1

α

R

F

V

Y

       ⇒  

0

455

.

15

50

1

=

+

kN

kN

V

      ⇒        

kN

V

545

.

34

1

=

 

1

2

3

4

4,00m

4,00m

F

2

=10,00kN

α

3

,0

0

m

sin

α

=0.7071

cos

α

=0.7071

β

β

sin

β

=0.6000

cos

β

=0.8000

x

y

R

4

F

1

=50,00kN

H

1

V

1

1

2

3

4

α=45

ο

1

2

=10,00kN

F

2

=50,00kN

F

1

4,00m

4,00m

3

,0

0

m

m

EA

k

s

8

34

=

background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

2

3.2

 

OBLICZENIE WARTOŚCI SIŁ OSIOWYCH Z RÓWNAŃ RÓWNOWAGI WĘZŁÓW I 

KONTROLA RÓWNAŃ RÓWNOWAGI 

 
Siła w więzi sprężystej  

kN

R

S

F

s

856

.

21

4

=

=

 

 
Węzeł 1
  

=

+

=

0

sin

13

1

β

N

V

Y

    

⇒   

    

0

6

.

0

545

.

34

13

=

+

N

kN

 

 

⇒         

kN

N

576

.

57

13

=

 

=

+

+

=

0

cos

13

12

1

β

N

N

H

X

  ⇒   

0

8

.

0

576

.

57

455

.

25

12

=

+

+

kN

N

kN

  

⇒  

kN

N

606

.

20

12

=

Węzeł 2 

 

=

+

=

0

cos

24

12

β

N

N

X

 

⇒  

 

     

0

8

.

0

606

.

20

24

=

+

N

kN

  

 

⇒  

kN

N

758

.

25

24

=

,   

=

+

+

=

0

sin

1

24

23

F

N

N

Y

β

 

⇒  

 

           

0

50

6

.

0

758

.

25

23

=

+

kN

kN

N

 

⇒  

kN

N

545

.

34

23

=

 

Węzeł 3      

=

+

+

=

0

cos

2

34

13

F

N

N

X

β

       ⇒  

     

0

10

8

.

0

576

.

57

34

=

+

+

kN

N

kN

 

⇒  

kN

N

061

.

36

34

=

(

)

=

+

=

=

0

545

.

34

6

.

0

576

.

57

sin

23

13

kN

N

N

Y

β

       (kontrola) 

 
 
 

Węzeł 4      

(

)

0

455

.

15

8

.

0

758

.

25

061

.

36

         

sin

cos

24

34

=

+

+

=

=

=

kN

S

N

N

X

s

α

β

 

 

(kontrola), 

(

)

0

455

.

15

6

.

0

758

.

25

cos

sin

24

=

+

=

=

+

=

kN

S

N

Y

s

α

β

 

 

 

 

(kontrola). 

 

 

 

 

3.3

 

ZESTAWIENIE WYNIKÓW 

ROZWIĄZANIA   

 
Uwaga:
  
Wszystkim wielkościom z tego rozwiązania 
przypisujemy indeks górny F, gdyż zostały 
wywołane obciążeniem oznaczonym 
symbolem F. 
 

 

4

 

ROZWIĄZANIE KRATOWNICY OD 
OBCIĄŻENIA  P

1

 = 1. 

W celu wyznaczenia przesunięcia węzła 3 (w 
temacie kierunek nr 1 zaznaczony linią 
przerywaną) niezbędne jest rozwiązanie 
kratownicy od obciążenia siłą jednostkową 
przyłożoną w miejscu i kierunku szukanego 
przemieszczenia.   

1

V

1

N

12

N

13

x

y

H

1

2

F

1

=50,00kN

N

2

3

N

12

N

24

x

y

3

F

2

=10,00kN

N

34

N

2

3

N

13

x

y

4

N

24

N

34

x

y

S

s

1

2

3

4

=

3

4

,5

4

5

k

N

= -25,455kN

-20,606kN

36,061kN

57

,57

6k

N

-25

.75

8k

N

-3

4

,5

4

5

k

N

F

2

=10,00kN

=-21,856kN

S

F

=21,856kN

R

4

N

F

H

1

F

V

1

F

s

F

1

=50,00kN

F

2

3

4

4,00m

4,00m

P1=1

α

3

,0

0

m

sin

α

=0.7071

cos

α

=0.7071

β

β

sin

β

=0.6000

cos

β

=0.8000

x

y

R

4

H

1

V

1

background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

4.1

 

WYZNACZENIE REAKCJI PODPÓR. 

