ЗАДАЧА 2 СТАТИЧНО НЕВИЗНАЧУВАНА РАМА

Для заданої рами (рис.2.1, табл. 2.1) підібрати двотавровий переріз і визначити переміщення перерізу А. Взяти l =1 ì , nò =1,5. З двох зв’язків 1 та 2 залишити той, що вказаний в табл. 2.1.

План розв’язування задачі

1. Розкрити статичну невизначуваність рами, користуючись канонічними рівняннями методу сил. Для цього необхідно:

–відкинувши зайвий зв’язок, побудувати найбільш раціональний варіант основної системи;

–завантаживши основну систему заданим навантаженням і зайвим зусиллям Х1, що замінює дію зайвого зв’язку, побудувати еквівалентну систему;

–записати канонічне рівняння методу сил;

–завантажити основну систему по черзі заданим навантаженням і оди-

ничною силою X1 =1 і записати вирази для згинальних моментів від заданих сил M P ( x) та одиничної сили M1 ( x) (при використанні способу

19

Рис. 2.1. Варіанти розрахункових схем рам до задачі 2

20

Верещагіна побудувати відповідні епюри), обчислити коефіцієнт та вільний член канонічного рівняння за формулами Мора або Верещагіна;

– розв’язати канонічне рівняння і визначити невідоме зусилля Х1;

2.Побудувати епюру згинальних моментів М для еквівалентної си-

стеми.

3.Перевірити правильність розкриття статичної невизначуваності системи, переконавшись за допомогою метода Мора або Верещагіна, що переміщення в напрямку сили Х1 дорівнює нулю.

4.З умови міцності на згин підібрати двотавровий переріз.

5.Визначити вказане переміщення перерізу А методом Мора або Верещагіна.

Розв’язання задачі

Підібрати двотавровий переріз для рами, показаної на рис. 2.2, а, та визначити кут повороту перерізу А. При цьому EI = const для всієї рами, матеріал рами – сталь 20, для якої допустиме напруження на розтяг [ σ] =160 Ì Ï à .

Рама один раз статично невизначувана. Основну систему виберемо, відкинувши зайвий зв'язок – шарнірно-рухому опору (рис. 2.2, б). Завантаживши основну систему заданим навантаженням та зайвою невідомою силою Х1, яка замінює дію відкинутого зв’язку, отримаємо еквівалентну систему (рис. 2.2, в).

Канонічне рівняння методу сил для один раз статично невизначуваної

Отже, щоб визначити зайву невідому силу Х1, треба попередньо обчислити коефіцієнт δ11 та вільний член 1P . Їх визначимо методом Верещагіна. Для цього основну систему завантажуємо заданим зовнішнім навантаженням і записуємо вирази для згинальних моментів від заданих сил

21

q

P

l

Рис. 2.2. До методу сил

22

M P ( x) на кожній ділянці (рис. 2.2, г):

Будуємо епюру згинальних моментів M P (рис. 2.2, д). Для одиничної системи (рис. 2.2, е):

ділянка І ( 0 ≤ x ≤ l) : ділянка IІ ( 0 ≤ x ≤ l2) : ділянка IIІ ( l2 ≤ x ≤ l) : ділянка ІV ( 0 ≤ x ≤ l) :

Отже задана рама навантажена, як показано на рис. 2.2, ж.

2. Будуємо епюру згинальних моментів М для еквівалентної системи, записавши спочатку вирази для згинальних моментів М на кожній ділянці:

23

рами. З цією метою обчислимо переміщення перерізу В в напрямку сили Х1 за методом Верещагіна, враховуючи попередньо побудовані епюри зги-

24

ω4 – площа епюри М на ІV ділянці від q = 20êÍ ì . Шукане переміщення:

=18,33 −18,4 = −0,07

Взв’язку з тим, що при розкритті статичної невизначуваності системи зайві невідомі визначаються з окресленою точністю, наслідки перевірки мають також похибку – шукані переміщення відрізняються від нуля. Тому при перевірці рекомендується окремо обчислювати суму додатних та від’ємних членів. Якщо виражене у відсотках відношення різниці між цими сумами до меншої з них невелике (до 5 %), то результат можна вважати задовільним.

Внашому випадку

18,330,07 ´100 = 0,38 % ,

отже статична невизначуваність рами розкрита правильно.

4. Підберемо двотавровий переріз для еквівалентної системи, тобто для заданої рами з умови міцності рами:

Орієнтуючись на цей результат, вибираємо двотавр № 20a, для якого

W = 203 ñì 3 , I = 2030 ñì 4 .

25

5. На цьому етапі розрахунку визначимо кут повороту перерізу А методом Верещягіна (або Мора). У зв’язку з цим розглянемо одиничну систему, тобто випадок, коли основна система в перерізі А завантажується одиничним моментом (рис. 2.3, в).

При цьому вирази для згинальних моментів M на ділянках мають вигляд:

Від’ємний знак означає, що переріз A повертається у протилежному по відношенню до одиничного моменту, що прикладений в цьому перерізі, напрямку, тобто за годинниковою стрілкою.

26