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

Расчет стержней и стержневых систем

.pdf
Скачиваний:
806
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
3.89 Mб
Скачать

151

одном, наиболее напряженном сечении каждого пролета, напряжения равнялись допускаемому, следует определить соотношения жесткостей, пропорцио-

нальных

моментам

 

инерции,

вычисленным

из

условий прочности

( J

1

= J

2

= 9840 см4 , J

3

= 2790cм4 ). Если принять k =1, то

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ1

 

 

 

l2

 

 

J1 ×l2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2

=

 

×

 

 

=

=

9840×9

 

= 2,25

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ2

 

 

9840× 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1

 

J2 ×l1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k3

=

 

EJ1

×

l3

=

 

J1 ×l3

=

 

9840×5

= 4,4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ3

 

9840× 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1

 

 

 

J3 ×l1

 

 

 

 

Эти

соотношения

жесткостей

 

удовлетворяют условию прочности при

эпюре изгибающих моментов (см. рис. 3.21, в), построенной при k1 = 4/3 =1,33, k2 = 9/5 =1,8, k3 = 5/ 2 = 2,5 . Поэтому необходимо провести расчет при новых соотношениях жесткостей: k1 =1, k2 = 2,25, k3 = 4,4 . Если значения эпюр из-

гибающих моментов и повторного и первоначального расчетов будут мало отличаться друг от друга и при подборе поперечных сечений из условия прочности номер`а двутавров совпадут с номерами двутавров сечений, подсчитанных с учетом приведенных жесткостей ( k1 =1, k2 = 2,25, k3 = 4,4 ), то расчет нераз-

резной балки заканчивается. В противном случае расчет необходимо повторить. Расчет при новых соотношениях жесткостей. Уравнение (3.16) запишем в

виде;

2M 2 (1+ 2,25)+ M3 ×2,25 = -6[26,66 ×1+ 60× 2,25];

M 2 × 2,25 + 2M3(2,25 + 4,4)- 40 × 4,4 = -6[60 × 2,25 +15,625× 4,4]

или

6,5M2 + 2,25M3 = -969,99 ; 2,25M 2 +13,3M3 = -1046,5 .

Решение этих уравнений дает значение лишних неизвестных

M 2 = -129,6 кН ×м ; M3 = -56,8 кН × м.

Опорные реакции при этом получаются равными

R1 = 47,6 кH ; R2 =180,5 кH ; R3 = 80,3 кH ; R4 = 61,6 кH .

Статическая проверка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1 + R2 + R3 + R4 - q1l1 - 2P2 - P3 - q4l4 = 47,6 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+180,5 + 80,3 + 61,6 - 40 × 4 - 60× 2 - 50 - 20× 2 = 370 - 370 = 0 .

 

Кинематическая проверка: при κ1 =1, κ

2 = 2,25,

κ

3 = 4,4

коэффициенты

ki = li κi

 

получат

 

 

новые

 

значения:

 

 

 

k2 = 4,

 

k3 =1,136.

Тогда,

согласно

рис. 3.20, ж, е, перемещение на опоре 3 будет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

é

1

 

60 ×9 æ 9

 

 

 

ö

1

 

9

 

1

 

1

 

 

50 ×5

 

5

 

1 æ

1

 

 

5

 

5 ö

 

1

 

d3

=

 

 

ê

 

×

 

 

 

ç

 

+ 9÷ ×

 

 

×

 

 

×

 

 

 

+

 

×

 

 

×

 

×

 

 

ç

 

×

 

+

÷

×

 

 

+

 

EJ0

2

3

9

2

4

2

4

2

5

3

2

1,136

 

 

 

ë

 

è 3

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

2 ø

 

 

 

 

 

 

 

+

 

1

×

50 ×5

 

×

5

×

1

×

2

×

5

×

 

 

1

 

 

- 56,8×9×

 

1

×

9

×

1

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

1,136

 

9

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

5

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

1

(129,6 - 56,8) ×9×

1

×

1

 