=

+

=

0

4

3

sin

8

cos

1

4

4

1

m

P

m

R

m

R

M

α

α

     

⇒  

0

4

1

3

7071

.

0

8

7071

.

0

4

4

=

+

m

m

R

m

R

 

 

⇒  

514

.

0

4

=

R

3635

.

0

sin

4

=

α

R

3635

.

0

cos

4

=

α

R

 

=

+

=

0

sin

4

1

α

R

H

X

   

⇒  

0

3635

.

0

1

=

+

H

 

    

⇒        

364

.

0

1

=

H

=

+

=

0

cos

4

1

1

α

R

F

V

Y

       ⇒  

0

3635

.

0

1

1

=

+

V

      

⇒        

636

.

0

1

=

V

 
4.2

 

OBLICZENIE WARTOŚCI SIŁ OSIOWYCH Z RÓWNAŃ RÓWNOWAGI WĘZŁÓW I 

KONTROLA RÓWNAŃ RÓWNOWAGI 

Siła w więzi sprężystej  

514

.

0

4

1

=

=

R

S

s

 

 Węzeł 1  

=

+

=

0

sin

13

1

β

N

V

Y

    

⇒   

      

0

6

.

0

636

.

0

13

=

+

N

 

 

 

⇒         

061

.

1

13

=

N

=

+

+

=

0

cos

13

12

1

β

N

N

H

X

  ⇒   

        

0

8

.

0

061

.

1

364

.

0

12

=

+

+

N

    

⇒  

485

.

0

12

=

N

Węzeł 2 

 

=

+

=

0

cos

24

12

β

N

N

X

 

⇒  

 

0

8

.

0

485

.

0

24

=

+

N

   

 

⇒  

606

.

0

24

=

N

 

=

+

=

0

sin

24

23

β

N

N

Y

   

⇒  

 

0

6

.

0

606

.

0

23

=

N

   

 

⇒  

364

.

0

23

=

N

Węzeł 3      

=

+

=

0

cos

34

13

N

N

X

β

   

⇒   

0

8

.

0

061

.

1

34

=

+

N

  

    

⇒   

848

.

0

34

=

N

=

+

=

+

=

0

1

364

.

0

6

.

0

061

.

1

sin

1

23

13

P

N

N

Y

β

   

(kontrola) 

 
 
 

Węzeł 4      

0

3635

.

0

8

.

0

606

.

0

848

.

0

sin

cos

24

34

=

+

+

=

=

α

β

s

S

N

N

X

 

 

 

           

 

 

 

 

 

(kontrola), 

=

=

+

=

0

3635

.

0

6

.

0

606

.

0

cos

sin

24

α

β

s

S

N

Y

           (kontrola). 

 

 

 

 
 

 
4.3

 

ZESTAWIENIE WYNIKÓW ROZWIĄZANIA   

 
Uwaga:
  
Wszystkim wielkościom z tego rozwiązania 
przypisujemy indeks górny 1, gdyż zostały 
wywołane obciążeniem oznaczonym numerem 1.   

 
 
 
 

 

1

N

12

N

13

x

y

H

1

1

V

2

N

2

3

N

12

N

24

x

y

3

P

1

=1

N

34

N

2

3

N

13

x

y

4

N

24

N

34

x

y

S

s

1

2

3

4

=

0

,6

3

6

=-0,364

-0,485

0,848

1,0

61

-0,

60

6

0

,3

6

4

N

1

H

1

1

V

1

1

R

4

=0,514

1

P1=1

S

1

= -0.514

s

background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

4

5

 

ROZWIĄZANIE KRATOWNICY OD OBCIĄŻENIA  P

2

 = 1. 

 

W celu wyznaczenia kąta obrotu 

pręta 2-4 (w temacie kierunek nr 2 
zaznaczony łukiem z linii przerywanej) 
niezbędne jest rozwiązanie kratownicy 
od obciążenia jednostkowym momentem 
reprezentowanym tu parą sił 
prostopadłych do tego pręta i 
przyłożonych do węzłów stanowiących 
końce tego pręta. Wartość każdej z sił 
jest równa momentowi jednostkowemu 
podzielonemu przez długość tego pręta 

m

m

/

2

.

0

)

5

/(

1

=

5.1

 

WYZNACZENIE REAKCJI PODPÓR 

=

+

=

0

3

sin

8

cos

2

4

4

1

P

m

R

m

R

M

α

α

      

⇒  

0

1

3

7071

.

