Arch 2011 W4 Warunki równowagi Siły wewnętrzne


MECHANIKA BUDOWLI
Architektura sem. II letni
Warunki równowagi: SIAY
WEWNTRZNE
dr inż. Marek BARTOSZEK
KTKB p.126 WB
marek.bartoszek@polsl.pl
http://kateko.rb.polsl.pl/
22 marzec 2011
www.rb.polsl.pl
Za wszystkie uwagi odnośnie poniższych wykładów z góry dziękuję.
Jeśli ktoś chciałby wykorzystać te materiały to proszę o kontakt.
Warunki równowagi statycznej
Przypomnienie zasad tworzenia warunków
równowagi dla dowolnego ustroju
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 2
Równowaga statyczna konstrukcji

Statyka budowli

zajmuje się konstrukcjami, na które działają zrównoważone
układy sił (lub  zgodnie z I zasadą dynamiki Newtona  nie działają żadne
siły);

takie obiekty pozostają w spoczynku  są statyczne (lub
poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym) .

Budowla  to przedmiot inżynierskiej działalności człowieka na
stale związany z podłożem (gruntem lub nawet inną budowlą) .

Związanie z podłożem unieruchamia budowlę odróżniając ją
od mechanizmów (użytecznych na Wydziale Mechanicznym) .

Skoro budowla jest nieruchoma to oznacza, że siły na nią działające
są w równowadze statycznej, tzn.: obciążenia zewnętrzne jako siły
czynne są w równowadze z reakcjami podpór, czyli siłami biernymi.
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 3
Równowaga statyczna konstrukcji
Przypomnienie: więzy i reakcje

Pojedynczy element na płaszczyznie ma trzy stopnie
swobody i aby go unieruchomić potrzeba trzech więzów
łączących go z podłożem

Ustrój złożony z  e elementów ma 3*e stopni swobody i
tyle właśnie potrzebuje więzów aby go unieruchomić. Te
więzy łączą elementy:

pomiędzy sobą  to więzy wewnętrzne,

lub z podłożem  to więzy zewnętrzne.

W każdym z więzów, na skutek działania obciążeń
pojawiają się siły bierne  reakcje.

Aby wyznaczyć reakcje więzów układa się warunki
równowagi statycznej.dr inż. Marek Bartoszek
22.03.11 4
Równowaga statyczna konstrukcji
stat. wyznaczalność i geometr. niezmienność

Warunek konieczny statycznej wyznaczalności:
W=s.s.-(w.w.+w.z.)=3*e-(2*p+r)=0

Ustrój o takiej samej liczbie więzów jak stopni swobody
(W=0) może być statycznie wyznaczalny  z warunków
równowagi statycznej można wyznaczyć nieznane reakcje
więzów, ale więzy muszą być właściwie rozmieszczone.

Ustrój o większej liczbie więzów niż stopni swobody (W<0)
jest statycznie niewyznaczalny  nie ma wystarczającej
liczby niezależnych równań równowagi aby wyznaczyć
reakcje nadliczbowych więzów.

Jeśli ustrój ma mniej więzów niż stopni swobody (W>0) to
nie można go unieruchomić  jest mechanizmem (jest
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 5
geometrycznie zmienny i statycznie niewyznaczalny).
Równowaga statyczna konstrukcji
Przypomnienie: dobór warunków równowagi

Liczba niezależnych równań równowagi ułożonych dla
całego ustroju jest stała: w 2D są tylko 3 takie równania.

W ustroju złożonym z  e elementów jest w sumie 3*e
nieznanych reakcji więzów zewnętrznych i wewnętrznych.

Kolejne warunki równowagi  poza trzema dla całości 
układa się dla dowolnej części ustroju (jednej lub kilku).

Więzy łączące wydzieloną część konstrukcji z resztą
ustroju zastępuje się siłami wewnętrznymi, działającymi na
obie części konstrukcji z przeciwnymi zwrotami.