×9×

1

 

- 40×5×

1

×

5

×

 

1

-

 

 

 

 

 

9

3

 

4

 

 

 

1,136

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

2

 

 

 

 

-

1

(56,8 - 40)5×

1

×

2

×5

×

 

 

1

 

ù

=

 

1

 

(203,74

- 203,84) =

0,1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ú

 

 

 

 

 

2

5

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ0

 

 

0,1×100%

 

 

 

 

1,136û

 

EJ0

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность

 

= 0,05% .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

203,84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строим эпюры Qy (x)

и M z (x)

(рис. 3.22, б, в). Из эпюры M z (x) определя-

ем M max = 98,93 кН × м . Из условия прочности определим момент сопротивления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W =W =

 

 

M

 

max

=

 

98,93 ×103

= 0,618 ×10−33 ) = 618 (cм3) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

[s]

 

 

 

 

 

 

160 ×106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по

 

 

сортаменту

 

 

определим

 

W =W = 597(cм3),

 

двутавр

номер

33,

 

 

 

 

 

 

 

 

= 9840 cм4 , p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

1

= J

2

 

 

= p

2

= 42,2 кг/м .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка по прочности показывает, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s =

 

M

 

max

 

=

98,93×103

 

 

=165(МПа) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

табл

0,597 ×10−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\перенапряжение 3% (что допустимо);

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

max × Smax

 

 

 

 

112,4 ×103 × 0,6339 ×10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

=

 

 

 

=

 

 

= 55 (МПа) <100 (МПа) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J2

 

× b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,984 ×10−4 × 7 ×10−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W =W = 251cм3 ;

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

3-м

 

и

 

 

 

 

 

4-м

 

 

 

 

пролетах

 

 

M

4

= 40 кН × м ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2780 cм4 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

 

J

3

= J

4

 

 

 

 

 

p

 

 

 

= p

4

 

= 25,8 кг/м .

 

Проверка

по

 

прочности

дает:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

3

=

 

M3

 

max

=

 

 

40 ×103

 

 

 

 

 

= 158,1(МПа) , т.е. недонапряжение 1,18 % ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10−3

 

 

 

 

 

W табл

 

 

0,253 ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t3

=

 

 

Q

 

max × Smax

=

 

 

51,9 ×103 × 0,141×10−3

 

= 49,4 (МПа) <100 (МПа) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J3

× b

 

 

 

 

 

 

 

 

0,279 ×10−4 × 5,3×10−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масса балки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G = p1(l1 + l2 ) + p3(l3 + l4 ) = 42,2 ×13 + 25,8 × 7 = 72,92 (кгс) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неразрезная балка постоянной изгибной жесткости

 

 

 

 

 

 

 

Имеем k1 = k2 = k3 = k4 =1. Тогда k1 = l1 = 4 ; k2 = l2 = 9 ; k3 = l3 = 5 и урав-

нения (3.16) примут вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éS

 

 

 

S

23

ù

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

1

 

×l +

2M

2

(l + l

2

) + M

3

×l

2

 

= -6ê

 

11

 

+

 

 

ú ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

ê

 

l

 

 

 

 

l

2

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ë

 

1

 

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éS

22

 

 

S

34

ù

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

2

 

 

×l

2

+

 

2M

3

(l

2

+ l ) + M

4

×l = -6ê

 

+

 

 

 

 

ú ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

ê

l

2

 

 

 

l

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ë

 

 

 

 

 

 

3

û

 

 

153

 

2M 2(4 + 9)+ 9M3 = -6[106,66 + 540];

 

9M2 + 2M3(9 + 5)- 40 ×5 = -6[540 + 78,125];

 

26M2 + 9M3 = -3880,0 ; 9M2 + 28M3 = -3508,75.

