22554

Ядро сечения при внецентренном сжатии

Лекция

Производство и промышленные технологии

Ядро сечения при внецентренном сжатии При конструировании стержней из материалов плохо сопротивляющихся растяжению бетон весьма желательно добиться того чтобы все сечение работало лишь на сжатие. Этого можно достигнуть не давая точке приложения силы Р слишком далеко отходить от центра тяжести сечения ограничивая величину эксцентриситета. Конструктору желательно заранее знать какой эксцентриситет при выбранном типе сечения можно допустить не рискуя вызвать в сечениях стержня напряжений разных знаков. Здесь вводится понятие о так...

Русский

2013-08-04

75.5 KB

13 чел.

Сопротивление материалов Сагадеев В.В.

Лекция № 28. Ядро сечения при внецентренном сжатии

   При конструировании стержней из материалов, плохо сопротивляющихся растяжению (бетон), весьма желательно добиться того, чтобы все сечение работало лишь на сжатие. Этого можно достигнуть, не давая точке приложения силы Р слишком далеко отходить от центра тяжести сечения, ограничивая величину эксцентриситета.

   Конструктору желательно заранее знать, какой эксцентриситет при выбранном типе сечения можно допустить, не рискуя вызвать в сечениях стержня напряжений разных знаков. Здесь вводится понятие о так называемом ядре сечения. Этим термином обозначается некоторая область вокруг центра тяжести сечения, внутри которой можно располагать точку приложения силы Р, не вызывая в сечении напряжений разного знака.

   Пока точка А располагается внутри ядра, нейтральная ось не пересекает контура сечения, все оно лежит по одну сторону от нейтральной оси и, стало быть, работает лишь на сжатие. При удалении точки А от центра тяжести сечения нейтральная ось будет приближаться к контуру; граница ядра определится тем, что при расположении точки А на этой границе нейтральная ось подойдет вплотную к сечению, коснется его.



Рис.1. Комбинации положения сжимающей силы и нейтральной линии

 

   Таким образом, если мы будем перемещать точку А так, чтобы нейтральная ось катилась по контуру сечения, не пересекая его, то точка А обойдет по границе ядра сечения. Если контур сечения имеет «впадины», то нейтральная ось будет катиться по огибающей контура.

   Чтобы получить очертание ядра, необходимо дать нейтральной оси несколько положений, касательных к контуру сечения, определить для этих положений отрезки и и вычислить координаты и точки приложения силы по формулам, вытекающим из известных зависимостей:

это и будут координаты точек контура ядра и .

   При многоугольной форме контура сечения (Рис.2), совмещая последовательно нейтральную ось с каждой из сторон многоугольника, мы по отрезкам и определим координаты и точек границы ядра, соответствующих этим сторонам.

   При переходе от одной стороны контура сечения к другой нейтральная ось будет вращаться вокруг вершины, разделяющей эти стороны; точка приложения силы будет перемещаться по границе ядра между полученными уже точками. Установим, как должна перемещаться сила Р, чтобы нейтральная ось проходила все время через одну и ту же точку В (,) — вращалась бы около нее. Подставляя координаты этой точки нейтральной оси в известное уравнение нейтральной оси (линии), получим:



Рис.2. Ядро сечения для многоугольной формы поперечного сечения

 

   Таким образом координаты и точки приложения силы Р связаны линейно. При вращении нейтральной оси около постоянной точки В точка А приложения силы движется по прямой. Обратно, перемещение силы Р по прямой связано с вращением нейтральной оси около постоянной точки.

   На Рис.3 изображены три положения точки приложения силы на этой прямой и соответственно три положения нейтральной оси. Таким образом, при многоугольной форме контура сечения очертание ядра между точками, соответствующими сторонам многоугольника, будет состоять из отрезков прямых линий.



Рис.3. Динамика построения ядра сечения

 

   Если контур сечения целиком или частично ограничен кривыми линиями, то построение границы ядра можно вести по точкам. Рассмотрим несколько простых примеров построения ядра сечения.

   При выполнении этого построения для прямоугольного поперечного сечения воспользуемся полученными формулами.

   Для определения границ ядра сечения при движении точки А по оси Оу найдем то значение , при котором нейтральная ось займет положение Н1О1. Имеем:

откуда

Таким образом, границы ядра по оси Оу будут отстоять от центра сечения на 1/6 величины b (Рис.4, точки 1 и 3); по оси Oz границы ядра определятся расстояниями (точки 2 и 4).

Для получения очертания ядра целиком изобразим положения нейтральной оси и , соответствующие граничным точкам 1 и 2.

При перемещении силы из точки 1 в точку 2 по границе ядра нейтральная ось должна перейти из положения в положение , все время касаясь сечения, т. е. поворачиваясь вокруг точки D.



Рис.4. построение ядра для прямоугольного сечения.

 

   Для этого сила должна двигаться по прямой 1 — 2. Точно так же можно доказать, что остальными границами ядра будут линии 2—3, 3—4 и 4—1.