Każda dowolna, nawet najmniejsza, wydzielona część
konstrukcji musi być w równowadze  czyli spełniać
ułożone dla niej warunki równowagi (jak cała konstrukcja).
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 6
Warunki równowagi statycznej
Warunki równowagi dla części ustroju
Przekrój przez przegub  siły wewnętrzne
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 7
Warunki równowagi statycznej
Reakcje wyznaczone w ostatnim przykładzie
Przyjmijmy w ostatnim zadaniu
Py
P=12*20.5 kN
ą=60 oraz P=12*20.5 kN
p=1
ą
Poprzednio wybrane równania
B
C Px
pozwalają obliczyć reakcje:
L/2 L/2
H =1 P"ćą23 =ćą43 P
D
L 2
3
ćą
V =Py= P
2
HD
HA
r=3
A
D
1
M =-PL"[ ą1 ćą23 ]=
r=1
2 2
=-2ąćą3 PL
y 4 rakcje
M
4
w. zewn.
V
x
3
ćą
H =-Px-H =-1 P- P=
A D
2 4
Schemat statyczny ramy stat.
=-2ąćą3 P
4
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 8
wyznaczalnej i geom. niezmiennej
Warunki równowagi statycznej
Oswobodzenie z więzów zewnętrznych
VI zasada statyki (zasada
P=12*20.5 kN
oswobodzenia z więzów)
Py=ćą23 Py
P
p=1 mówi, że:
ą
B
C Px L/2
L/2
każde ciało można oswobodzić
Px=1 P
z więzów, zastępując ich
2
działanie reakcjami,
L L
a następnie rozpatrywać je
oddzielnie jako ciało
3
ćą
2
H = P
H =-Hąćą3
P
HD
D
4
A
4
A
swobodne, znajdujące się
D
A
pod działaniem sił czynnych
V
i biernych (obciążeń i reakcji
M
V =ćą23 P
M =-2ąćą3 PL
więzów).
4
Zgodnie z tym aksjomatem
odrzucamy podpory a
y
4 rakcje w. zewn.
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
pozostawiamy odpowiednie 9
x
reakcje  jak na rysunku.
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne jako  reakcje więzów wewn.
Przegub B to dwa więzy
P

wewnętrzne blokujące
HB
ą
e2
możliwość wzajemnego
C L/2
L/2
przesuwu obu części
VB
w dwóch kierunkach.
VB
L

HB
Można  rozciąć przegub B
zastępując dwa więzy
B
HD wewnętrzne w przegubie
D
dwoma  reakcjami  zgodnie
e1
z aksjomatem oswobodzenia
L
Przekrój I-I przez przegub
z więzów .
Przegub jednokrotny
Przegub nie blokuje obrotu
HA
A
p=1, to dwa więzy
(brak odpowiedniego więzu)
wewnętrzne:
V
więc nie ma tam momentu
y
2*p=2 w.w.
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 10
skupionego (MB=0).
x
M
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  równowaga dla części ustroju
Więzy wewnętrzne przesuwu
P

zastąpiono dwoma
HB
ą
e2
 reakcjami więzów wewn.
C L/2
L/2
 siłami wewnętrznymi:
VB
HB oraz VB.
VB
L

HB
Siły wewnętrzne HB i VB
B przyłożono do obu części
HD
D
z przeciwnymi zwrotami,
e1
gdyż każda z części
L
oddziałuje na drugą z taką
Przekrój I-I przez przegub
samą siłą ale w przeciwnym
Przegub jednokrotny
kierunku  zgodnie z zasadą
HA
p=1, to dwa więzy
A
akcji i reakcji (V zasada
wewnętrzne:
V
y 2*p=2 w.w.
statyki).
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 11
x
M
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  równowaga dla części ustroju
Siły wewnętrzne HB i VB są
P

nieznane, tak samo jak (były
HB
ą
e2
nieznane) reakcje więzów
C L/2
L/2
zewn (reakcje podporowe).
VB
VB
Element  e2 ma 3 więzy:
L

HB
1 zewn. w podporze D oraz
2 wewn. w przegubie B.
B
HD
D
Element  e1 ma 5 więzów:
e1
3 zewn. w podporze A oraz
L
Przekrój I-I przez przegub
2 wewn. w przegubie B.
Przegub jednokrotny
Cała rama ma w sumie 6
HA
p=1, to dwa więzy
A
różnych niewiadomych (w 6
wewnętrzne:
V
więzach blokujących 6 stopni
y 2*p=2 w.w.
swobody  statycznie
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 12
x
M
wyznaczalnej ramy).
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  równowaga dla części ustroju
P Reakcję HD wyznaczyliśmy

