Решение
1.
Найдем реакции опор. Для этого разделим
балку на две части, освободим её от
связей и заменим их действие реакциями.
К обеим частям приложим усилие
взаимодействия в шарнире С
(рис. 1.8б). В связи с тем что сумма проекций
внешних сил на ось Z
равна нулю, реакция
равна нулю.
Для левой части балки составим уравнения равновесия сил:
![]()
,
,
откуда
.
Таблица 1.8
|
1 |
2
|
|
3
|
4 |
|
5
|
6 |
|
7
|
8
|
|
9
|
10
|
Продолжение табл. 1.8
|
11
|
12
|
|
13
|
14
|
|
15
|
16
|
|
17
|
18 |
|
19 |
20 |
Окончание табл. 1.8
|
21 |
22
|
|
23 |
24
|
|
25 |
26 |
|
27 |
28
|
|
29 |
3
о о |

Из
уравнения
имеем:
,
.
Для
правой части балки
![]()
,
.
Из
уравнения
имеем:
,
.
Выполним
проверку. Для всей конструкции
т.е.
,
.
Таким образом, реакции опор найдены правильно.
2. Разделим обе части балки на три участка (рис. 1.8б) и получим выражения для внутренних усилий.
Для
первого участка
:
;
,
при
![]()
при
.
Для
второго участка
:
;
,
при
,
при
.
На первом и втором участках поперечная сила постоянна по величине, поэтому её эпюра представляется в виде прямоугольников, а изгибающий момент меняется по линейному закону.
Для
третьего участка
:
![]()
при
,
при
.
Видим,
что поперечная сила меняет знак,
следовательно, эпюра моментов имеет
экстремум в этом сечении. Эпюра Q
пересекает нулевую линию в сечении
.
;
![]()
– парабола, так как входит в это выражение во второй степени,
при
,
при
.

