Задачи по сопротивлению материалов Строительная механика Геометрические характеристики плоских сечений Расчеты на растяжение и сжатие Расчет шпренгельных ферм Расчет напряжений и деформаций валов

Строительная механика

Плоские статические определимые фермы

 Фермой называется стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирами.

 В фермах стержни соединены в узлах или на болтах, или на сварке, т.е. жестко. Однако, как показывают сравнительные расчеты при действии на ферму узловой нагрузки усилия в ферме с шарнирными узлами и жесткими узлами мало отличаются. Например, усилия в идеальной ферме с шарнирами на 10% больше усилий в болтовых фермах. Будем рассматривать только фермы с идеальными шарнирами. В таких фермах при узловом действии нагрузки в стержнях будут возникать только сжимающие или растягивающие усилия.

Классификация ферм

По назначению:

а) фермы пролетных строений мостов; б) крановые фермы; в) фермы каркасов промышленных зданий; г) фермы башенного типа.

По характеру опорных закреплений:

а) балочные, б) арочные, в) консольные, г) неразрезные. Испытание различных материалов на ударную вязкость Изучение методики определения ударной вязкости пластических масс и других неметаллических материалов при испытании стандартных образцов на маятниковом копре.

По очертанию опорных поясов:

а) фермы с параллельными поясами, б) фермы с полигональными поясами.

По системе решетки:

а) фермы с треугольной решеткой, б) шпренгельные фермы, в) фермы с раскосной решеткой, г) многорешетчатые фермы, д) фермы с ромбической решеткой.

По методу расчета:

а) статически определимые, б) статически неопределимые.

  До определения усилий в стержнях ферм необходимо вычислить общее число неизвестных n: n = C + C0, где С – число стержней фермы, С0 – число опорных стержней. Для каждого узла фермы составляются два уравнения равновесия: Σx = 0 и Σy = 0, следовательно, общее число уравнений равно 2Y, где Y – число узлов. Таким образом, для статически определимой фермы необходимо выполнение условия:

  2Y = С + С0 или W = 2Y – С – С0. (1)

 Формула (1) дает возможность провести кинематический анализ. В структурном анализе надо доказать, что диски фермы соединены между собой по закону жесткого треугольника.

Аналитические методы расчета ферм

 Для расчета простых ферм применяются различные методы. Рассмотрим их на конкретном примере (рис.1).

 Метод вырезания узлов.


Вырежем узел 4 (рис. 1) и рассмотрим его равновесие (рис 2):

Σy = s43cos45o + 2F = 0, откуда s43 = –2F/cos45o,

знак (–) показывает, что стержень 3–4 сжат, следовательно, на рис. 2 необходимо изменить направление усилия s43. Затем составляем

Σx = –s42 + s43cos45o = 0,  тогда s42 = s43cos45o = 2F.

 В дальнейшем следует применить следующий порядок вырезания узлов: узел 3, узел А, узел 1.

 Если в узле сходятся три стержня, из которых два направлены одинаково и нет нагрузки, то усилие в отдельно направленном стержне равно нулю (рис. 3).

 При вырезании узлов необходимо, чтобы число неизвестных усилий в нем не превышало двух.

 Метод моментных точек

 Проведем сечение I–I и отбросим левую часть фермы (рис. 1). Для оставшейся части точка 3 будет моментной:

ΣM3 = Vb a – s42 a = 0, тогда s42 = Vb = 2F.

  Метод полного сечения (способ проекций)

 Рассмотрим сечение I–I. Отбросим левую часть, а для оставшейся части составим условие:

Σy = –s32sin45o – F + Vb = 0, откуда s32 = (–F + Vb)/sin45o = F/sin45o.

 Метод двух или нескольких сечений

 Делается два или несколько сечений, составляются уравнения статики и совместно решаются.

 Метод замкнутых сечений

 Делается замкнутый разрез, который пересекает некоторые стер-жни два раза. Усилия дважды пересеченных стержней в уравнения статики не войдут (рис. 4). Например, для замкнутого сечения, показанного на рис. 4, имеем:

ΣMА = s3b + Vba = 0,

тогда s3 = Vba/b.

