Часть 2. Задание с исследовательскими элементами творческого поиска
Выдается индивидуально каждому студенту в зависимости от его способностей. Студентами самостоятельно ставится новая задача, направленная на улучшение НДС исходной балки, полученного в первой части расчета. Выбираются регулируемые параметры (что регулировать) и выбирается критерий регулирования (что хотим получить в итоге).
Регулирование усилий и перемещений в конструкциях может быть выполнено различными способами:
изменением геометрической схемы сооружения;
трансформацией внешних воздействий (использование распределительных нагрузочных устройств) или дополнительным догружением;
предварительным напряжением отдельных элементов;
подбором соотношения жесткостей элементов сооружения;
смещением ( осадкой) опор;
выбором способов монтажа отдельных элементов конструкций.
Пример реализации некоторых из этих способов рассмотрен в приложении 2.
Для быстрого исследования различных параметров влияния на НДС балки студентам предлагается выполнить расчеты на ПЭВМ с привлечением программных комплексов типа ANSYS, INTAB–12, ЛИРА и др. Перед началом работы студенты должны самостоятельно изучить вопросы регулирования и синтеза конструкций, изложенные в списке дополнительной литературы.
Выполнение части 2 способствует творческому поиску, активатизации роли обучающихся и выработке у них инженерной интуиции.
Рис. 15
Рис. 16
Таблица
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Регулирование усилий изменением геометрической схемы
Этот способ предполагает перестановки внутренних и внешних связей (изменение положения промежуточных опор и шарниров по длине сооружения, устройство дополнительных консольных элементов и др.), а также добавление или устранение связей в конструкциях.
Пример 1 [7]. Для многопролетной шарнирной балки требуется найти положение промежуточной опоры В и шарниров D и Е, при которых максимальные моменты в пролетах и опорах будут одинаковые (рис. 17).
Рис. 17
Решение.
При a
= c
,
.
Из уравнения
получим
,
.
Для правого пролета
при
.
При этом условию
соответствует решение
.
Усилия в балке не изменятся, если какой-нибудь из шарниров перенесем в другую нулевую точку эпюры М.
Регулирование усилий изменением схемы передачи нагрузок
Этот способ может выполняться как путем привлечения дополнительной нагрузки (например, пригрузки консолей), так и статически эквивалентного преобразования заданной нагрузки.
Пример 2 [7]. С помощью балочного передающего устройства (рис. 18а) добиться уменьшения момента на опоре В на 25%. Выбрать длину передающего устройства и его параметр 2Х.
Рис. 18
Для выявления перераспределяющих возможностей представленных схем воспользуемся линией влияния МВ (рис. 18г).Здесь пунктирная линия соответствует условию при передачи по схеме а. Передающие устройства по схемам б и в не изменяют линии влияния, а следовательно, не обладают перераспределяющими возможностями.
Без устройства
момент на опоре В равен:
.
При наличии передающего устройства по схеме а момент на опоре В равен:
.
По условию задачи 0,75 МВ0 = МВ или
.
Откуда
.
Условию задачи удовлетворяет х ≈ 0,353 l.