Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

INSTYTUT KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

ZAKŁAD MECHANIKI BUDOWLI

Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych metoda sił z wykorzystaniem symetrii i antysymetrii

1

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

6 kN/m

10 kN

2EI

EI

EI

4

3

3

PoniewaŜ rama jest symetryczna, do obliczenia nadliczbowych niewiadomych skorzystamy z symetrii i antysymetrii obciąŜenia zewnętrznego. W tym celu tworzymy dwa oddzielne schematy obciąŜenia dające w sumie obciąŜenie dane pierwotnie. Jedno z nich jest symetryczne, drugie antysymetryczne.

W przypadku obciąŜenia symetrycznego wykresy NORMALNEJ i MOMENTU są symetryczne, a wykres TNĄCEJ - antysymetryczny.

5 kN

5 kN

2EI

EI

EI

4

3

3

2

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

Do obliczeń bierzemy połowę ramy.

3 kN/m

5 kN

2EI

EI

4

3

STOPIEŃ STATYCZNEJ NIEWYZNACZALNOŚCI SSN=5-3=2

1.

PRZYJMUJĘ UKŁAD PODSTAWOWY

3 kN/m

X2

5 kN

X1

2EI

EI

4

WARUNKI

1

∆ = 0

1

1

∆ = 0

2

3

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

∆ ( P) + ∆ ( X ) + ∆ ( X ) = 0

1

1

1

1

2

∆ ( P) + ∆ ( X ) + ∆ ( X ) = 0

2

2

1

2

2

GDZIE:

∆ ( X ) = δ X

1

1

11

1

∆ ( X ) = δ X

1

2

12

2

PO PRZEKSZTAŁCENIU:

δ X + δ X + δ

P = 0

11

1

12

2

1

δ X + δ X + δ

P = 0

21

1

22

2

2

δ

ik = ∑ ∫ M M

i

k

EI

X =

2.

STAN

1

1

1

2EI

EI

4

HA

A

MA

RA

3

∑ X : H

A = 1

∑ Y : R

A = 0

∑ M : M

A + 1 ⋅ 4 = 0

A

M

A = −4

4

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

X =

3.

WYKRES MOMENTU W STANIE

1

1

M1 [m]

4

4

3

X =

4.

STAN

1

2

1

2EI

EI

4

HA

A

MA

RA

3

∑ X : H

A = 0

∑ Y : R

A = 0

5

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

∑ M : M

A + 1 = 0

A

M

A = −1

X =

5.

WYKRES MOMENTU W STANIE

1

2

M2 [m]

1

1

1

4

1

3

6.

STAN P

3 kN/m

5 kN

2EI

EI

4

HA

A

MA

RA

3

∑ X : H

A = −5

∑ Y : R

A = 9

6

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

∑ M : M

A − 3 ⋅ 3 ⋅

5

,

1 − 5 ⋅ 4 = 0

A

M

A = 33 5

,

7.

WYKRES MOMENTU W STANIE P

MP [kNm]

13,5

13,5

4

33,5

3

8.

WYZNACZANIE δ

δ

ik = ∑ ∫ M M

i

k

EI

Dla ułatwienia obliczeń korzystam równieŜ ze wzoru Mohra-Wiereszczagina B

∫ f ( x) g( x) dx = S ⋅η

A

1

2

21 3

, 33

δ =

( 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 4 ⋅ ⋅ 4) =

11

EI

3

EI

1

1

5

,

5

δ =

1

( ⋅ 3 ⋅ )

1 +

1

( ⋅ 4 ⋅ )

1 =

22

2 EI

EI

EI

1

8

δ =

( 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 4 ⋅ )

1 =

12

EI

EI

Zgodnie z twierdzeniem Maxwella

δ = δ

ik

ki

7

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

8

δ = δ =

12

21

EI

1

2

− 21 ,

4 664

δ =

[− 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 4 ⋅ ( ⋅ 33 5

, + 1/ 3 ⋅13 )

5

, ] =

1 P

EI

3

EI

1

2 3 ⋅ 32

1

10 ,

0 75

δ =

(− 5

,

0 ⋅ 3 ⋅13 5

, ⋅1 +

⋅

⋅3⋅ )