HB
ą
już z równania ŁMB(C)=0,
e2
C L/2
L/2
które jest warunkiem
VB
równowagi dla części
VB
konstrukcji: elementu  e2 .
L

HB
Pozostały dwie niewiadome e2:
B
HB, VB (1 równ. z 1 niewad.).
HD
D
e1
Obliczymy je z kolejnych dwóch
L
warunków równowagi
Przekrój I-I przez przegub
ułożonych dla części e2.
Przegub jednokrotny
HA
Mamy nieskończenie wiele kombinacji
p=1, to dwa więzy
A
warunków równowagi dla e2,
wewnętrzne:
V
przeważnie są zależne ale dla
y 2*p=2 w.w.
pojedynczej części w 2D zawsze jest
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 13
x
M
wiele takich trójek warunków, które są
niezależne.
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  równowaga dla części ustroju
Py P Przykładowo HB i VB można

HB
obliczyć z warunków dla  e2 :
ą
e2
C Px L/2
L/2
" Py=0 oraz " MC=0
VB
VB
W ten sposób obliczymy
L

HB
wartości sił wewnętrznych
w przekroju I-I przez przegub
B
B, w którym moment MB=0.
HD
D
e1
Mając siły HB i VB można by
L
Przekrój I-I przez przegub
obliczyć reakcje HB, V, M
Przegub jednokrotny
z 3 niezależnych warunków
HA
p=1, to dwa więzy
A
równowagi ułożonych
wewnętrzne:
V
wyłącznie dla elementu  e1 .
y 2*p=2 w.w.
Oczywiście już je znamy.
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 14
x
M
Warunki równowagi statycznej
Warunki równowagi dla części ustroju
Siły wewnętrzne w przekroju
przez węzeł sztywny
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 15
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  w sztywnym węzle
MC P Podobny przekrój można

VC
wykonać w dowolnym
p=1
ą
miejscu  np przez węzeł C.
B
L/2
L/2
HC
MC
Jest to węzeł sztywny
e1
 z trzema więzami
L
VC
wewnętrznymi, więc po

rozcięciu trzeba je zastąpić
HC C
trzema niewiadomymi siłami
A
Przekrój II-II
wewnętrznymi: HC, VC, MC.
HA V
L przez węzeł
sztywny
M Oczywiście muszą one działać
jednakowo na obie części
HD
D
ustroju lecz mieć przeciwne
zwroty  zgodnie z V. zasadą
y
Sztywny węzeł to trzy
akcji i reakcji.
22.03.11 16
więzy wewnętrznedr inż. Marek Bartoszek
x
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  równowaga dla części ustroju
MC P Na części C-D są 4

VC
niewiadome: HC, VC, MC i HD
p=1
ą
a na części A-B-C jest aż 6
B
L/2
L/2
HC
niewiadomych: HC, VC, MC i
MC
e1
HA, VA, MA. W sumie mamy
L
VC
siedem niewiadomych.