 Метод замены стержней

 Путем замены стержней ферма превращается в простую, которая кладется в основу расчета. Например, на ферме, показанной на рис. 5, а, убираем стержень 1–2, а его влияние заменяем фиктивной внешней силой Х и ставим дополнительный стержень, усилие в котором обозначим через N3. Усилие Х (рис. 5, б) определяется из условия, что N3= 0. Положим Х = 1 и находим , а усилие в фиктивном стержне только от внешней нагрузки обозначим через  В этом случае запишем:

тогда  после чего определяем усилия в остальных стержнях.

Л е к ц и я 5

ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИЙ ВЛИЯНИЯ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ ФЕРМ

 Линия влияния усилия в стержне фермы представляет собой график изменения усилия в рассматриваемом стержне, когда груз Р = 1 медленно движется по нижнему или верхнему поясу фермы без толчков и ускорений. Тот пояс фермы, по которому движется единичный груз называется грузовым поясом.

 Рассмотрим ферму, показанную на рис. 1. Для построения линии влияния опорной реакции Rb необходимо взять

ΣM1 = Rbl – Px = 0, тогда Rb = x/l.

 Аналогично запишем

ΣM12 = Ral – P(l – x) = 0, откуда

Ra =(l – x)/l.

 Для построения линии влияния усилия s75 в стержне 5–7 проведем разрез I–I. Предположим, что груз справа от сечения. В этом случае рассмотрим левую часть фермы:

ΣM6 = Ra3d + s75r = 0, поэтому

s75 = –Ra3d/r,

то есть линия влияния s75 для правой части есть линия влияния Ra, умноженная на 3d/r и взятая со знаком (–). Предполагая, что груз Р = 1 слева от сечения I–I и рассматривая равновесие правой части фермы, находим 

ΣM6 = Rb3d + s75r = 0, откуда

s75 = –Rb3d/r.

  Сечение I–I можно использовать для построения линии влияния усилия s56. Если единичный груз справа от сечения, то из рассмотрения левой части фермы определяем: ΣM1 = s56c = 0 и s56 = 0.

 Если груз Р = 1 слева от сечения, то рассматривая правую часть, получаем

ΣM1 = Rbl + s56c = 0, тогда s56 = –Rbl/c.

 Для построения линии влияния усилия s76 в стержне 6–7 вырежем узел 7 (рис. 1) и рассмотрим его равновесие (рис. 2) при условии, что грузовой пояс – нижний: 

 Σx = s75cosα – s79cosα = 0, 

поэтому  s75 = s79;

 Σy = –s76 + (s75 + s79)sinα = 0,

откуда s76 = 2s75sinα, то есть ли-ния влияния усилия s76 есть ли-ния влияния усилия s75, умноженная на 2sinα и взятая со знаком (+), т.к. в стержне 6–7 – растяжение.

  Построим несколько линий влияний усилий в стержнях фермы с параллельными поясами, показанной на рис. 3.

Линия влияния усилия s46.

 Пусть грузовым является верхний пояс. Проведем сечение I–I. Груз – справа, рассмотрим левую часть:

ΣM5 = Ra12 + s464 = 0,

тогда s46 = –3Ra.

 Груз – слева, рассмотрим правую часть фермы:

ΣM5 = Rb24 + s464 = 0,

тогда s46 = –6Rb.

  Аналогично строится линия влияния усилия s46 при нижнем грузовом поясе, только в левую часть фермы входит участок от узла 0 до узла 5, а в правую часть – от узла 13 до узла 7.

 Линия влияния усилия s45. Грузовой пояс – верхний. Проведем сечение II – II. Груз – справа, рассмотрим левую часть:

Σy = Ra – s45cosα = 0, тогда s45 = Ra /cosα = 5Ra /4.

 Груз слева, рассмотрим правую часть:

Σy = Rb + s45cosα = 0, поэтому s45 = –Rb /cosα = –5Rb /4.

 При езде по нижнему поясу передаточная прямая будет в пределах участка 3–5.


Влияние температуры на напряжение и деформации