Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Стат. сооруж.(с рисунками).doc
Скачиваний:
260
Добавлен:
08.04.2015
Размер:
3.75 Mб
Скачать

2.4.3. Рациональная ось арки

Формула (2.2) показывает, что при заданной нагрузке изгибающие моменты в арке можно уменьшить вплоть до нуля, если соответствующим образом подобрать очертание ее оси.

Определение. Рациональной называется такая арка, изгибающие моменты в которой равны нулю.

Пусть арка с пролетом l и стрелой подъема fC загружена равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q(x).

Определим очертание рациональной оси такой арки, воспользовавшись соотношением (2.2). Полагая в нем M(x) = 0 , получим:

M(х)Б - H×f(x) = 0,

откуда найдем искомое уравнение:

y = f(x) = M(х)Б/ H.

Подставляя сюда выражение изгибающего момента в простой двухопорной балке, загруженной равномерно распределенной нагрузкой:

M(х)Б = (ql/2)xqx2/2

и учитывая, что в силу (2.1) H = МСБ/fС = (ql2)/(8fС), получим уравнение рациональной оси арки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой:

y = f(x) = (4fС/l2)(xlx2).

Как видим, такая арка имеет параболическое очертание.

Примечания:

1. Глобальная система координат Оху, в которой мы рассматриваем арку, не совпадает с локальной системой координат, введенной в § 1.3, поэтому приведенные там основные уравнения строительной механики, включая дифференциальные зависимости Журавского (1.10), в нашем случае выполняться не будут. В частности у рассмотренной арки рационального очертания поперечная сила будет отлична от нуля, несмотря на равенство нулю изгибающего момента.

Это обстоятельство не препятствует определению внутренних усилий и расчету данного класса статически определимых систем на прочность.

2. Что касается перемещений, то в следующей главе будет показано, как перемещения в арке и в других стержневых системах можно найти, не обращаясь непосредственно к основным уравнениям строительной механики.

3. В этом пособии мы ограничимся рассмотрением эпюр внутренних усилий в арке как функций абсциссы х, а не длины дуги s. Отметим, что при этом, в отличие от рам, ось эпюры не совпадает с осью арки.

Глава 3. Определение перемещений в

СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫХ СИСТЕМАХ

Если для расчета на прочность достаточно знания внутренних усилий, то расчет на жесткость требует умения определять перемещения системы. Это необходимо и для расчета на прочность статически неопределимых систем.

Напомним, что в сопромате мы находили линейные v и угловые  перемещения балок с помощью интегрирования дифференциального уравнения изогнутой оси балки. Применить этот метод для определения перемещений в рамах практически невозможно: даже для простейшей П-образной рамы, показанной на рис. 2.6, это потребует решения трех дифференциальных уравнений – по одному для каждого участка рамы и последующей стыковки полученных решений с учетом условий сопряжения в ее узлах. С увеличением числа стержней у рамы трудности будут быстро нарастать.

К счастью, для решения большинства задач в механике есть два подхода: первый основан на решении дифференциального уравнения, а второй – часто более эффективный – связан с использованием понятий работа и энергия, к рассмотрению которых мы сейчас и приступаем.