HC C
Dla części C-D ułożymy 3,
A
Przekrój II-II dla A-B-C 4 niezależne war.
HA V
L przez węzeł
równowagi, razem 7 równań.
sztywny
M
Jednak najlepiej najpierw
HD
wyznaczyć reakcje podpór
D
a dopiero pózniej tylko 3
y dodatkowe nieznane siły.
Sztywny węzeł to trzy
22.03.11 17
wewnętrzne: HC, VC, MC.
więzy wewnętrznedr inż. Marek Bartoszek
x
Warunki równowagi statycznej
Warunki równowagi dla części ustroju
Siły wewnętrzne w dowolnym przekroju pręta
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 18
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  dowolny przekrój
Mą
P Podobny przekrój można
ą
Xą=
wykonać w dowolnym
Hą
ą p=1
ź L miejscu np. w ź pręta C-B.
Mą
B
L/2
L/4
Dwie części jednego pręta
Vą
e1
łączą się w sposób sztywny.
L
C L/4
Hą
W takim połączeniu w 2D są
Vą
ą trzy więzy wewnętrzne
L A
(w 3D byłoby 6 więzów).
HA V
Więzy w miejscu rozcięcia
HD M
Przekrój ą-ą
zastępujemy siłami
D
prostopadły
wewnętrznymi: Hą, Vą, Mą.
do osi pręta
Działają one jednakowo na obie
y
Sztywny węzeł to trzy
części lecz z przeciwnymi
22.03.11 19
więzy wewnętrznedr inż. Marek Bartoszek
x
zwrotami.
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  dowolny przekrój
Mą
P Podobnie jak poprzednio mamy
ą
Xą=
7 niezależnych równań
Hą
ą p=1
ź L równowagi statycznej ustroju
Mą
B
L/2
L/4
(3 dla całości i 4 dla części),
Vą
z których wyznaczymy
e1
L
7 niewiadomych: Hą, Vą, Mą
C L/4
Hą
oraz HD, HA, VA, MA.
Vą
ą
L A
Aby wyznaczyć nieznane siły
HA V
wewnętrzne: Hą, Vą, Mą
HD M
Przekrój ą-ą
w przekroju ą w tym
D
prostopadły
przypadku, najlepiej najpierw
do osi pręta
obliczyć reakcje podpór dla
całego (niepodzielonego)
y
W dowolnym przekroju
ustroju (nie zawsze możliwe).
22.03.11 20
pręta w 2D mamy dr inż. Marek Bartoszek
x
3 więzy wewnętrzne
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne  dowolny przekrój
Mą
P Znając reakcje: HD, HA, VA, MA ,
ą
Xą=
Hą
ą p=1
obliczymy siły wewnętrzne: Hą,
ź L
Mą
B
L/2
L/4
Vą, Mą (przekrojowe) np. z 3
Vą
warunków równowagi dla
e1
L
części ą-C-D:
C L/4
Hą
Vą
V =0
" Py=0:
ą
ą
L A
" Px=0:
HA V
H =HD=ćą43 P
ą
HD M
Przekrój ą-ą
3
ćą
D
" MśąDźą=0:
M =HD"L= PL
prostopadły
ą
ą
4
do osi pręta
Wartości sił, które obliczymy
z równań dla drugiej części,
y
W dowolnym przekroju
22.03.11 muszą być takie same więc21
pręta w 2D mamy dr inż. Marek Bartoszek
x
3 więzy wewnętrzne
używa się ich do sprawdzenia
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Funkcje sił wewn. wzdłuż osi pręta
Mą
P Jak zmienią się wartości sił
ą
Xą=
wewnętrznych:
Hą
ą p=1
ź L
Mą
B
L/2
L/4
M =HD"L
ą
Vą
e1
H =HD V =0
ą ą
L
C L/4
Hą
Vą
po przesunięciu przekroju ą-ą
ą
wzdłuż osi pręta?
L A
HA V
W powyższych równaniach nie
miało znaczenia położenia
HD M
Przekrój ą-ą
D
prostopadły
przekroju xą=ź L więc
do osi pręta
wartości sił były stałe dla
dowolnego przekroju
y
W dowolnym przekroju
x "<0,L) .
22.03.11 22
pręta w 2D mamy dr inż. Marek Bartoszeką
x
3 więzy wewnętrzne
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Funkcje sił wewnętrznych
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 23
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Funkcje sił wewn. wzdłuż osi pręta
Mą
Przesuńmy przekrój ą-ą aż
ą
xą"(L, L>
poza siłę skupioną P.
Hą
p=1
Położenie przekroju opisuje
Mą
B
L/4
P
współrzędna: xą"(L, L> .
Vą
ą e1
L
Warunki równ. dla części ą-C-D
