- •Кафедра строительной механики
- •Составители с.Ю. Гриднев, р.А. Мухтаров
- •Введение
- •1.Задание на выполнение расчётной работы
- •2. Содержание работы
- •Выполнить расчет балки на действие временной распределенной нагрузки
- •3. Общие методические указания
- •Расчет на временную нагрузку
- •4.3.2. Основная система
- •4.3.6. Построение окончательной эпюры изгибающих моментов
- •5. Построение линии влияния и объёмлющих эпюр
- •Оглавление
2. Содержание работы
По условиям задания в расчетной работе требуется:
Выполнить расчет балки на заданную постоянную нагрузку
1. Вычертить многопролетную неразрезную балку с действующей на неё постоянной нагрузкой. Отметить сечение «к». Выполнить нумерацию опор и пролетов;
2. Выполнить кинематический анализ расчетной схемы балки;
3. Построить эпюры и Q на консолях (если они предусмотрены заданием), вычислив и подписав характерные ординаты (у крайних опор);
4. Образовать основную систему для расчета методом сил с нумерацией основных неизвестных, опор и пролетов. Консоли отбросить. Показать постоянную нагрузку и основные неизвестные (опорные моменты), а также моменты на торцах крайних пролетов, выписав их величины и знаки;
5. Составить систему уравнений трех моментов;
6.
Построить для каждого пролета, как для
отдельной балки, эпюры
и
от
постоянной нагрузки со всеми необходимыми
для этого расчетами;
7. Вычислить по эпюрам статические моменты, входящие в правые части системы уравнений трех моментов;
8. Записать систему уравнений трех моментов в развернутом виде с числовыми коэффициентами и значениями правой части;
9. Определить значения основных неизвестных и выполнить их проверку с подстановкой уравнения с оценкой погрешности;
10.
Построить окончательные эпюры
и
для заданной системы;
11. Вычислить и проверить опорные реакции.
Выполнить расчет балки на действие временной распределенной нагрузки
Выполнить расчет на ПЭВМ;
Построить линию влияния изгибающего момента в заданном сечении по результатам расчета на ПЭВМ;
Определить изгибающий момент в заданном сечении от действия постоянной нагрузки загружением построенной линии влияния;
Построить объёмлющую эпюру от действия временной нагрузки в заданном пролете;
Определить максимальный и минимальный возможный изгибающий момент в заданном сечении от действия временной нагрузки загружением линии влияния;
Заполнить таблицу сравнения значений от действия постоянной и временной нагрузок, определенных непосредственным расчетом и загружением линии влияния;
Построить объёмлющую эпюру от совместного действия постоянной и временной нагрузок в заданном пролете.
3. Общие методические указания
3.1.
Опоры балки нумеруются слева направо,
начиная с нулевой, пролеты- начиная с
первого. Консоль в нумерацию пролетов
не включается ( рис. 1, а). В дальнейшем m
обозначает число пролетов,
-
номер рассматриваемого пролета ( или
опоры ).
Рис.1,а
Если концы балки защемлены, каждое защемление схематизируется как две бесконечно близкие опоры; соответственно нумеруются опоры и пролеты ( рис. 1,б ). В составленных уравнениях полагают l1→0, lm →0.
Рис.1,б
3.2. Число степеней свободы (ст.св. ) W и число избыточных связей Л определяется по упрощенной формуле
,
,
(1)
где
‑
число опорных стержней.
Заметим,
что степень статической неопределимости
( число избыточных связей
) у неразрезной балки равно числу
промежуточных опор.
3.3. Консоли рассчитываются как статически определимые участки з.с. (хотя з.с. в целом – статически неопределима). Поэтому построенные для консоли эпюры и – окончательные. При построении их использовать известные эпюры для консольной балки, загруженной на конце сосредоточенной силой и равномерно распределенной нагрузкой ( рис. 2, а, в. ).
Рис. 2
3.4.
Основная
система
(о.с.) при расчете методом сил образуется
из заданной системы
(з.с.) мысленным удалением
избыточных связей,
а в данном случае – мысленным введением
шарниров над всеми промежуточными
опорами ( 1; 2; …;
) взамен непрерывного соединения торцов
двух пролетов над опорой. Отбрасываются
также уже ранее рассчитанные консоли.
Введение
каждого шарнира равносильно удалению
из з.с. одной связи, исключающей взаимный
поворот двух смежных торцов. Реакцией
в удаленной связи служит "групповая
сила" ‑ две пары, представляющие
силовое взаимодействие торцов, т.е.
изгибающий момент в сечении о.с. над
опорой. Эти изгибающие моменты (
,
,
. . . ,
)
являются
основными
неизвестными
расчета.