0

8

7071

.

0

4

4

=

+

m

R

m

R

   

 

⇒  

m

R

/

129

.

0

4

=

m

R

/

0912

.

0

sin

4

=

α

m

R

/

0912

.

0

cos

4

=

α

 

=

+

=

0

sin

4

1

α

R

H

X

 

⇒  

0

/

0912

.

0

1

=

+

m

H

      

⇒        

m

H

/

0912

.

0

1

=

=

=

0

cos

4

1

α

R

V

Y

     ⇒  

0

/

0912

.

0

1

=

m

V

      

⇒        

.

/

0912

.

0

1

m

V

=

 

 
5.2

 

OBLICZENIE WARTOŚCI SIŁ OSIOWYCH Z RÓWNAŃ RÓWNOWAGI WĘZŁÓW I 

KONTROLA RÓWNAŃ RÓWNOWAGI 

Siła w więzi sprężystej  

m

R

S

s

/

129

.

0

4

2

=

=

 

 

Węzeł 1  

=

+

=

0

sin

13

1

β

N

V

Y

    

⇒   

      

0

6

.

0

/

0912

.

0

13

=

+

+

N

m

 

 

⇒         

m

N

/

152

.

0

13

=

=

+

+

=

0

cos

13

12

1

β

N

N

H

X

  ⇒   

        

0

8

.

0

/

152

.

0

0912

.

0

12

=

+

m

N

  

⇒  

m

N

/

212

.

0

12

=

Węzeł 2 

 

=

+

+

=

0

sin

5

/

cos

2

24

12

β

β

m

P

N

N

X

 

⇒  

 

0

6

.

0

/

2

.

0

8

.

0

/

212

.

0

24

=

+

+

m

N

m

 

           ⇒    

m

N

/

115

.

0

24

=

=

+

=

0

cos

5

/

2

sin

24

23

β

β

m

P

N

N

Y

 

⇒  

 

0

8

.

0

/

2

.

0

6

.

0

115

.

0

23

=

+

m

N

   

           ⇒    

m

N

/

091

.

0

23

=

Węzeł 3      

=

+

=

0

cos

34

13

N

N

X

β

   

⇒   

0

8

.

0

152

.

0

34

=

+

+

N

  

 

⇒   

121

.

0

34

=

N

 

=

+

=

=

0

091

.

0

6

.

0

152

.

0

sin

23

13

N

N

Y

β

   

(kontrola) 

 

Węzeł 4      

0

6

.

0

/

2

.

0

/

0912

.

0

8

.

0

115

.

0

/

121

.

0

sin

/

2

.

0

sin

cos

24

34

=

+

+

=

=

=

m

m

m

m

S

N

N

X

s

β

α

β

 

        (kontrola), 

 

0

8

.

0

/

2

.

0

/

0912

.

0

6

.

0

/

115

.

0

cos

/

2

.

0

cos

sin

24

=

+

=

=

+

+

=

m

m

m

m

S

N

Y

s

β

α

β

             (kontrola). 

 

 

 

 

H

1

1

V

1

N

12

N

13

x

y

2

N

2

3

N

12

N

24

x

y

0,20/m

3

N

34

N

2

3

N

13

x

y

4

N

24

N

34

x

y

0,20/m

S

s

0,20/m

1

2

3

4

4,00m

4,00m

α

3

,0

0

m

β

β

90.0°

90.0°

x

y

H

1

V

1

0,20/m

sin

α

=0.7071

cos

α

=0.7071

sin

β

=0.6

cos

β

=0.8

R

4

background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

5.3

 

ZESTAWIENIE WYNIKÓW ROZWIĄZANIA   

 
Uwaga:
  
Wszystkim wielkościom z tego 
rozwiązania przypisujemy indeks 
górny 2, gdyż zostały wywołane 
obciążeniem oznaczonym numerem 2   

 

 
 
 
 
6

 

PROJEKTOWANIE WSTĘPNE PRZEKROJÓW PRĘTÓW 

 
Przyjęto 2 grupy prętów jak na szkicu obok 
 
Pręty 1-2 i 2-4 

Obydwa pręty są ściskane. Wartość największej siły 

ś

ciskającej wynosi 

25.758 kN. 

Przyjęto wstępnie współczynnik wyboczeniowy
 

65

.

0

=

ϕ

.  

Potrzebne pole przekroju 

2

2

2

211

.