C L/4
L/2
Hą
będą tym razem funkcjami
Vą
ą
współrzędnej xą:
L A
HA V
" Py=0: V ąPy=0
ą
HD M
Przekrój ą-ą
D
" Px=0: H =HDąPx
ą
prostopadły
do osi pręta
" MśąDźą=0:
ą
L
y
W dowolnym przekroju pręta w 2D
M ąPy"śąxą- źą=H24"L
ą
D
2
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
mamy 3 więzy wewnętrzne
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Funkcje sił wewnętrznych
Mą
Wartości sił wewnętrznych w
ą
xą"(L, L>
przekroju ą-ą :
Hą
p=1
Mą
B
L/4
V =ćą23 P
ą
P
Vą
ą e1
H =ćą3ą2 P
ą
4
L
C L/4
L/2
Hą
M =ćą23 PśąL-xą źą
Vą ą
ą
W tym przypadku moment
L A
przekrojowy Mą jest funkcją
HA V
współrzędnej xą"(L, L>;
HD M
Przekrój ą-ą
D
prostopadły
pozostałe dwie siły są
do osi pręta
funkcjami stałymi.
y Funkcje te można wykreślić
W dowolnym przekroju pręta w 2D
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 25
wzdłuż osi pręta!
mamy 3 więzy wewnętrzne
x
Warunki równowagi statycznej
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy funkcji sił wewnętrznych
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 26
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L
Rozważmy prostszy ustrój -
K=qL2/4
q
belkę wolno-podpartą ze
HA A
P=qLC
D
wspornikiem jak na rysunku.
L/2 L/2 L/2
B
Najpierw obliczmy reakcje:
VA
VC
" Px=0: H =P
A
L
V L=Kąq "5 L
" MA=0:
C
2 4
Ustrój składa się z 1 elementu, który
ma 3 stopnie swobody w 2D.
L
V LąKąq "L=0
" MB=0:
A
2 4
3 więzy zewn. blokują te 3 st. swob.
7
 ustrój jest statycznie wyznaczalny.
H =qL;V = qL;V =-3 qL
A C A
8 8
1
Te 3 liniowe więzy zewn. nie przecinają się
VAąVC=q L
Spr. " Py=0:
w jednym punkcie  ustrój jest 2
geometrycznie niezmienny (warunek
1
wystarczający rozmieszczenia tych 3 -3 qLą7 qL= qL
8 8 2
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 27
y
więzów).
La"P
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L
Przyjmijmy początek układu
ą
współrzędnych w punkcie A.
y
Osią OX będzie oś belki.
K=qL2/4
q
HA A
P=q C D Dokonajmy przekroju ą-ą belki.
LL/2
x
B L/2
Położenie przekroju wyrazmy
VA
VC
współrzędną xą"<0,3/2L>.
ą
xą
Podpory i obciążenia (oraz
ewentualne węzły) dzielą
belkę na 3 przedziały:
I II III
I: A-B: xą"<0,L)
II: B-C: xą"(L,L)
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 28
y
III: C-D: xą"(L,3/2L>
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
ą
Więzy wewnętrzne w przekroju
Dane: q, L
xą Mą
ą-ą zastąpimy siłami
wewnętrzn. (przekrojowymi):
HA A
Ną, Tą, Mą .
Ną
VA Tą
Nazwy sił wewnętrznych zależą
od ich działania w stosunku
K=qL2/4 do osi belki lub w stosunku
Mą
q
do przekroju ( do osi):
P=qL
C D
N  osiowa lub normalna
B L/2 L/2
Ną
Tą VC
T, V  poprzeczna lub tnąca
ą
M  moment zginający.
W 3D jest 6 więzów i 6 sił wewn.:
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
y N, Ty, Tz, My, Mz, Ms. 29
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zasady znakowania sił wewnętrznych
Zasady znakowania sił
wewnętrznych:
- dodatnia siła osiowa N działa
od przekroju  rozciąga
element w miejscu przekroju;
- dodatnia siła tnąca T kręci
zgodnie ze wskazówkami
zegara względem przekroju;
- dodatni moment M rozciąga
+ 
wybraną przez nas stronę
pręta (na rysunku kropkami
+ 
oznaczono dolną stronę
pręta).
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 30
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Która strona belki jest rozciągana przez M