 

Из решения уравнений находим M 2 = -119,1кН × м ;

M3 =

= -87, 02 кН × м .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опорные

 

реакции

 

 

R1 = 50, 22 кH ;

 

 

R2 =173, 34 кH ;

R3 = 90, 84 кH ;

R4 = 55, 6 кH .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статическая проверка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1 + R2 + R3 + R4 - q1l1 - 2P2 - P3 - q4l4 = 50,22 +

 

 

+173,34 + 90,84 + 55,6 - 40 × 4 - 60 × 2 - 50 - 20 × 2 = 370 - 370 = 0 .

Кинематическая проверка (рис. 3.20, з, е):

 

 

 

P l

l

 

 

 

 

l

l

 

 

 

 

1

é1

P l

 

æ l

 

 

ö

 

l

 

 

1

 

 

æ

1

 

ö

d

 

=

 

 

 

× 2

2

ç

 

2 + l

 

÷

× R

 

2

+

 

×

3 3

×

3

× R

ç

 

×

3

+

3

÷ +

3

 

ê

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ0 ë2 3

 

è

3

 

ø

 

2 2 4 2

 

è

3 2 2 ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

154

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

1

P3l3

×

l3

 

× R ×

2 ×

l3

- M

 

 

×l

 

× R ×

l2

 

-

1

 

(M

 

- M

 

)l × R ×

l2

- M

 

×l × R ×

l3

-

4

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

4

3

2

 

3

 

1

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

3

 

2

2

 

3

 

 

 

4

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

(M

3

- M

4

)l × R ×

×l

 

ù =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

4

3

 

3

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

é

1

 

60×9

æ 9

 

 

ö

 

1

 

 

9

 

 

1

 

50 ×5

 

 

 

5

 

1 æ 1

 

5

 

5

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

ê

2

×

3

 

ç

 

 

+

9÷

×

9

×

2

+

2

×

 

4

 

×

 

2

×

ç

×

2

+

2

÷ +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EJ0 ë

 

 

è 3

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 è 3

 

 

ø

 

 

 

 

+ 12 × 504×5 × 52 × 15 × 23 × 52 - 87,02×9× 19 × 92 -

-12 (119,1- 87,02) ×9 × 19 × 13 ×9 - 40×5× 15 × 52 -

 

1

 

1

 

2

ù

 

1

(618,12

- 618,08)=

0,04

 

-

 

(87,02 - 40)5×

 

×

 

×5ú

=

 

 

.

2

5

3

EJ0

EJ0

 

 

 

û

 

 

 

 

Погрешность 0,04×100% = 0,007%. 618,12

Строим эпюры Qy(x) и M z(x) (рис. 3.22, г, д). Из эпюры M z(x) определяем M max = 82,3 кН × м . Подбираем размеры балки двутаврового сечения

 

 

 

 

Wz =

 

 

M

 

max

=

82,3 ×103

= 0,514 ×10−33 ) = 514 (cм3) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[s]

 

 

160 ×106

 

 

 

 

 

 

 

Wz = 518 см3 ,

По ГОСТу

 

имеем

двутавр

номер 30а,

 

для которого

J z = 7780 см4 , p

= 39, 2 кг/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка на прочность показывает, что:

 

 

 

 

 

 

smax

=

 

 

 

M

 

max

=

 

82,3 ×103

=158,8 (МПа) , недонапряжение 0,69%;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,518 ×10−3

 

 

 

 

 

 

 

Wz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tmax =

 

Q

 

max

× Szотс

=

109,78×103

× 0,292 ×10−3

= 6,33 (МПа) <100 (МПа).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J z × b

 

 

0,778×10

4 × 6,5 ×10−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравним варианты расчетов неразрезной балки по массе. Масса балки при

произвольно заданном соотношении жесткостей на

 

954,1- 729, 2

×100% = 30,08%

729,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

больше, а масса балки с постоянной жесткостью на

784 - 729,2

 

×100% = 7,5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

729,2

 

 

больше, чем масса балки с оптимальным соотношением жесткостей ( κ1 = 1, κ2 = 2,25, κ3 = 4,4 ). Таким образом, рациональный подбор соответствующих жесткостей дает значительную экономию в массе.

