Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании учеб. пособие для студентов строит. специальностей вузов

.pdf
Скачиваний:
33
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.16 Mб
Скачать

ф

 

 

 

 

 

 

•>(з)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я

Ш

 

 

 

 

 

 

 

L3"WM

Ф

\ PW

 

 

у,

 

\

\ Р < 3 )

 

 

1 5 м

 

, Зм

 

 

 

 

 

Рис. Ѵ Ы 5

 

 

 

 

 

 

а) — заданная

схема

 

 

 

 

 

б) —расчетная

схема

 

 

Решаем совместно эти

 

уравнения:

 

 

 

 

^ 1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф< 0 2 Чі + Ф 2 ' 3 ) 2 і 2

 

 

 

 

 

 

• 2,22^12

 

 

Для определения TI 0 2 ,

Î I 1 3 , Çi12, Q1 3 , Q2i,

£2 22

воспользуемся форму­

лами (VI-21); (VI-23) и

табл. V I - 1 :

 

 

 

 

 

^ 0 2 =

0,5 • 10 • 39,102 . . . .

 

 

 

1 • 5 • 35,098

=1,114;

 

 

Л13

 

 

1 • 5 • 35,098

: 0,2463;

 

 

 

1,5-10-47,545

 

 

 

 

 

 

 

Ои = fan + «и) + Лог ( œ a + ш2 з ) = 258,757 + 1,114221,379 =

=258,754 + 246,616 = 505,370;

йіз = Л 02 («ai со23) = — 58,460; Q 21 = («21 — о)23) = — 52,478;

Q 22 = (CO21 + OJ23) + Î ] 1 3 (co31 + co33) = 221,379 + 0,246 • 338,883 = = 227,379 + 83,466 = 304,846;

Q23 = Ліз (©M co33) = — 0,246 • 51,33 = — 12,6306. По формуле (VI-38)

Ф 2 І З ) = Л і з ^ 3 Ф ^ 3 ) - 6 2 І 2 Ф 2 2 ) . По формулам (ѴІ-44), (ѴІ-46) и табл. ѴІ-5 и ѴІ-6

ф(')

= ф

р ( і )

= 34,2142

100

~ м 7

0,5 • 10

 

 

 

231

 

 

 

 

Ф Р > = Ф { ' > . .£!!!_ =

о ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф<2> = ф(2)

Z i f L =

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф<з> = ф<з>

= 105,687

2

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b3L3

 

 

1,5

10

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф| 0 2 )

= т і 0 2 & ^ 2 Ф І 2 ) - о 1 І 1 Ф І 1 )

= - 0 , 5 • 10 X

 

 

 

 

X

34,214

0,5-10

= —3421,40;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фг'3 ' = 0,2463-1,5-10-105,687

2 0 0

 

= 5201,226.

 

 

 

 

 

 

 

1,5-10

 

 

 

 

 

 

Подставляем

найденные

значения Q l 2 , й і 3 , Q 2 i ,

Œ2 2 , &гз> Ф' 0 2 )

и

Ф 2 | 3 ) в формулы (ѴІ-59) для определения

YX

и Y2:

 

 

 

 

 

 

58,4609 • 5201,226 + 304,846 • 3421,40

 

 

 

 

 

 

58,460 • 52,478 — 304,846 • 505,370

 

 

 

 

 

304068,353 + 1043007,912

1347076,260

=

— 8,92 Т;

 

 

3067,934— 154060,802

150992,892

 

 

 

 

 

 

Y

_

52,478 • 3421,40 +

505,370 - 5201,226

 

 

 

 

 

2

_

58,460-52,478 — 304,846-505,370

 

 

 

 

 

179550,647 + 2628547,268

2808097,900

 

=

— 18,59

Т.

 

 

— 150992,892

— 150992,892

 

 

 

 

 

 

 

 

в

После определения неизвестных усилий YQ, YLF

Y2,

возникающих

шарнирах, балки

освобождаются

от связей

и свободно

лежат на

упругом

основании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

расчете

учитывается, что каждая

балка,

кроме заданных на­

грузок, по концам несет сосредоточенные усилия, возникающие в шарнирах.

Ординаты реактивных давлений, поперечных сил и изгибающих

моментов определяются по расчетным формулам

(11-16), (III-12) и

<І 11-13).

 

Р а с ч е т б а л к и , л е ж а щ е й н а с п л о ш н о м

 

у п р у г о м о с н о в а н и и , при о д н о в р е м е н н о м о п и р а н и и

е е

н а с о с р е д о т о ч е н н ы е о п о р ы *

 

На практике часто встречаются случаи, когда балка, кроме того, что она по всей длине опирается на грунт, еще может иметь по концам или в произвольном месте сосредоточенные опоры.