Аналогично
обозначаются изгибающие моменты над
крайними опорами (
и
),
но они не входят в число основных
неизвестных, т.к. уже определены расчетом
консолей. Если консолей нет или они не
нагружены, то
и
равны нулю.
Используемый вариант о.с. является наиболее рациональным. Основную систему можно образовать и другими способами, но тогда расчет невозможно будет выполнить с помощью уравнений трёх моментов.
3.5.
При получении эпюр о.с.
и
использовать известные эпюры для
однопролетных балок длиной пролета
с равномерной нагрузкой (рис. 2, б).
Площадь параболического сегмента эпюры
равна
,
(2)
где
-стрела
параболического сегмента.
3.6.
Уравнения
трех моментов
(УТМ) получены развертыванием применительно
к неразрезной балке канонических
уравнений метода сил.
Их смысл – тождественность перемещений
основной и заданной систем. Для этого
следует над каждой
-й
промежуточной опорой обратить в нуль
взаимный угол поворота
двух торцов, прилегающих к шарниру о.с.
(рис. 3). Из условия
= 0 и вытекает
-е
каноническое уравнение метода сил,
после развертывания и сокращений
принимающее вид УТМ:
,
(3)
где
,
.
Рис. 3
Здесь
,
‑ площади участков эпюры
( нумерация по пролетам приведена на
рис. 4); на рисунке
,
,
,
– расстояние центров тяжести этих
участков эпюр от левого и правого конца
пролета.
Рис. 4
Эпюры
сложного очертания разбиваются на
простейшие фигуры, после чего
и вычисляются как суммы статических
моментов всех частей эпюры, т.е. ,
Замечание. Во многих учебниках стоящие в правой части (3) величины названы «фиктивными опорными реакциями» из-за их совпадения со значениями опорных реакций балок от некоторой «фиктивной нагрузки» в качестве которой принимается эпюра .
Если
нагрузка, а следовательно и эпюра
,
симметрична
относительно середины пролета, то
отрезки
;
при этом
,
и уравнение (3) приводится к виду
.
(4)
Отметим
другой частный случай нагрузки (рис. 5)
– пролет загружен одиночной силой Р;
ее положение в
-м
пролете определено отрезками
и
,
где
– безразмерные числа (
).Вид
эпюры и формула для максимальной ординаты
приведены на рис. 5.
Полагая в типовом уравнении трех моментов (3) или (4) поочередно = 1,2,3, …, , получим систему уравнений. В первое и в последнее уравнение войдут также известные и .
3.7.
Н
айденные
при решении системы УТМ значения
,
и т.д. надо округлить, сохранив 3-4 значащих
цифры. Проверка выполняется подстановкой
их в УТМ; допустимые "невязки"
определяются принятым уровнем округления
(решения, округленные до 0,1
кНм,
содержат погрешность в пределах
± 0,05 кНм). Подробнее ‑ см. пример расчета.
3.8. На незагруженных пролетах эпюра М прямолинейная, на загруженных равномерной нагрузкой – параболическая. Параболические участки в работе построить графически по трем ординатам (рис. 6).
П
ри
этом по концам пролета ab
длиной
отложены известные ординаты эпюры
и
;
известна также стрела параболы
.
Через середины отрезков
и
(точки
и
)
проводим перпендикуляр к ab , на нем
откладываем отрезок
.
Соединяем точку
с a1
и b1.
Делим отрезки
и
на одинаковое четное число равных
частей, точки деления нумеруем, как
показано на рис. 6. Соединив прямыми
одноименные точки, получим ряд касательных
к параболе ( на рис. 6 показана одна из
них 3-3 ), весьма точно определяющих ее
очертание. Крайними касательными служат
и
.
3.9. Поперечные силы з.с. отличаются от поперечных сил о.с. на величину Δ , постоянную для каждого пролета и строятся по формуле
,
(5)
где
дополнительная
поперечная сила от действия основных
неизвестных в
-м
пролете.
3.10.
Если
на участке балки Ki
длиной х
известны значения
и
,
то согласно рис. 7 имеем
Qi
= Qk
– qx;
.
Приравнивая эти выражения к нулю, получаем уравнения для определения абсцисс нулевых точек эпюр. Далее учитываем, что М достигает экстремума в сечении, где = 0 ( или меняет знак ).
3.11.
Реакция
каждой опоры
определяется из условия равновесия ()
бесконечно малого участка балки над
этой опорой с учетом уже известных
значений
справа
и слева от опоры. Для проверки реакций
служит условие равновесия () балки в
целом. Заметим, что оно контролирует
только вычисления
и
,
а ошибки
в составлении и решении УТМ этой
проверкой не обнаруживаются.