P
Dodatni moment M rozciąga
wybraną przez nas stronę
pręta a ujemny przeciwną.
W belkach zwykle  wybiera się
P
dolną stronę jako  dodatnią .
Ną
Mą Tą
y
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 31
x
r
o
z
c
i
ą
g
a
n
i
e
ś
c
i
s
k
a
n
i
e
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
ą
Szybko określimy wartości sił
Dane: q, L
xą Mą
wewnętrznych zapisując
warunki równ.gi dla wybranej
HA A
części ustroju, od razu
w przekształconej formie:
Ną
VA Tą
po lewej stronie znaku  =
zapisujemy obliczaną siłę; po
K=qL2/4
Mą
q
prawej pozostałe składniki
równania z właściwymi
P=qL
C D
znakami.
B L/2 L/2
Ną
Tą VC
Część ustroju, dla której
ą
będziemy sumowali siły
wybieramy przyjmując tam
początek układu współrzędn.
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 32
y
Tutaj jest to strona A-ą.
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Sposób obliczania sił przekrojowych (wewn.)
ą
Siły wewnętrzne są sumami
Dane: q, L
xą Mą
odpowiednich sił działających
po jednej ze stron przekroju:
HA A
- siła osiowa N jest = sumie
Ną
VA Tą
wszystkich sił przyłożonych
po jednej stronie przekroju
i równoległych do osi pręta;
K=qL2/4
Mą
q
- siła poprzeczna (tnąca) T jest
P=qL
C D
równa sumie wszystkich sił
B L/2 L/2
Ną
po jednej stronie przekroju
Tą VC
i prostopadłych do osi belki;
ą
- moment zginający M jest =
sumie momentów wszystkich
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
sił po jednej stronie przekroju
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 33
y
względem śr. ciężk. przekr.
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
ą
Siły wewnętrzne w przedziale I:
Dane: q, L
y
xą Mą
A-B, xą"<0,L):
HA A
Ną=-HA =-qL
Ną
   gdyż HA działa do ustroju;
VA Tą
Tą=ąVA =-3 qL
8
K=qL2/4
Mą
q
 +VA kręci wzgl. przekroju
P=qL
C D
zgodnie ze wskazówkami;
B L/2 L/2
Ną
Mą=ąVA"xą =-3 qL"xą
Tą VC
8
ą
 + gdyż VA wygina koniec
pręta w górę rozciągając
zaznaczone włókna dolne.
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 34
y
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
y
xą ą
Siły wewnętrzne w przedziale
Dane: q, L
K=qL2/4
II: B-C, xą"(L,L):
Mą
HA A
P=qL
Ną=-HAąPą0 =0
L/2 B
Ną
Tą
gdyż P działa  od przekroju
VA
a momentu skupionego K
nie rzutuje się na żaden kier.;
Mą
q
Tą=ąVAą0ą0=-3 qL
8
C D
gdyż P działa prostopadle
L/2
Ną
a momentu nie rzutuje się;
Tą VC
ą Mą=ąVA"xąąK
 +K gdyż K rozciąga
zaznaczone włókna dolne 
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 35
y
kręci w tę stronę co VA .
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
y
xą ą
Siły wewnętrzne w przedziale
Mą
K=qL2/4
III: C-D, xą"(L, 3/2L>:
q
HA A
P=qL
Ną=-HAąP =0
L/2 B L/2 C
Ną
gdyż nic nowego wzdłuż osi;
VA
VC
Tą
Tą=ąVAąVC-q"śą xą-Lźą=
Mą
q gdyż VC kręci zgodnie a q
przeciwnie do pierwszej skł.;
Ną
D
Mą=ąVA"xąąKą
Dane: q, L
Tą
ą
ą
ąVC"śąxą-Lźą-q"śąx -Lźą2
2
gdyż VC rozciąga zaznaczony
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
y
dół jak VA a q przeciwną str.36
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L
W zależności od przedziału
otrzymaliśmy następujące
K=qL2/4
q
funkcje sił wewnętrznych:
HA A
P=qLC
D
osiowe:
L/2 B L/2 L/2
Ną=-HAąP
VA
VC
I II i III
tnące:
Tą=ąVAąVC-q"śą xą-Lźą
I II III
I i II III
momenty: I II III
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
A C A
8 8
Mą=ąVA"xąąKą
