Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Пример оформления курс. работы Балка. сопр.doc
Скачиваний:
14
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
465 Кб
Скачать
☆

Расчёт на жёсткость

Деформацию балки (углы поворота поперечных сечений и прогибы) исследуем с помощью универсальных уравнений метода начальных параметров.

С этой целью расчётную схему представим в соответствующем виде (распределённую нагрузку q=20 кН/м продолжим до правого конца балки и тут же «скомпенсируем» её противоположно направленной q=20 кН/м), выбираем единую систему координат с началом в правом конце балки (рис. 4).

Рис. 4

1. Записываем в общем виде универсальное дифференциальное уравнение изогнутой (упругой) оси балки – одно для всей балки с разделением его по участкам

2. Первое интегрирование дифференциального уравнения даёт уравнение углов поворота поперечных сечений:

3. Интегрирование уравнения углов поворота поперечных сечений даст уравнение прогибов:

4. Начальные параметры EIxy0 и EIx θ0 находим из граничных условий (условий закрепления балки):

а) при z=2 м прогиб на опоре 2 равен нулю (конец участка I), т.е.

б) при z=7 м прогиб на опоре 4 равен нулю (конец участка II) т.е.

в) решая систему уравнений

получим: EIxθ0=2,5 кН∙м2; EIxy0= 21,667 кН∙м3.

5. Универсальные уравнения углов поворота поперечных сечений и прогибов с учётом найденных начальных параметров и значений нагрузки балки примут вид:

6. Эпюры углов поворота поперечных сечений и прогибов строим по значениям, вычисленным в отдельных сечениях балки с интервалом Δz=1 м. Результаты расчётов сводим в табл. 1.

Таблица 1

Z, м

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

EIxθ, кН∙м2

2,5

-7,5

-37,5

-30,8

-4,2

22,5

27,5

2,5

-17,5

EIxy, кН∙м3

21,67

20,84

0,0

36,66

55,00

45,00

17,50

0,0

-10,83

Для иллюстрации покажем вычисления для одного из сечений на расстоянии z=6 м (участок III).

Эпюры EIxθ и∙EIxy для удобства анализа полученных результатов изображаем под расчётной схемой на одном рисунке (рис.5).

20

*

*

Эпюра Ми, кН∙м

10

40

40

*

Эпюра EIxθ, кН∙м2

*

*

*

*

4,12 м

Эпюра EIxy, кН∙м3

*

*

*

*

*

EIxymax=55,28

Рис. 5

На эпюрах EIxθ и∙EIxy «звёздочкой» отмечены особые точки – экстремальные значения, точки смены кривизны (точки перегиба). Положение этих точек определяется из дифференциально-интегральных зависимостей между «θ» и «y» и на основании закона Гука при изгибе.

Экстремальное значение прогиба по эпюре EIxy, (оно же и максимальное по модулю) в сечении на расстоянии z=4,12 м (участок II) (положение сечения определено графически, с учётом принятого масштаба длинны балки).

7. Для проверки решения определяем угол поворота и прогибов одного из сечений левого сечения балки с помощью интеграла Мора и правила Верещагина.

Символически это принято записывать в виде , т.е. «перемножая» грузовую эпюру изгибающих моментов МР=Ми на единичную эпюру изгибающих моментов – от единичного момента (при определении углового перемещения) или от единичной силы (при определении линейного перемещения), приложенных в интересующих сечениях в i-м направлении.

Процедуру перемножения эпюр по правилу Верещагина проиллюстрируем на примере.

7.1. Для «перемножения» грузовую эпюру МР=Ми представим расчленённой на простые геометрические фигуры (рис. 6,а), что вообще то следовало бы сделать после построения единичных эпюр (рис. 6,б) и (рис. 6,в), выполняя требование, чтобы в пределах геометрической фигуры единичная эпюра была непрерывной и не имела изломов.

7.2. На единичных эпюрах вычисляем значения yj под центрами тяжести фигур ωj расчленённой грузовой эпюры.

Значения yj проще и надёжнее вычислять не из геометрических соображений, а на основании метода сечений, а это требует определения опорных реакций в единичных состояниях.

Для удобства «перемножения» эпюр значения ωj и yj сведём в таблицу

Эпюра Ми

ωj, кН·м2

40

15

45

30

20

40

Эпюра

yj1

1

0,8

0,7

0,6

4/15

2/15

Эпюра

yj2, м

4/3

1,6

1,4

1,2

8/15

4/15

Вычисления всех площадей, кроме ω3, не требуют пояснений.

На участке 2-3 с равномерно распределённой нагрузкой q=20 кН/м

40

ω3

Эпюра Ми, кН∙м

(в расчленённом виде)

а)

в)

Рис. 6

7.3. Определяем угол поворота и прогиб крайнего левого сечения (т.е. начальные параметры – значения угла поворота сечения и прогиб в начале координат, соответственно

Положительное значение свидетельствует о том, поворот сечения в том же направлении, что и , т.е. против хода часовой стрелки; значение отрицательное, т.е. прогиб направлен вверх – противоположно .

Значения и направления и соответствуют начальным параметрам

θ0 и у0 (см. п. 4), что подтверждает правильность решения предыдущего пункта решения с помощью универсального уравнения упругой линии балки.

8. Вычисляем максимальный прогиб балки на участке 2-3

Здесь |EIxymax|=55,28 кН·м3=55,28·106 кН·см3; Е=2·105 =2·104 кН/см2.

Условие жёсткости выполняется:

Заключение: Окончательно принимаем двутавровое сечение балки № 22, удовлетворяющее условиям прочности и жёсткости.