Katedra Mechaniki Konstrukcji ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 1 Z MECHANIKI BUDOWLI

Transkrypt

1 Katedra Mechaniki Konstrukcji Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Białostockiej... (imię i nazwisko)... (grupa, semestr, rok akademicki) ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR Z MECHANIKI BUDOWLI Dla konstrukcji kratowej przedstawionej na rysunku Przyjąć schemat zastępczy belki przegubowej. Narysować obwiednię momentów zginających pod wpływem obciążenia ciągłego o intensywności q. Wyznaczyć wartości sił wewnętrznych w prętach od podanego obciążenia. Obliczyć przemieszczenie wskazanego węzła pasa dolnego kratownicy. Sporządzić linie wpływowe sił w dwóch dowolnie wybranych prętach konstrukcji (pas dolny krzyżulec); przyjąć jazdę w poziome pasa dolnego kratownicy. Przyjmując charakter obciążenia w postaci jednej siły P, obliczyć ekstremalne wartośc sił w prętach, dla których sporządzono linie wpływowe. P P a b a a a a a a a a a a Uwaga:. Długość przęseł wyznaczyć przyjmując b = a/.. Obliczone wartości sił wewnętrznych nanieść na schemat konstrukcji.

2 . Obwiednia momentów zginających dla belki przegubowej Zamieniamy kratownicę w belkę przegubową. Zaznaczamy na belce przekroje dla których obliczane będą wartości maksymalne momentów zginających w wyniku obciążania belki obciążeniem ciągłym o natężeniu równym q. Rysujemy linie wpływowe momentów w zaznaczonych przekrojach. Obliczamy wartości momentów maksymalnych i minimalnych w każdym z przekrojów. max M = + q a a = + qa α α M = q 4a 8a = 6qa α α min max M = + q a a = + qa β β M = q a 6a = 6qa β β min M = + q a 4a = + qa γ γ min M = q a a = qa γ γ max

3 max M = 0 δ δ M = q a a = qa δ δ min max M = 0 ω ω M = q a a = qa ω ω min Wykres obwiedni momentów zginających pod działaniem obciążenia ciągłego.

4 . Obliczenia sił wewnętrznych w kratownicy Zamiana rozpatrywanej kratownicy do układu belkowego. Dla zaprezentowanej belki obliczamy wartości sił tnących i momentów zginających Wartości sił w prętach kratownicy obliczamy wykorzystując metodę belkową wszędzie tam gdzie jest to możliwe. Wartości sił w poszczególnych prętach: 4

5 Siły w prętach obliczamy z następujących wzorów: MG MD - pas górny: G =, pas dolny: D =, h h - krzyżulce: Tα α K = ± sin α, słupki: S = ± T β β. Wykorzystanie powyższych wzorów nie będzie możliwe w przypadku obliczania sił w prętach: 4,, 4 7, -7, 9, 0, 4 i. Aby obliczyć siły w tych prętach zostanie przeprowadzone równoważenie sił w wybranych węzłach. W przypadku prętów,, 6, 7 9,, 7 8 i z warunków równowagi X = 0 i Y = 0 bezpośrednio otrzymujemy wartości sił w wymienionych prętach. Obliczenia sił w prętach z wykorzystaniem metody równoważenia węzłów: Funkcje trygonometryczne kątów nachylenia krzyżulców w konstrukcji kratownicy: sin α = ; cos α = sin β = ; cosβ = Siły w węźle obliczamy z układu równań równowagi: X = 0 N cosβ + N cos α = 0 4 Y = 0 N sinβ N 4 sin α P = 0 X = 0 N + N 4 = 0 Y = 0 N N 4 P = 0 Dodając do siebie oba równania otrzymujemy: N = + 6 P wstawiając otrzymaną wartość do pierwszego równania otrzymujemy: N 4 = P Siły w prętach 4 7 i 7 obliczamy z równoważenia węzłów 4 i na kierunku Y.

