MO

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH – ZADANIE 7

1

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH –

ZADANIE 7

Z4/7.1. Zadanie 7

Narysować metodą ogólną wykresy sił przekrojowych dla belki prostej przedstawionej na rysunku Z4/7.1. Wymiary belki podane są w metrach.

15,0 kN/m

18,0 kNm

A

B

C

3,0

1,5

[m]

Rys. Z4/7.1. Belka prosta

Z4/7.2. Analiza kinematyczna belki

Rysunek Z4/7.2 przedstawia belkę prostą traktowaną w analizie kinematycznej jako płaską tarczę sztywną.

A

B

C

I

1

2

3

Rys. Z4/7.2. Belka prosta jako płaska tarcza sztywna

Jak widać na rysunku Z4/7.2 tarcza sztywna posiada trzy stopnie swobody. Tarcza ta jest podparta trzema prętami podporowymi 1, 2 i 3. Wszystkie te więzy odbierają razem trzy stopnie swobody. Został

więc spełniony warunek konieczny geometrycznej niezmienności (1.4). Belka może więc być układem geometrycznie niezmiennym i statycznie wyznaczalnym.

Tarcza numer I jest podparta trzema prętami podporowymi numer 1, 2 i 3, których kierunki nie przecinają się w jednym punkcie. Został więc spełniony także i warunek dostateczny geometrycznej niezmienności dla tej tarczy sztywnej. Jest więc ona geometrycznie niezmienna i statycznie wyznaczalana.

Z4/7.3. Wyznaczenie reakcji podporowych

Aby wyznaczyć wartości i zwroty reakcji podporowych musimy najpierw przyjąć ich dodatnie zwroty.

Rysunek Z4/7.3 przedstawia założone zwroty reakcji we wszystkich podporach belki.

Poziomą reakcję na podporze A wyznaczymy z równania sumy rzutów wszystkich sił działających na belkę na oś poziomą X.

 X = H =0

A

.

(Z4/7.1)

H A=0,0 kN

Dr inż. Janusz Dębiński

Zaoczni

MO

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH – ZADANIE 7

2

15,0 kN/m

18,0 kNm

HA A

B

Y

C

X

VA

VB

[m]

3,0

1,5

Rys. Z4/7.3. Założone zwroty reakcji podporowych

Pionową reakcję na podporze A otrzymamy z równania sumy momentów wszystkich sił działających na belkę względem punktu B.

1

 M B= V A⋅3,0−15,0⋅3,0⋅ ⋅3,0−18,0=0

2

.

(Z4/7.2)

V A=28,5 kN

Reakcja ma więc zwrot zgodny z założonym.

Pionową reakcję na podporze B otrzymamy z równania sumy momentów wszystkich sił działających na belkę względem punktu A.

1

 M A=− V B⋅3,015,0⋅3,0⋅ ⋅3,0−18,0=0

2

.

(Z4/7.3)

V B=16,5 ,0 kN

Reakcja ma więc zwrot zgodny z założonym.

W celu sprawdzenia obliczeń reakcji pionowych zastosujemy równanie sumy rzutów wszystkich sił

działających na belkę na oś pionową Y.

 Y = V  V −15,0⋅3,0=28,516,5−45,0=0

A

B

.

(Z4/7.4)

Możemy więc stwierdzić, że pionowe reakcje działające na belkę zostały obliczone poprawnie i znajdują się w równowadze.

Rysunek Z4/7.4 przedstawia prawidłowe wartości i zwroty reakcji we wszystkich podporach danej belki.

15,0 kN/m

18,0 kNm

A

B

C

28,5 kN

16,5 kN

[m]

3,0

1,5

Rys. Z4/7.4. Prawidłowe wartości i zwroty reakcji we wszystkich podporach belki prostej Dr inż. Janusz Dębiński

Zaoczni

MO

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH – ZADANIE 7

3

Z4/7.4. Funkcje sił przekrojowych w przedziale AB

Rysunek Z4/7.5 przedstawia siły działające na odciętą część belki w przedziale AB. Na rysunku tym są zaznaczone dodatnie siły przekrojowe.

15,0 kN/m

A

N(x)

X

T(x)

M(x)

28,5 kN

x

Rys. Z4/7.5. Siły działające w przedziale AB

W dalszej części przy wyznaczaniu postaci funkcji siły normalnej lub poprzecznej oraz momentu zginającego będziemy korzystali z następujących zasad:

•

siły, które działają zgodnie z dodatnim zwrotem siły normalnej lub poprzecznej będziemy zapisywać z minusem

•

siły, które działają przeciwnie do dodatniego zwrotu siły normalnej lub poprzecznej będziemy zapisywać z plusem

•

siły i momenty skupione, które kręcą zgodnie z dodatnim zwrotem momentu zginającego będziemy zapisywać z minusem

•

siły i momenty skupione, które kręcą przeciwnie do dodatniego zwrotu momentu zginającego będziemy zapisywać z plusem.