   Таким образом, для прямоугольного сечения ядро будет ромбом с диагоналями, равными одной трети соответствующей стороны сечения. Поэтому прямоугольное сечение при расположении силы по главной оси работает на напряжения одного знака, если точка приложения силы не выходит за пределы средней трети стороны сечения.



Рис.5. Динамика изменения напряжений при изменении эксцентриситета.

 

   Эпюры распределения нормальных напряжений по прямоугольному сечению при эксцентриситете, равном нулю, меньшем, равном и большем одной шестой ширины сечения, изображены на Рис.5.

   Отметим, что при всех положениях силы Р напряжение в центре тяжести сечения (точка О) одинаково и равно и что сила Р не имеет эксцентриситета по второй главной оси.

   Для круглого сечения радиуса r очертание ядра будет по симметрии кругом радиуса . Возьмем какое-либо положение нейтральной оси, касательное к контуру. Ось Оу расположим перпендикулярно к этой касательной. Тогда



Рис.6. Ядро сечения для двутавра — а) и швеллера — б)

 

Таким образом, ядро представляет собой круг с радиусом, вчетверо меньшим, чем радиус сечения.

   Для двутавра нейтральная ось при обходе контура не будет пересекать площади поперечного сечения, если будет касаться прямоугольного контура ABCD, описанного около двутавра (Рис.6а). Следовательно, очертание ядра для двутавра имеет форму ромба, как и для прямоугольника, но с другими размерами.

   Для швеллера, как и для двутавра, точки 1, 2, 3, 4 контура ядра (Рис.6 б) соответствуют совпадению нейтральной оси со сторонами прямоугольника ABCD.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58059. Шопен – душа фортепіано 74 KB
  Мета уроку: Навчальна: ознайомити учнів із творчістю та життєвим шляхом Ф.Шопена, провідними стильовими засадами його композиторського почерку; працювати над диханням, чистотою інтонування, співом у єдиній вокальній позиції.
58060. Вражаючі здібності «фортепіанного поета» Фридеріка Францішека Шопена 89.5 KB
  МЕТА: поглибити знання дітей про творчість Фридеріка Шопена; вчити учнів глибоко емоційно сприймати інструментальну фортепіанну музику розуміти та інтерпретувати її зміст; дати визначення понять ноктюрн і скерцо; збагатити уявлення дітей про життєвий зміст музики розуміння її...
58061. Урок-презентація: Симфонія вогняних років 64 KB
  Учитель музики: Доброго дня діти. Сьогодні ми міркуємо про музику яка народжувалась і звучала в роки Великої Вітчизняної війни подивимось як боровся наш народ з ворогом у блокадному Ленінграді і як ця боротьба показана Шостаковичем через музику в симфонії на екрані слайд...
58062. Стихійні лиха 75.5 KB
  Мета: продовжити ознайомлювати учнів із небезпеками природного походження, розглянути приклади стихійних небезпек, скласти алгоритми поведінки в надзвичайних ситуаціях (сильного вітру і грози та в разі потрапляння в зону підтоплення); розвивати логічне мислення; виховувати бережливе ставлення до власного здоровя та життя.
58063. Прикладне мистецтво 293 KB
  Обладнання для учнів: естетичний словник з образотворчого мистецтва ручка. Види діяльності учнів: пізнавальна сприймання мистецтва. Вид уроку: бесіда з образотворчого мистецтва.
58064. Психічна і духовна складові здоров’я 96.5 KB
  11 Конфлікти і здоровя. Види конфліктів. Вплив конфліктів на здоровя. 1 МЕТА: надати учням поняття про конфлікти їх види вплив конфліктів на здоровя; формувати в учнів вміння адекватного оцінювання життєвих ситуацій; вміння обирати шляхи вирішення спільних проблем; вчити учнів запобігати конфліктних ситуацій та при їх виникненні вміти розвязувати конфліктні ситуації; розвивати в учнів розуміння почуттів і потреб інших людей; виховувати в учнів толерантне ставлення до чужих поглядів і переконань товариські стосунки.
58065. Формування здорового способу життя 2.02 MB
  Мета: сформувати поняття про здоровий спосіб життя як умову збереження і зміцнення здоровя. Обладнання та матеріали: фотографії й плакати які дають змогу ілюструвати різний спосіб життя формування здорового способу життя. Базові поняття й терміни: здоровя спосіб життя.
58066. Сприйняття мистецтва. Імпресіонізм. Відтворення дійсності у стилі імпресіонізм. Зображення на площині. Відтворення святкового настрою. Творча робота «Ялинка на майдані» 91.5 KB
  Мета: ознайомити учнів зі стилем мистецтва імпресіонізм з творчістю художників імпресіоністів; учити спостерігати вплив світла на зміну кольорів; формувати вміння передавати світло тіньові явища відповідно до змін часу доби та пори року...
58067. Доброта творит чудеса 72.5 KB
  Цель урока: Способствовать воспитанию в детях добрых человеческих взаимоотношений, отзывчивости и милосердия к окружающим, друг к другу.