* Предполагается, что балка от грунта не отстает.

232

Ниже рассматриваются такие комбинированные случаи опирания балки, для которых получены расчетные формулы.

§ 8. Расчет балки, лежащей на сплошном упругом основании, оба конца которой опираются

на сосредоточенные опоры (рис. ѴІ-16)

Рассмотрим балку, лежащую на сплошном упругом основании, оба конца которой одновременно опираются на сосредоточенные опо­ ры. Вследствие этого реактивные давления упругого основания по концам балки равняются нулю. Поэтому на левом конце рх=о = 0:

ûo— « і + «г— а 3 = 0;

 

 

 

 

 

 

 

на правом конце рхшЬ

= 0:

(VI-60)

 

 

 

 

0 0 + ^ 1 + ^2 + ^3 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

Подставляем значения a0,

аъ

 

 

 

 

 

az и a3 из формул (1-38) в урав­

 

 

 

Рис. ѴІ-16

 

нения (ѴІ-60):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) — заданная схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) — расчетная

схема

(8252 — 34а) | л +

- J J - ( К 0

- f К О J — 13 440ß<x

 

 

13 440 +

29а

 

+

 

(5188 +

63а) [ л

+ - ^ -

( К 0 +

К О j +

13 4 4 0 ß a

 

+ 3

 

13 440 +

29а

 

 

 

 

 

 

 

 

[ ( 2 С - ^4) +

К х - К о

(1280 — а) — 8Na

 

Ы

 

 

— 3

 

 

 

 

 

 

 

2048 +

а

 

 

 

 

 

 

 

 

(2С-А)

+

К І - К О

(384

+ а) +

4Na

 

— 10-

 

bL

 

 

 

= 0;

(ѴІ-61)

 

2048 +

а

 

 

 

 

 

 

и

233

 

(8252 — 3 4 а )

 

 

 

 

 

— 13 4 4 0 5 а

 

 

 

 

 

13 440 +

29а

+

 

 

 

 

 

 

 

 

(5188 +

63а) [ л

+

(Y0

+ Y J

+ 13 4 4 0 ß a

 

+

3

 

 

 

13 440

+ 2 9 а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2C-A)

+

 

Уг-Y

 

(1280 — a ) — 8Na

 

 

 

bL

 

 

+

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2048 +

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2C — A)

+

Y

l L t Y °

1 (384 +

а) + 4Wa

 

+ ю

 

 

 

o L

J

 

= 0.

(VI-62)

 

 

 

2048 + а

 

 

 

 

 

После некоторых

преобразований

уравнений (ѴІ-61)

и (VI-62)

получаем

 

Y

Y

 

K l + «із) -ГГ + («и — «із)

"77"

=

 

bL

bL

 

= — [(ши Л + (o1 2 5 (Û1 3 ( 2 C Л) — ш14ЛП;

 

y

y

 

(«и «la) -TT + ( ш « + ю із) Т Г

=

 

oL

bL

 

= — [(о41Л + (oi2B + щ3 (2С Л) +

1 4 /V].

Обозначаем Фл и Ф в

правые части этих

уравнений

( Ф л

= ф ( " + 1 ) , а Ф в = Ф П ;

 

(«и + «із) - j j - + («н — «із) T T " = —

;

(«и — «із) "тгbL + (ю м + ^із) bLT T

=

.ф.

 

 

 

(VI-63)

(VI-64)

(VI-65)

(VI-66)

Решаем совместно уравнения (VI-65) и (VI-66) относительно YQ

 

У* =

— — [(«и + ©is) Фл (шц — w1 3 ) Фв ];

(VI-67)

 

 

4 ( O u c o 1 3

 

 

 

 

УІ

bL

• [(«и +

«із) Фв («и — «із) Фл ] .

(ѴІ-68)

 

4 < о п ш 1 3

По

формулам

(ѴІ-67)

и (ѴІ-68) можно определить реакции Y0

и YLT

возникающие на балке со стороны опор, установленных по кон­

цам балки при любой нагрузке,

расположенной на ней. После того

как определятся

Y0 и YLT

балка

будет рассматриваться как обычная

простая балка, лежащая на сплошном упругом основании, нагружен­ ная, кроме заданных нагрузок, силами Y0 и YLT приложенными по ее концам.

234

Подставляя найденные значения Y0 и Yi в формулы (1-2), (1-38), (1-39) и (1-40), найдем величину реактивного давления упругого осно­ вания на балку в произвольном месте, значения поперечной силы

иизгибающего момента в любом сечении. Для иллюстрации ниже

приводим практические при­ меры комбинированного опирания балки.