155

3.7. Задание на выполнение расчетно-графической работы «Расчет неразрезных балок»

Целью задания является расчет в исследование объема неразрезной балки при изменении нагрузки, жесткости и формы поперечного сечения.

Для заданной схемы (рис. 3.23 или 3.24) требуется:

1) построить эпюры перерезывающих сил в изгибающих моментов, подобрать размеры балки двутаврового и прямоугольного поперечного сечений (при отношении сторон прямоугольника α = hb ) для ступенчато переменного по-

перечного сечения и проверить прочность балки по нормальным и касательным напряжениям для обоих сечений;

2)выполнить второй вариант расчета для балок постоянной жесткости, т.е. при ki = 1;

3)графическая часть задания для двух вариантов расчета должна содержать: схематический чертеж заданной балки (в масштабе) с указанием размеров

инагрузки, схематический чертеж основной системы; эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов.

Примечания.

нагрузки принять: q0 = 10 кН/м;

l0 =1 м; P0 = 10 кН;

1. Основные

M 0 = 2 кН∙м; остальные данные взять из табл. 3.2, воспользовавшись шифром,

который выдал преподаватель, и соотношениями;

qi = q0mi ; Pi = P0mi ;

Mi = M0mi ; li = l0ni ;

Ii = I0ki , где i =1; 2; 3; 4.

 

2.Материал балки вдоль оси один и тот же (постоянный): [σ] =140 МПа;

[τ]= 80 МПа.

3.Для рис. 3.24 номер схемы выбирается по шифру. Сосредоточенные внешние силы и моменты приложены в серединах указанных пролетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2

Номер

m , n

m

2

, n

2

m , n

m

4

, n

4

k

k

2

k

3

, α

k

4

 

Номер схемы

строки

1

1

 

 

3

3

 

 

1

 

 

 

 

 

для рис. 3.24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

в

 

б

 

 

 

а

 

б

в

 

 

г

а

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

10

 

 

6

 

2

 

 

1

 

1

5

 

2

1

 

1

2

9

 

 

6

 

3

 

 

2

 

2

4

 

3

2

 

2

3

8

 

 

7

 

4

 

 

3

 

3

3

 

4

3

 

3

4

7

 

 

8

 

5

 

 

4

 

3

2

 

5

4

 

4

5

6

 

 

9

 

5

 

 

4

 

2

1

 

4

4

 

5

6

5

 

 

10

 

6

 

 

3

 

1

3

 

3

3

 

6

7

4

 

 

2

 

7

 

 

2

 

2

4

 

2

2

 

7

8

3

 

 

3

 

8

 

 

1

 

3

2

 

3

1

 

8

9

2

 

 

4

 

9

 

 

2

 

4

3

 

4

2

 

9

0

4

 

 

5

 

10

 

 

3

 

5

2

 

2

3

 

10

156

Рис. 3.23

157

Рис. 3.23 (продолжение)

158

Рис. 3.24

159

4. РАСЧЕТ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ НА СЛОЖНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

4.1. Расчетные соотношения для стержней при действии нагрузки общего вида

В реальных стержнях под действием произвольной нагрузки возникают одновременно все виды деформаций. Решение в этом общем случае получается по принципу суперпозиции линейных задач, согласно которому следует складывать одноименные величины, найденные для отдельных видов деформаций. Однако для отдельных видов деформации решения были получены в главных центральных осях поперечного сечения, которые далее обозначим x, y, z .

Чтобы решить задачу, необходимо, очевидно, предварительно разложить нагрузку общего вида по указанным осям. После этого следует найти (построить) эпюры внутренних силовых факторов в этих осях. Их будет шесть, по числу составляющих двух векторов (силы и момента) в поперечном сечении Q {Qx*, Q*y , Q*z }, M {M x*, M *y , M *z }. Напомним, что эпюры внутренних силовых

факторов Qx (x)= N(x), Qy (x), Qz (x), M x (x), M y (x), M z (x) строятся для величин, которые совпадают с проекциями векторов с точностью до знака.