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 37
y
ą
ąVC"śąxą-Lźą-q"śąx -Lźą2
x
2
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L
Po podstawieniu obc. i reakcji:
K=qL2/4
- osiowe:
q
HA A
P=qLC
D NI =-qL
NII=NIII=0
ą
ą ą
L/2 B L/2 L/2
- tnące:
II
VA
VC
TI =Tą=-3 qL
ą
8
TIII=ą3 qL-q"xą
ą
2
- momenty:
I II III
3
MI =-8 qL"xą
ą
MII=-3 qL"xąą1 qL2
ą
8 4
H =qL;V =7 qL;V =-3 qL
3
2
A C A
8 8
MIII=-1 q xąą qL xą -9 qL2
ą
2 2 8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 38
y
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykreślmy momenty zginające:
HA A
P=qLC
D
- przedział I (f. liniowa):
L/2 B L/2 L/2
I
Mąśąxą=0źą=0
VA
VC
L 3
I
Mąśąxą= źą=-16 qL2
2
I II III
- przedział II (f. liniowa):
L 1
II
Poszukujemy ekstremum MąIII(xą):
Mą śąxą= źą=16 qL2
2
dMIII
ą
II
=0 ! xextr :
Mą śąxą=Lźą=-1 qL2
dxą
8
dMIII
- przedział III (f. kwadratowa):
ą
=-q xąą3 qLa"TIII
ą
dxą 2
III
Mą śąxą=Lźą=-1 qL2
8
TIII=ą3 qL-q"xextr=0
ą
2
III
Mą śąxą=3 Lźą=0
2
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 39
y
xextr=3 L
III
2
MIII =Mą śąxextr=3 Lźą
extr
2
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykreślmy momenty zginające:
HA A
P=qLC
D
- przedział I (f. liniowa):
L/2 B L/2 L/2
I
Mąśąxą=0źą=0
I II III
VA
VC
L 3
I
Mąśąxą= źą=-16 qL2
2
3/16 - przedział II (f. liniowa):
1/8
L 1
II
M
K
Mą śąxą= źą=16 qL2
2
[qL2]
II
Mą śąxą=Lźą=-1 qL2
8
- przedział III (f. kwadratowa):
+
1/16
III
Mą śąxą=Lźą=-1 qL2
8
Na wykresie M nie umieszczamy
III
Mą śąxą=3 Lźą=0
2
znaków, ważne aby wykres był
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 40
y
III
MIII =Mą śąxextr=3 Lźą
wykonany po właściwiej stronie.
extr
2
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykreślmy siły poprzeczne T:
HA A
P=qLC
D
- przedział I (f. stała):
L/2 B L/2 L/2
I
Tą=-3 qL=const.
8
I II III
VA
VC
V =-3 qL 7
A
8
V = qL
C
8
- przedział II (f. stała):
II
Tą=-3 qL=const.
8
1/2
T
- przedział III (f. liniowa):
qL/2
VC III
[qL]
+
Tą =ą3 qL-q"xą
2
VA
III
3/8
-
Tą śąxą=Lźą=ą3 qL-q L=1 qL
3/8
2 2
3
III
Tą śąxą=3 Lźą=ą3 qL-q L=0
2 2 2
Na wykresie T ważne są znaki; a strona, po której będą
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 41
y
x
zaznaczone rzędne  + oraz  - , ma drugorzędne znaczenie.
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Wykresy sił wewn. wzdłuż osi pręta
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykreślmy siły osiowe N:
HA A
P=qLC
D
- przedział I (f. stała):
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
NI =-qL=const.
ą
I II III
VA
VC
czyli ściskanie osiowe
- przedział II (f. stała):
N
NII=0=const.
ą
[qL]
HA -
1 P 1
- przedział III (f. stała):
NII=0=const.
ą
Na wykresie N ważne są znaki; strona, po której będą
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 42
y
zaznaczone rzędne  + oraz  - , ma drugorzędne znaczenie.
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zależność pomiędzy wykresami M i T
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykresy na belkach rysuje się
P=qLC
A
D jeden pod drugim.
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
Pomiędzy wykresami M i T
zachodzi zależność:
7
V =-3 qL
V = qL
A
8
C
8
3/16
dMą
1/8
=Tą
M
K
dxą
[qL2]
T są pochodną M, więc: tam
jest ekstremum M, gdzie T
+
zmienia znak; rzędna
1/16
1/2
wykresu T to nachylenie M.
T
qL/2
VC
Gdy wykres M jest linowy, to