2

0002211

.

0

65

.

0

/

215000

2

.

1

758

.

25

max

cm

m

m

kN

kN

f

N

A

d

f

=

=

=

ϕ

γ

 

Przyjęto rurę 

Φ

 26.9 x 3.2 

⇒   

2

2

1

211

.

2

38

.

2

cm

cm

A

>

=

 

kN

m

m

kN

EA

48790

000238

.

0

/

205000000

2

2

1

=

=

 

Pręty 1-3, 2-3 i 3-4 

Pręty 1-3 i 3-4 są rozciągane. Maksymalna wartość siły rozciągającej wynosi 

57.576 kN. 

Potrzebne pole przekroju 

2

2

2

214

.

3

0003214

.

0

/

215000

2

.

1

576

.

57

max

cm

m

m

kN

kN

f

N

A

d

f

=

=

=

γ

 

Pręt 2-3 jest ściskany. Wartość siły ściskającej wynosi 

 

34.545 kN. 

Przyjęto wstępnie współczynnik wyboczeniowy 

 

 

65

.

0

=

ϕ

.  

Potrzebne pole przekroju 

2

2

2

966

.

2

0002966

.

0

65

.

0

/

215000

2

.

1

545

.

34

max

cm

m

m

kN

kN

f

N

A

d

f

=

=

=

ϕ

γ

 

Przyjęto rurę 

Φ

 31.8 x 4 

⇒  

2

2

2

2

966

.

2

214

.

3

49

.

3

cm

cm

cm

A

>

>

=

 

kN

m

m

kN

EA

71545

000349

.

0

/

205000000

2

2

2

=

=

 

Sztywność więzi sprężystej 

Sztywność więzi sprężystej wynosi    

 

m

EA

k

s

8

34

=

m

EA

8

2

=

=

m

kN

8

71545

=

m

kN

8943

 

 
 
 
 
 
 

1

2

3

4

=

 -

 0

,0

9

1

/m

=-0,091/m

-0.212/m

-0.121/m

-0

.15

2/m

0.1

15

/m

0

.0

9

1

/m

N

2

=0,129/m

S

2

= -0.129/m

R

4

2

s

H

1

2

V

1

2

0,20/m

0,20/m

1

2

3

4

A

1

A

1

A

2

A

2

A

2

background image

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ - kratownica 1 – obciążenie siłami  

   – 07.10.14 

 

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

 

 

6

7

 

OBLICZENIE SZUKANYCH PRZEMIESZCZEŃ. 

 

Przemieszczenia obliczono w tabeli poniżej na podstawie wzorów przedstawionych w punkcie 2. 
 

EA 

L

k

s

N

F

N

1

N

2

kN

m

kN/m

kN

1

1/m

m

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1-2

48 790

4.00

-

-20.606

-0.485

0.212

0.00082

-0.00036

2-4

48 790

5.00

-

-25.758

-0.606

0.115

0.00160

-0.00030

1-3

71 545

5.00

-

57.576

1.061

-0.152

0.00427

-0.00061

2-3

71 545

3.00

-

-34.545

0.364

0.091

-0.00053

-0.00013

3-4

71 545

4.00

-

36.061

0.848

-0.121

0.00171

-0.00024

k

s

S

F

S

1

S

2

Więź sprężysta

-

-

8 943

-21.856

-0.514

-0.129

0.00126

0.00032

SUMA

0.00913

-0.00133

Oznaczenie 

pręta

p

F

L

E A

N

N



1

p

F

L

EA

N

N



2

s

F

k

S

S





1

s

F

k

S

S





2

F

1

F

2

Określenie wymiarów szukanych wielkości 

[

]

m

m

kN

kN

L

EA

N

N

N

F

F

=

=

=

1

]

[

]

[

]

[

]

[

)

(

1

1

,       

[

]

1

/

1

]

[

]

[

]

[

]

[

)

(

2

2

=

=

=

m

kN

kN

m

L

EA

N

N

N

F

F

 

Wartości przemieszczeń wynoszą:  
Składowa pionowa przesunięcia węzła nr 3 
           

cm

m

F

913

.

0

00913

.

0

1

=

=

 

Kąt obrotu pręta 2-4    

 

o

o

F

rad

0762

.

0

180

00133

.

0

00133

.

0

00133

.

0

2

=

=

=

=

π

 

Minus oznacza, że zwrot szukanego przemieszczenia jest przeciwny niż zwrot założonego obciążenia 
jednostkowego.