Пример ѴІ-9. Балка дли­ ной L и шириной Ь, нагру­ женная одной сосредоточен­ ной силой Р посередине, ле­

жит

на упругом

 

основании

и

одновременно

по

концам

опирается

на

сосредоточен­

ные

опоры

(рис. ѴІ-17, а).

 

Требуется

определить

Y0,

Yx

и построить

эпюру

р,

если

Р = 100 Т;

L =

10 м;

Ь =

1 м; а = 500.

 

 

 

 

Р е ш е н и е .

 

Пользуясь

формулой

(ѴІ-67)

и табл.

ѴІ-1,

ѴІ-5 и ѴІ-6, получаем

 

 

 

Ы

[(<»ІІ

+

 

 

4 с о п с о 1 3

 

 

 

 

 

 

3)

-

K

i ­

 

»із)Фв]

 

 

 

e l

 

 

• X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 • 258,153 • 312,369

 

P = 100T

 

i

5^

 

L

 

 

S)

\I°°T

 

Y0=1,81T

У0=1,8П\

 

L-ÎOM

 

 

Эпюра p

- «s** — •

ojCa csT Lri

1 3 i f

SfT

 

Рис.

VI-17

а) • - з а д а н н а я

схема

б) -- р а с ч е т н а я

схема

\Р=100т

 

 

WM/ШШМШМ/МШі

L=10M

 

ф , YfJJ,8850 100 т

Y,=5,0588T

X(570,522 • 9,386

bL

L=10M

+ 54,216-9,386-— )--=

 

 

 

Эпюра p

 

 

bL J

 

 

 

 

 

= 0,018P.

 

 

 

 

со

В

Вследствие

симметричной

 

 

 

2? §•

§-

 

 

 

 

 

нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

Y0= Г Х = 0,018Р

T.

 

Рис.

VI-18

 

Пользуясь

табл.

II1-1,

а) • • заданна я

схема

 

б) •

- расчетная

схема

 

строим эпюру р (рис. VI-17,б).

 

 

 

 

L и шириной

Ь

 

 

Пример VI-10. Балка длиной

нагружена одной

сосредоточенной силой Р, приложенной на расстоянии 13= 0,3 L от левого конца. Эта балка лежит на упругом основании и одновременно концами опирается на сосредоточенные опоры (рис. VI-18, а).

Требуется определить Y0, Yx и построить эпюру р, если Р = 100"Г; L = 10 м; Ь = 1 м, а = 250.

235

Р е ш е н и е . По условию

0,3L

ß 0,3.

Пользуясь формулой (ѴІ-67) и табл. VI - 1; ѴІ-5 и ѴІ-6, получаем:

Ы

- [(©„ + <а18) ФА

— («и — ш1 8 ) Фв

] =

 

ы

 

 

 

4 • 143,776 • 195,106 [338,883 • 105,687 —(—51,33) (—0,741)] X

Р

 

1

 

 

 

112 206,631 [35 815,527 — 38,081] Р =

=

 

—0,3188 • 100 = —31,88 Т.

 

По формуле (ѴІ-68) и табл. ѴІ-1; ѴІ-5 и ѴІ-6

 

Ы

• [(©и + ©и) Фв — (<öu

13) Фл ] =

УІ =

 

4 » і і « і з

 

1

• [338,883 (— 0,741) — (—51,33) 105,687] Р =

112 206,631

=

—0,05058 • 100 = —5,058 T.

 

После определения УоиУхПО табл.

III-1 строим эпюру р (рис.ѴІ-18, б) Пример VI-11. Балка длиной L и ши­

 

L=10M

 

 

риной Ь, нагруженная

на правой

части

 

 

 

равномерно

распределенной

 

нагрузкой

 

д=20 т2

Y=612ÛT 1' л е ж и т н а

упругом основании и одно-

tYfl6,29T

1

временно обоими концами опирается

на

 

Г I I

t

і I

J

сосредоточенные опоры (рис. VI-19, а).

 

"

 

 

 

Требуется

определить

К 0

и

Yx и

 

L=10M

 

 

построить

эпюру

р, если q =

20

ТІм2;

 

 

Эпюра р

Ъ = 1 м; L =

10 м; /„ = 0,4; а

=

100.

 

 

 

 

 

Р е ш е н и е .

По условию

 

 

 

 

<< со к

ь

а.

 

 

 

0,4L

= 0,4.

 

 

 

 

 

Рис. ѴІ-19

 

 

Пользуясь формулой (ѴІ-67) и табл.

