
Расчет стержней и стержневых систем
.pdf
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 ×10−3(м3 ) = 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 ×10−3(м3 ) = 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


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) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|