1 +

(− 5

,

0 ⋅ 4 ⋅13 5

, ⋅1 − 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 33 5

, ⋅ )

1 = −

2 P

2 EI

3

8

EI

EI

WYZNACZANIE X1 , X2

21 3

, 33

8

21 ,

4 664

X +

X −

= 0

1

2

EI

EI

EI

8

5

,

5

10 ,

0 75

X +

X −

= 0

1

2

EI

EI

EI

X = 7,017

[ kN ]

1

X = 1

,

8 1

[ kN ]

2

3 kN/m

8,11

5 kN

7,017

2EI

EI

4

∑ X : H = 0,

2 17 kN

A

∑ Y : R = 9 kN

A

∑ M : M = 6,

2 7 k

8 Nm

A

A

8

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

MN [kNm]

5,39

5,39

8,11

4

2,678

3

5,39

5,39

5,39

5,39

8,11

4

2,678

2,678

3

3

9

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

TN [kN]

9

+

7,017

-

4

7,017

3

9

+

7,017

7,017

-

9

+

-

4

7,017

7,017

3

3

10

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

NN [kN]

9

9

-

7,017

7,017

7,017

-

4

9

9

3

3

9

9

-

7,017

7,017

7,017

-

4

9

9

3

3

9.

WYKONUJE SPRAWDZENIE KINEMATYCZNE

( n)

( o)

1 ⋅ δ = ∑ ∫ M M

dx

EI

W tym celu przyjmuję nowy układ podstawowy 11

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

3 kN/m

X2

5 kN

HB

2EI

EI

4

HA

X1

RA

3

10. STAN OBCIĄśENIA WIRTUALNEGO W NOWYM UKŁADZIE

PODSTAWOWYM

HB

2EI

EI

4

HA

1

RA

3

∑ M : H

A = − ,

0 25

A

∑ Y : R

A = 0

∑ X : H

B =

,

0

− 25

11. WYKRES MOMENTU W STANIE OBCIĄśENIA WIRTUALNEGO

12

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

M [m]

4

1

3

12. OBLICZANIE ZEROWEGO PRZEMIESZCZENIA PUNKTU A

1

1

1

2

,

0 0178

1 ⋅ϕ =

[ 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 3

,

5 9 ⋅ ( ⋅ )

1 −

⋅ 4 ⋅ 6

,

2 78 ⋅

⋅ ]

1 =

A

EI

3

2

3

EI

1

BŁĄD PROCENTOWY

0

,

0 178

5

,

3 897

(

:

) ⋅10 %

0

= ,

0 4 %

9

≈ 0

EI

EI

13

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

W przypadku obciąŜenia antysymetrycznego wykresy NORMALNEJ i MOMENTU

są antysymetryczne, a wykres TNĄCEJ - symetryczny.

3 kN/m

5 kN

5 kN

2EI

3 kN/m

EI

EI

4

3

3

Do obliczeń bierzemy połowę ramy.

3 kN/m

5 kN

2EI

EI

4

3

STOPIEŃ STATYCZNEJ NIEWYZNACZALNOŚCI SSN=4-3=1

14

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

13. PRZYJMUJĘ UKŁAD PODSTAWOWY

3 kN/m

5 kN

2EI

X1

EI

4

3

WARUNKI

1

∆ = 0

1

∆ ( P) + ∆ ( X ) = 0

1

1

1

GDZIE:

∆ ( X ) = δ X

1

1

11

1

PO PRZEKSZTAŁCENIU:

δ X + δ

P = 0

11

1

1

δ

ik = ∑ ∫ M M

i

k

EI

15

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

X =

14. STAN

1

1

2EI

1

EI

4

HA

A

MA

RA

3

∑ X : H

A = 0

∑ Y : R

A = −1

∑ M : M

A + 1 ⋅ 3 = 0

A

M

A =

3

−

X =

15. WYKRES MOMENTU W STANIE

1

1

M1 [m]