а) —заданная

схема

 

б) — расчетная

схема

 

V I - 1 ; ѴІ-3 и ѴІ-4, получаем

 

 

 

 

 

Yn

 

bL

г

[(°>11 + °>1з) Ф А —

 

ш1в)Ф в ]

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4«іі «із

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 •

10

[221,379 • 1,964 — (— 52,478) 63,507] q =

4 . 84,450

• 136,929

236

 

= —0,814-20 = — 16,2907.

По формуле

(ѴІ-68) и табл. V I - 1 , ѴІ-3

и V1-4

УІ = -

4 и и а » 1 3 + Ы ФВ - Ы — <•>»)Ф,] =

 

Ь 1

 

1 • 10

— (— 52,478) 1,964] q =

4 • 84,450 • 136,929 [221,379 - 63,507

= —3,06e = — 61,20 Т.

Определив Y0 и Yx по табл. 11-1 и Ш - 1, строим эпюру р (рис. V1-19).

§ 9. Расчет балки, лежащей на сплошном упругом основании, один конец которой опирается

на сосредоточенную опору (рис. ѴІ-20)

Пусть балка, лежащая на сплош­

 

ном

упругом

основании,

нагружен­

Л г Л Ш

ная произвольными

нагрузками, од­

новременно опирается правым

концом

V г — 1

ьа

сосредоточенную

опору

(рис.

ѴІ-20). Для

определения

неизвест­

 

ной

опорной

силы

У'і

воспользуем­

Рис. ѴІ-20

ся

уравнением (ѴІ-64), исключив из

него Y0. Тогда

уравнение примет вид

 

 

 

 

" (А +

11]

 

 

( 2 С - Л )

+ - £ - + *UN

= 0.

(ѴІ-69)

+ Ш і г о +

0)13

 

 

bL

 

 

Решаем

уравнение (ѴІ-69)

относительно Vj.:

 

 

Y,=

ч.

[о)и Л + (o1 2 ß +

 

Ü)13 (2С - А) +

о>14УѴ],

(ѴІ-70)

 

 

или

 

Yi

bL

•Ф

 

(ѴІ-71)

 

 

 

 

 

 

 

Пользуясь формулой

(ѴІ-71) и табл. VI - 1, ѴІ-3, ѴІ-4, ѴІ-5, ѴІ-6,

ѴІ-7 иѴІ-8, можно легко определить Yx

 

при любом загружении

балки.

Определив

силу реакции

Yt,

включаем ее в состав заданных

сил и

рассматриваемую балку рассчитываем как балку, лежащую на сплош­ ном упругом основании.

Пример VI-12. Балка длиной L и шириной Ъ, нагруженная по всей длине равномерно распределенной нагрузкой q, лежит на упругом •основании и одновременно правым концом опирается на сосредоточен­ ную опору (рис. ѴІ-21,а).

Требуется определить Y0, Yx и построить эпюру р для трех значе­ ний а: а = 0; 300 и 500, если q = 10 Т2; b = 1 м; L = 10 м.

237

ф,q=10T/M*

пт т т

L=10M

 

 

Эпюра p

^ « -

°Э

<J-" >ГГ СчГ tN w ==>

oL=ß

 

 

Y.-32J

T

 

 

 

Эпюра p

î- si

^

^ S s; îS S3 £; _

î î3 ^

w

OQ

tQ" r-Q"

Р е ш е н и е . По условию

В = J ü - = 0.

^ L

Пользуясь формулой (ѴІ-71) и табл. VI-1 и ѴІ-3, получаем: для а = О

 

 

 

Ы

 

 

1 • 10

X

 

 

 

щ ц +

ю ц

"

151,994

 

 

 

 

X

48,775^7 = —3,210(7 = —32,10 7;

ДЛЯ

а =

300

 

 

 

 

Y, =

-

ы

 

•Фг

1 • 10

X

» і і +

оо1 3

381,63

 

 

 

"

 

X 76,346с = —2(7 = —20 7;

для а = 500

 

 

q=10 T/nz

Эпюра p

C\j

 

? 5 Ort

Cri N4 (Q

S

4 °Cf °CT OQ t-V ^О" од" ^

 

 

cL=500

 

 

 

Y=-17,10 T

 

 

д=!0т/м2

 

 

 

Р и с . V I - 2 1

 

 

а) — з а д а н н а я

схема

 

б)

— р а с ч е т н а я

схема

bL

Ф о = _ ^ і і 0 _ х

« п + ^ і з

°

570,522

Х97,626(7 = — 1,71(7 = — 17,10 7.

Пользуясь табл.

11 -1 и I I I - l ,

строим

эпюры р для трех

значений

а

(а = 0;

а = 300 и а = 500) (рис. ѴІ-21,6).