Когда найдены эпюры внутренних силовых факторов, можно определить, например, нормальные напряжения в поперечных сечениях. Эти напряжения вызываются тремя из шести силовыми факторами N(x), M y (x), M z (x)

σx 1

σx 2

σx 3

= N(x) , F

=MIzz(x) y ,

=M y (x)z . I y

(4.1)

(4.2)

(4.3)

При одновременном действии всех трёх внутренних силовых факторов N(x), M y (x), M z (x) возникающие в поперечных сечениях нормальные напря-

жения представляют собой по принципу суперпозиции сумму напряжений от

каждого из силовых факторов

 

 

 

 

 

 

 

 

σx = σx 1 + σx 2

+ σx 3

=

N(x)

M z (x)

y

M y (x)

z ,

(4.4)

F

 

I z

 

I y

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда видно, что в общем случае напряжение σx представляет собой функцию всех трёх координат x, y, z :

σx = σx (x, y, z) .

(4.5)

Зависимость этого напряжения от продольной координаты x определяется зависимостями от этой координаты эпюр внутренних силовых факторов. В направлении же поперечных координат зависимости линейные. Если зафиксиро-

160

вать координату x, т.е. рассмотреть одно из поперечных сечений, то коэффици-

енты в соотношении (4.4) будут постоянными. Обозначим их

 

a =

N(x)

, b = −

M z (x)

, c = −

M y (x)

.

(4.6)

F

 

Iz

 

I y

 

Нормальное напряжение в выбранном поперечном сечении будет функцией только от двух координат y и z, а поскольку эти зависимости линейны, поверхность, изображающая нормальное напряжение, окажется плоскостью, что видно и из получающейся формулы для напряжений

σx = σx (y, z)= a + by + cz .

(4.7)

Плоскость поперечного сечения и плоскость напряжений σx (y, z)

могут

пересекаться (рис. 4.1). Пересечение плоскостей происходит по прямой линии. Уравнение этой прямой получается, если положить нормальное напряжение в

сечении равным нулю σx = 0 :

 

 

 

 

 

 

a + by + cz = 0 .

 

 

(4.8)

 

σx (y, z)< 0

нейтральная

Напомним, что прямая, на которой

 

y

 

 

линия

 

отсутствуют

нормальные напряжения в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поперечном

сечении, называется ней-

z 0

 

 

 

 

тральной линией. В зависимости от па-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

раметров задачи нейтральная линия мо-

 

 

 

 

 

 

жет пересекать контур сечения, как это

 

 

 

 

 

 

изображено на рис. 4.1, так и проходить

 

 

 

 

σx (y, z)> 0

x

вне сечения. Нейтральная линия (н.л.)

 

 

 

 

отделяет, очевидно, растянутую часть се-

 

 

 

 

Рис. 4.1

 

чения, где σx > 0 , от сжатой его части,

где σx < 0 . Если нейтральная линия проходит вне контура сечения, то всё сече-

ние оказывается под действием напряжений одного знака.

В рассматривавшихся теориях сдвига и кручения стержней предполагалось, что от перерезывающих сил Qy (x), Qz (x) и крутящего момента M x (x)

нормальных напряжений не возникает.

Помимо нормальных напряжений в поперечных сечениях стержней могут действовать касательные напряжения. Последние возникают под действием как раз перерезывающих сил и крутящего момента. Касательные напряжения от перерезывающих сил могут быть грубо оценены как средние по сечению

τxy сд = −

Qy (x)

, τxz сд = −

Q

z

(x)

 

 

 

(4.9)

F

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или тоже приближённо, но более точно по формуле Журавского

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

τxy сд = −

Qy (x)Sz (y)

,

τxz сд

= −

Qz (x)S y (z)

.

(4.10)

Izb(y)

 

I y b(z)