Funkcja obciążenia ciągłego równomiernie rozłożonego prostopadłego do osi belki będzie miała postać

kN

q x=15,0

.

(Z4/7.5)

m

Jak widać na rysunku Z4/7.5 funkcja siły normalnej jest równa zero. Siłę poprzeczną wyznaczymy z równania sumy rzutów wszystkich sił działających na odciętą część belki na kierunek tej siły. Funkcja ta ma postać

T  x=28,5−15,0⋅ x .

(Z4/7.6)

Siła poprzeczna jest funkcją liniową i aby ją jednoznacznie narysować należy wyznaczyć jej wartości na obu końcach przedziału. Wartości te wynoszą

T 0,0=28,5 kN

.

(Z4/7.7)

T 3,0=28,5−15,0⋅3,0=−16,5 kN

Siła poprzeczna ma na obu końcach przedziału AB wartości różnych znaków. Będzie ona miała więc miejsce zerowe w tym przedziale. Znajduje się ono

Dr inż. Janusz Dębiński

Zaoczni

MO

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH – ZADANIE 7

4

28,5−15,0⋅ x 0=0

(Z4/7.8)

x 0=1,9 m

od początku przedziału AB czyli od punktu A.

Moment zginający wyznaczymy z równania sumy momentów wszystkich sił działających na odciętą część belki względem punktu, w którym wyznaczamy moment zginający.

x

M  x=28,5⋅ x−15,0⋅ x⋅ =−7,5⋅ x 228,5⋅ x .

(Z4/7.9)

2

Funkcja momentu zginającego jest funkcją kwadratową i aby ją jednoznacznie narysować musimy wyznaczyć jej wartości w trzech punktach. Wynoszą one

M 0,0=0,0 kNm

M 1,9=−7,5⋅1,9228,5⋅1,9=27,08 kNm .

(Z4/7.10)

M 3,0=−7,5⋅3,0228,5⋅3,0=18,0 kNm

Oś X układu współrzędnych jest skierowana w prawo, zastosujemy więc różniczkowe równania równowagi (4.20) i (4.21). Równania te mają postać

dT  x =−15,0=− q x ,

(Z4/7.11)

dx

dM  x=28,5−15,0⋅ x= T  x .

(Z4/7.12)

dx

Jak więc widać oba różniczkowe równania równowagi zostały spełnione.

Wykresy funkcji siły poprzecznej i momentu zginającego w przedziale AB przedstawia rysunek Z4/7.7. Są to także i ostateczne wykresy tych sił przekrojowych.

Z4/7.5. Funkcje sił przekrojowych w przedziale BC

Rysunek Z4/7.6 przedstawia siły działające na odciętą część belki w przedziale BC. Na rysunku tym są zaznaczone dodatnie siły przekrojowe.

Funkcja obciążenia ciągłego równomiernie rozłożonego prostopadłego do osi belki będzie zerowa.

Jak widać na rysunku Z4/7.6 funkcja siły normalnej w tym przedziale jest równa także zero. Siła poprzeczna ma postać

T  x=0,0 kN .

(Z4/7.13)

Moment zginający w przedziale BC będzie miał postać

Dr inż. Janusz Dębiński

Zaoczni

MO

Z4/7. SIŁY PRZEKROJOWE W BELKACH I RAMACH PŁASKICH – ZADANIE 7

5

18,0 kNm

T(x)

X

N(x)

C

x

M(x)

Rys. Z4/7.6. Siły działające w przedziale BC

M  x=18,0 kNm .

(Z4/7.14)

Oś X układu współrzędnych jest skierowana w lewo, zastosujemy więc różniczkowe równania równowagi (4.29) i (4.30). Jak łatwo sprawdzić oba te równania zostały spełnione.

Wykresy funkcji siły poprzecznej i momentu zginającego w przedziale BC przedstawia rysunek Z4/7.7. Są to także i ostateczne wykresy tych sił przekrojowych.

15,0 kN/m

18,0 kNm

A

B

C

28,5 kN

16,5 kN

[m]

3,0

1,5

28,5

0,0

T(x) [kN]

16,5

1,9

1,1

M(x) [kNm]

27,08

18,0

1,9

1,1

Rys. Z4/7.7. Wykresy funkcji siły poprzecznej i momentu zginającego w belce prostej Dr inż. Janusz Dębiński

Zaoczni

Document Outline

  • Z4/7.1. Zadanie 7
  • Z4/7.2. Analiza kinematyczna belki
  • Z4/7.3. Wyznaczenie reakcji podporowych
  • Z4/7.4. Funkcje sił przekrojowych w przedziale AB
  • Z4/7.5. Funkcje sił przekrojowych w przedziale BC