§ 10. Расчет балки переменного сечения, лежащей на сплошном упругом основании*

Рассмотрим балку длиной L , у которой в произвольном поперечном сечении момент инерции изменяется скачкообразно (рис. ѴІ-22). Мысленно разрезая балку в месте изменения момента инерции, полу­ чаем две балки конечной длины и постоянного поперечного сечения, каждая из которых находится под действием внешних нагрузок и моментов, а также неизвестных — поперечной силы Ус и изгибающего

* С и м в у л и д и

И . А . Р а с ч е т б а л к и п е р е м е н н о г о с е ч е н и я ,

на с п л о ш н о м у п р у г о м

о с н о в а н и и . I I I том V I В с е м и р н о г о к о н г р е с с а .

1965.

 

ле ж а щ е й

Ка н а д а ,

238

момента Мс. Последние мысленно прикладываются в местах разреза вместо отброшенных частей балки.

Для получения общего решения грунт основания под каждой балкой принимается разным и рассматривается как сплошная упругая среда, а для нахождения деформации грунта используется уравнение плос­

кой задачи

теории

упругости

(плоская деформация).

Каждая отсе-

а) М?

f'f%

f?]M?

К " ? ГкШ

f

/

ь Hl

Ж.

Ii.

МС U

б)

Рис. ѴІ-22

а ) — заданная схема б) — расчетная схема

ченная балка рассматривается как тонкий упругий брус, деформирую­ щийся по его длине; реакции основания принимаются в виде целой алгебраической функции третьей степени.

При выводе расчетных формул для каждой балки, кроме условий равновесия и граничных условий, используются следующие условия (начало координат первой балки принимаем на левом ее конце, а вто­ р о й — н а правом)*:

равенство прогибов балки и грунта на левом ее конце; равенство ординат обеих кривых в середине балки;

равенство площадей, образованных ординатами обеих линий де­ формаций;

равенство третьих производных обеих функций прогибов в сере­ дине балки.

Кроме приведенных контактных условий прилегания балки к грунту основания, ставятся условия:

равенство прогибов обеих балок в месте разреза; равенство углов наклона касательных в месте разреза.

В результате использования этих условий получаются уравнения:

* Если равенство прогибов обеих кривых на левом конце второй балки заменить равенством прогибов на правом ее конце, то начало координат второй балки можно взять на левом ее конце.

239

 

В1 5 КС + 8 1 6 М С = 8І р ;

 

(ѴІ-72)

 

2Р>

где У с — неизвестная

поперечная сила в месте разреза;

Мс — неизвестный

изгибающий момент в том же месте.

ВеличиныôіБ ; ôi 6 ; ô25 йоге, входящие в уравнения (ѴІ-72), зависят только от характеристики грунта, материала балки и от ее размеров*.

Величины 8\р йог? зависят как от характеристики грунта, мате­ риала балки, ее размеров, так и от вида и величины расположения нагрузки.

Для

определения ôi 5 ;

ôi 6 ;

ô 2 5 ;

ô 2 e ;

бія

и бгя получены

формулы:

 

 

Ьа =

(т°п

+

т?з) +

ц (т», +

т° 3 ) ;

 

 

 

 

к

=

[ І " ( І т ° 2 +

2

< +

<

 

+

Т т ° 5 ) ~

 

 

 

_

i r ( i m

° 2 +

2 m

' 3 +

m

M +

 

T<)]«

(VI-73)

 

 

S25 =

(^н +

di3)

— X (d2 2

+ d23),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

• ^ - + 2d2 3 + d 2 4

+ - i i - d 2 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

biP

= r

i S

(2)

 

 

 

 

 

 

(VI-74)

 

 

 

 

 

82 р =

_ [ [ / ' " + Ш ( 2 ) ]

 

 

 

 

 

 

 

 

В этих

формулах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5<"» =

[m°nlAw

+

т°п2Вм

+ т°п3

(2С<"> -

Л<">)] + т „ 4 ^ » ) +

+ mпЪ

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L 4

 

/(")

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

4 " ' ) "

I

V

n ( " )

 

( ^ л — 4 ? ' )

3

+

•2W (n)

(VI-75)

+ 2 м;

 

 

2!

 

'

 

 

 

3!

 

 

8L„

 

UM

 

=

[гіл 1 Л("> +

dn2BM

 

+ dn3(2C(n)-AM)

+ dniNw

+

 

 

 

 

 

 

 

+

dn^Ln]bnLn.

 

 

 

 

(VI-76)

* Буквенные обозначения этой главы не связаны с буквенными обозначе­ ниями других глав.

240

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