16

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

3

3

4

3

3

16. STAN P

3 kN/m

5 kN

2EI

EI

4

HA

A

MA

RA

3

∑ X : H

A = −5

∑ Y : R

A = 9

∑ M : M

A − 3 ⋅ 3 ⋅

5

,

1 − 5 ⋅ 4 = 0

A

M

A = 33 5

,

17. WYKRES MOMENTU W STANIE P

MP [kNm]

17

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

13,5

13,5

4

33,5

3

18. WYZNACZANIE δ

δ

ik = ∑ ∫ M M

i

k

EI

Dla ułatwienia obliczeń korzystam równieŜ ze wzoru Mohra-Wiereszczagina B

∫ f ( x) g( x) dx = S ⋅η

A

1

1

40 5

,

δ =

( 5

,

0 ⋅ 3 ⋅ 3 ⋅ 2 / 3 ⋅ )

3 +

3

( ⋅ 4 ⋅ )

3 =

11

2 EI

EI

EI

1

3 ⋅ 32

1

− 297 1

, 875

δ =

(− 5

,

0 ⋅ 3 ⋅13 5

, ⋅ 2 / 3 ⋅ 3 + 2 / 3 ⋅

⋅3⋅ 5

,

0 ⋅ )

3 +

(− 5

,

0 ⋅ 4 ⋅13 5

, ⋅ 3 − 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 33 5

, ⋅ )

3 =

1 P

2 EI

8

EI

EI

WYZNACZANIE X1

40 5

,

297 1

, 875

X −

= 0

1

EI

EI

X = 7 3

, 3 [

8 kN ]

1

18

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

3 kN/m

5 kN

2EI

7,338

EI

4

3

∑ X : H

A = −5

∑ Y : R

A =

6

,

1 52

∑ M : M

A = 1 ,

1 486

A

19. WYKRESY RAMY STATYCZNIE NIEWYZNACZALNEJ

MN [kNm]

8,514

8,514

4

11,486

3

19

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

TN [kN]

1,667

5

-

7,338

+

4

5

3

20

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

5

-

5

7,338

+

4

5

5

3

3

NN [kN]

1,667

-

4

1,667

3

21

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

1,667

1,667

-

4

1,667

1,667

3

3

20. WYKONUJE SPRAWDZENIE KINEMATYCZNE

W tym celu przyjmuję nowy układ podstawowy 22

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

3 kN/m

5 kN

2EI

R

EI

B

4

HA

A

X1

RA

3

21. STAN OBCIĄśENIA WIRTUALNEGO W NOWYM UKŁADZIE

PODSTAWOWYM

2EI

R

EI

B

4

HA

A

1

RA

3

∑ X : H

B = 0

∑

1

M : R

B = −

A

3

23

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

∑

1

Y : R

A = 3

WYKRES MOMENTU W STANIE OBCIĄśENIA WIRTUALNEGO

M [m]

1

4

1

3

( n)

( o)

1 ⋅ δ = ∑ ∫ M M

dx

m

EI

1

3 ⋅ 32

1 ⋅ϕ =

(− 5

,

0 ⋅ 3 ⋅ 5

,

8 14 ⋅ 2 / 3 ⋅1 − 2 / 3 ⋅

⋅ 3⋅ 5

,

0 ⋅ )

1

A

2 EI

8

1

,

0 00335

+

(− 5

,

0 ⋅ 4 ⋅ 5

,

8 14 ⋅1 + 5

,

0 ⋅ 4 ⋅1 ,

1 486 ⋅ )

1 = −

EI

EI

BŁĄD PROCENTOWY

0

,

0 0335

9

,

5 44

(

:

) ⋅10 %

0

= 0

,

0 5 %

6

≈ 0

EI

EI

Wykresy w układzie statycznie niewyznaczalnym M [kNm]

24

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

13,904

3,124

13,904

3,124

8,11

4

8,808

14,164

3

3

T [kN]

10,667

2,983

-

7,017

7,338

7,338

+

4

2,983

7,017

3

3

N [kN]

25

Hasan Qaraqish, Paweł Wasiniewski Obliczanie układów statycznie niewyznaczalnych Gr. 3 rok III

10 1

, 4

667

4

7,333

-

7,017

7,017

-

4

14

4

3

3

26