[qL]
+
wartość T można obliczyć:
1 1
VA
3/8 ą M 3
-
8
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
y
#"T#"= =śą ą16 źąqL2= qL43
3/8
ą x L/2 8
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zasady tworzenia wykresów sił wewn.
Dane: q, L K=qL2/4
q
Sporządzanie wykresów sił
P=qLC
A
D wewnętrznych na podstawie
funkcji jest pracochłonne.
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
W praktyce staramy się robić
7
V =-3 qL
V = qL
A
8
C
8
wykresy bez zbędnych
3/16
obliczeń.
1/8
M
K
Na podstawie rodzaju i
[qL2]
rozmieszczenia obciążeń
ustala się typ funkcji,
+
charakterystyczne punkty,
1/16
1/2
oczywiste rzędne.
T
qL/2
Oblicza się tylko brakujące
VC
[qL]
+
rzędne w wybranych
VA
przekrojach tak aby możliwe
3/8
-
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 44
y
3/8
było wykreślenie funkcji.
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zasady tworzenia wykresów sił wewn.
Dane: q, L K=qL2/4
q
Gdzie na wykresie sił wewn.
P=qLC
A
D występuje skok wartości:
- na wykr. M jest skok pod
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
momentem skupionym K;
7
V =-3 qL
V = qL
A - na wykr. T jest skok pod
8
C
8
3/16
siłami skupionymi do osi,
1/8
reakcjami: VA i VB;
M
K
- na wykr N jest skok od siły
[qL2]
skupionej P działającej
wzdłuż osi.
+
1/16
W miejscu działania siły
1/2
T
skupionej do osi wartość
qL/2
VC
[qL]
+
momentu M po prawej i lewej
stronie jest taka sama  jest
VA
3/8
-
tylko załamanie zgodne z 45
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek
y
3/8
kierunkiem działania siły.
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zasady tworzenia wykresów sił wewn.
Dane: q, L K=qL2/4
q
Moment skupiony K powoduje
P=qLC
A
D skok na wykresie M w stronę
zależną od kierunku działania
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
K:
7
V =-3 qL
V = qL
A
8
C
8
Pochylenie wykresu momentów
3/16
po obu stronach K jest takie
1/8
M
K
samo (funkcje M(x) różnią się
tylko o stałą).
[qL2]
Moment skupiony nie wpływa
+
na kształt wykresu sił
1/16
1/2
poprzecznych T ani sił
T
osiowych N.
qL/2
VC
[qL]
+
W przegubie moment zginający
VA
M jest równy zeru.
3/8
-
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 46
y
3/8
x
Siły wewnętrzne (przekrojowe)
Zasady tworzenia wykresów sił wewn.
Dane: q, L K=qL2/4
q
Wykresem momentów od
P=qLC
A
D obciążenia równomiernie
rozłożonego q jest parabola
H =qL L/2 B L/2 L/2
A
ramionami skierowana
7
V =-3 qL
V = qL
A przeciwnie do kierunku
8
C
8
3/16
działania obciążenia q.
1/8
M
K
Aby wykreślić parabolę
potrzeba 3 wartości:
[qL2]
na końcach przedziału
i ekstremum. Oś symetrii
+
1/16
paraboli przechodzi przez jej
1/2
T
wierzchołek (ekstemum).
qL/2
VC
[qL]
+
Obciążenie q równomiernie
rozłożone, działające do
VA
3/8
-
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 47
y
osi pręta zmienia wykres sił T
3/8
x
liniowo a nie skokowo.
DZIEKUJ ZA UWAG
KONIEC wykładu
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 48
Siły działające na konstrukcję
przyczyny i skutki

Siły czynne
czyli obciążenia działające na
konstrukcję

Siły bierne
są to reakcje oraz siły
wewnętrzne powstające na
skutek działania obciążeń
reakcje pojawiąją się w
podporach podtrzymujących
konstrukcję
wyznacza się je metodami
mechaniki budowli
22.03.11 dr inż. Marek Bartoszek 49


Wyszukiwarka