Итак, на третьем участке получили более сложные зависимости: эпюра поперечных сил имеет линейный характер, а эпюра изгибающих моментов – парабола.
По полученным значениям строим эпюры Q и M (рис. 1.8в), правильность которых проверяется с помощью набора соответствующих правил.
Следует обратить внимание на то, что изгибающий момент на шарнире С должен равняться нулю.
Задача Э-5
Построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для однопролетной консольной балки.
Расчетные схемы балок и варианты (1-6) соотношений между нагрузками и длинами участков рамы приведены в табл. 1.9 и 1.10.
Таблица 1.9
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
P |
qa |
2qa |
qa |
2qa |
2qa |
qa |
|
M |
2qa2 |
qa2 |
qa2 |
2qa2 |
3qa2 |
3qa2 |
Пример 1.5
Построить эпюры внутренних усилий Q и M для однопролетной консольной балки, заделанной левым концом (рис. 1.9а).
Решение
Если балка заделана одним концом, то для построения эпюр внутренних усилий вычислять реакции опоры А необязательно. При этом выражения поперечных сил и изгибающих моментов в балке, заделанной левым концом, нужно составлять от правых концов участков. Это упрощает решение задачи. Однако напомним, что в заделке возникают три опорные реакции: YА, XА и MА.
Рассматриваемая балка имеет четыре участка, обозначенные на рис. 1.9а римскими цифрами. Составим выражения поперечных сил Q и изгибающих моментов M в поперечных сечениях балки.
I участок( 0 ≤Z1≤ 2a ):
Q( z1) = qz1; M(z1) = – qz12/2.
Здесь qz1 – равнодействующая равномерно распределенной нагрузки в пределах отрезка длиной z1 участка I. Как эпюру Q, так и эпюру M на первом участке построим по двум значениям:
Q(0) = 0, Q(2a) = 2qa; M(0) = 0, M(2a) = –2qa2.
Эпюра поперечных сил представлена линейной зависимостью, эпюра изгибающих моментов – параболой, выпуклость которой направлена навстречу нагрузке.
Таблица 1.10
|
1
|
2
|
|
3 |
4
|
|
5 6
|
|
|
8 7
|
|
|
Продолжение табл. 1.10
| |
|
9
|
10
|
|
11
|
12
|
|
13 14 |
16 |
|
15 |
|
|
Продолжение табл. 1.10
| |
|
1
18
|
|
|
20 19
|
|
|
21
|
22
|
|
23
|
24
|
|
Окончание табл. 1.10
| |
|
25 |
26 |
|
2
28
|
|
|
29
|
3
|
II участок( 0 ≤Z2≤ a ):
Q( z2) = q (z2 + 2a) – 2,5qa; Q(0) = – 0,5qa, Q(a) = 0,5qa;
M(z2) = – q (z2 +2a )2/2 + 2,5 qa z2; M(0) = –2qa2,
M(2a) = –2qa2.
M = 2qa2
q
P2 =qa
а)
Z4 Z3 Z2 P1 =2.5qa Z1
a a a 2a
IV III II I
2qa
1,5 qa
б)
Q
0,5qa
M
0,5qa2
1,875qa2
2qa2 2qa2
2qa2
Рис. 1.9
На втором участке поперечная сила меняет знак и равна нулю в сечении, для которого абсцисса z2Э определяется из выражения
Q(
z2)
= q
(
+ 2a)
– 2,5qa
= 0,
откуда
= 0,5a.
В
этом сечении изгибающий момент имеет
экстремум, а именно максимум. Подставляя
значение
= 0,5a
в выражение M(z2)
, найдем величину Mmax
:
Mmax
= M(
)
= –q
(0,5a
+2a
)2/2
+ 2,5 qa
0,5a
= – 1,875qa2.
Для построения эпюры изгибающих моментов вычислим еще два значения:
M(0) = –2 qa2, M(a) = –2qa2.
III участок( 0 ≤Z3≤ a ):
Q( z3) = 3q a – 2,5qa = 0,5qa .
На этом участке поперечная сила Q постоянна, значит, эпюра M ограничена наклонной прямой линией
M(z3) = –3 qa (z3 + 1,5a ) + 2,5 qa ( z3 + a) + 2qa2,
которую строим по двум значениям :
M(0) = 0, M(a) = – 0,5qa2.
IV участок( 0 ≤Z4≤ a ). Изгибающий момент и поперечную силу в поперечном сечении четвертого участка можно было определить, отбросив правую часть балки, что упростило бы их определение. Но для этого требуется найти значения опорных реакций в заделке А балки, а следовательно, упрощение решения может не быть достигнуто. Поэтому записываем выражения для четвертого участка, отбрасывая левую часть балки:
Q( z4) = 0,5q a + qa = 1,5qa;
M(z4 ) = –3 qa (z4 + 2,5a ) + 2,5 qa ( z4+ 2 a) + 2qa2 – qa z4 .
Определяем величины М при двух значениях z4 :
M(0) = – 0,5qa2, M(a) = – 2qa2.
По полученным значениям построим эпюры Q и M для IV участка балки (рис. 1.9б). Эпюры на III и IV участках идентичны.
Задача Э-6
Построить эпюры нормальных, поперечных сил и изгибающих моментов для плоской рамы.
Расчетные схемы рам и варианты соотношений между нагрузками и длинами участков рамы приведены в табл. 1.11 и 1.12.
Таблица 1.11
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
b |
a |
a |
a |
a |
2a |
a |
|
l |
1,5a |
2a |
1,5a |
2a |
1,5a |
1,5a |
|
P |
qa |
qa |
2qa |
qa |
2qa |
2qa |
|
M |
qa2 |
qa2 |
qa2 |
2qa2 |
qa2 |
2qa2 |
Пример 1.6
Построить эпюры внутренних усилий для плоской рамы, схема нагружения которой показана на рис. 1.10а.
Решение
1. Найдем реакции опор.
Отбросим связи, наложенные на раму в опорах А и В, заменим их действие реакциями и составим уравнения равновесия сил:
;
;
,
откуда
.
Для проверки правильности определения реакций используем уравнение
.
2. Разделим раму на четыре участка по силовым и кинематическим признакам, применим на каждом из них метод сечений, запишем аналитические выражения для внутренних усилий.
В сечениях первого участка
;
;
.
В
сечении
все внутренние усилия равны нулю. Для
построения эпюр используем значения
,
.
Для второго участка
;
;
.
Для построения эпюры поперечных сил вычислим два значения:
,
.
Эпюра пересекает нулевую линию в сечении
.
Изгибающий момент в этом сечении экстремален и равен
.
Необходимы еще два значения для построения эпюры изгибающих моментов:
,
.
Эпюры внутренних усилий на участках III и IV строятся с использованием зависимостей
,
,
;
,
;
Таблица 1.12
|
1
|
2
|
|
3
|
4
|
|
5
|
6
|
|
7
|
8
|
Продолжение табл. 1.12
|
9
|
10
|
|
11
|
12
|
|
13
|
14
|
|
15
|
16
|
Продолжение табл. 1.12
|
17
|
1
|
|
19
|
20
|
|
21
|
22
|
|
23
|
2
|
Окончание табл. 1.12
|
25
|
26
|
|
27
|
28
|
|
29
|
30
|
.
Вырезая узлы С и D (рис. 1.10б) и прикладывая действующие на них моменты, убеждаемся, что их суммы равны нулю. Эпюра изгибающих моментов построена верно.
a/2 y 3a
Z1 Z2
а)
Z3 a/2 a YB Z 4
A B
qa/2 x XB
YA
qa/2
47qa/ 24
37qa/24
35qa/24
37qa/24
qa/2 qa/2
37a/24
qa/2
0,687qa2
qa2/8
C D
б)
qa2/8 C 3qa2/8 D
qa2/2
qa2/4 qa2/2 Рис. 1.10
Задача Э-7
Построить эпюры нормальных, поперечных сил и изгибающих моментов для плоской рамы.
Варианты расчетных схем рам и соотношений между нагрузками и размерами приведены в табл. 1.13и 1.14.
Таблица 1.13
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
b |
a |
a |
2a |
2a |
a |
2a |
|
P |
qa |
2qa |
qa |
qa |
2qa |
2qa |
|
M |
qa2 |
qa2 |
qa2 |
2qa2 |
2qa2 |
2qa2 |
Пример 1.7
Для рамы, показанной на рис. 1.11, построить эпюры нормальных, поперечных сил и изгибающих моментов.
.




































0


































0

















8




4