6 Siłę w pręcie 9 obliczamy z warunku Σ X = 0. 4 X = 0 N9 cos α + P P = 0 X = 0 N9 + P = 0, stąd N9 = P siłę w słupku 9-0 obliczamy z warunku Σ Y = 0 Y = 0 N9 0 + N9 sin α + P = 0 Y = 0 N9 0 P + P = 0 stąd N9 7 = P 6 Siłę w pręcie 0 obliczamy z warunku Σ X = 0. X = 0 N0 cosβ + P + P cos α = 0 X = 0 N0 + P + P = 0 stąd N0 = + P jako sprawdzenie poprawności obliczeń skorzystamy z warunku Σ Y = 0 Y = 0 N0 sin β + P sin α P = 0 Y = 0 N0 + P P = 0 stąd N0 = + P Ponieważ wynik z obu warunków wyszedł identyczny, rozwiązanie jest poprawne. 6

7 Siły w węźle obliczamy z układu równań równowagi: X = 0 N cosβ + N cosβ = 0 4 Y = 0 N sin β N sin β + P = 0 4 z pierwszego równania otrzymujemy: N = N, 4 drugie równanie przyjmuje więc postać: Y = 0 N 4 + P = 0 N stąd 4 = + P zatem N = P 7

8 . Obliczenia przemieszczenia węzła kratownicy Obliczenia zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem wzoru Maxwella-Mohra. Przemieszczenie kratownicy oblicza się z zależności: f A = n N N l P i j i j i j (E A) i= i j gdzie: P Ni j Ni j li j siła w pręcie i j od obciążenia zewnętrznego, siła w pręcie i j od obciążenia jednostkowego w węźle dla którego obliczamy przemieszczenie, długość pręta i j, sztywność pręta i j. (E A) i j Obciążamy kratownicę siłą jednostkową w węźle, którego przemieszczenie chcemy policzyć. Zamiana rozpatrywanej kratownicy do układu belkowego. Dla zaprezentowanej belki obliczamy wartości sił tnących i momentów zginających 8

9 Wartości sił w poszczególnych prętach: Wartości sił w prętach, w których niemożliwe było policzenie sił metodą belkową obliczone zostały identycznie, jak w przypadku obciążenia obciążeniem zewnętrznym, korzystając z proporcji znanych sił w obu przypadkach obciążeń. Przyjęto, że sztywność wszystkich prętów jest jednakowa. N N l 67 Pa EA EA P i fa = =

10 4. Linie wpływowe sił w prętach kratownicy 4. Linia wpływowa siły w pręcie dolnym D Poprowadzono przekrój Rittera przecinający rozpatrywany pręt. W pasie górnym oznaczono węzeł Rittera D. W metodzie belkowej wartość siły w pręcie dolnym określana jest ze wzoru: D = M D h przekształcając ten wzór we wzór na linię wpływową otrzymujemy: lwp D = lwp MD = lwp M h a D Rysujemy wykres linii wpływowej momentu w punkcie D, a następnie dzielimy jej rzędne przez a, otrzymując wykres linii wpływowej: 0

11 4. Linia wpływowa siły w krzyżulcu K Przecinamy konstrukcję kratownicy przekrojami β β i γ γ. Dla przekroju β β otrzymujemy z sumy rzutów na kierunku pionowym: Y = 0 T K sin β + K ' sin α = 0 β β α α Dla przekroju γ γ otrzymujemy z sumy rzutów na kierunku poziomym: X = 0 K γ γ cos β K ' cos α = 0 przekształcając to równanie otrzymujemy: cosβ K ' = K cos α Podstawiając do pierwszego równania otrzymujemy: cosβ Tα α K sinβ K sin α = 0 cos α sinβ cos α + sin α cosβ K = T cos α cos α K = Tα α sinβ cos α + sin α cosβ α α K = Tα α = T + α α stąd równanie linii wpływowej siły w krzyżulcu: lwp K = lwp T α α

12 4. Linia wpływowa siły w słupku S Przecinamy konstrukcję kratownicy przekrojami δ δ, ω ω i ζ ζ. Dla przekroju δ δ otrzymujemy z sumy rzutów na kierunku pionowym: stąd: Y = 0 K sin γ δ δ S G sin δ = 0 S = K sin γ G sin δ Dla przekroju ω ω otrzymujemy z sumy rzutów na kierunku pionowym: stąd: Y = 0 T + K sin γ = 0 ω ω ω ω K sin γ = T ω ω

13 Suma momentów względem punktu Rittera G znajdującego się w dolnym pasie wynosi: stąd: G MG = 0 MG + G cos δ a = 0 = M a cos δ G Podstawiając do równania pierwszego równania drugie i trzecie otrzymujemy: S = Tω ω + MG sin δ a cos δ S = Tω ω + tgδ MG = Tω ω + M a a stąd równanie linii wpływowej przyjmuje postać: lwp S = lwp Tω ω + lwp M a G G

14 . Ekstremalne wartości sił w oznaczonych prętach Wartości te obliczymy wykorzystując narysowane linie wpływowe. D D max min = + P = P K K max min = + P = P 6 S = 0 S max min 7 = P 6 4