5857

Специальные основные системы метода сил

Реферат

Архитектура, проектирование и строительство

Специальные основные системы метода сил 1. Статически неопределимые фермы Фермы, применяемые в строительстве, строго говоря, всегда статически неопределимы в силу жесткости узлов. Мы будем понимать под статически неопределимой фермой ее расчетную сх...

Русский

2012-12-23

127 KB

15 чел.

Специальные основные системы метода сил

1. Статически неопределимые фермы

Фермы, применяемые в строительстве, строго говоря, всегда статически неопределимы в силу жесткости узлов. Мы будем понимать под статически неопределимой фермой ее расчетную схему с учетом ранее введенных допущений об идеальном шарнирном соединении стержней и узловой нагрузке.

Различают внешне и внутренне статически неопределимые фермы (рис. 1а и  2 б).

Степень статической неопределимости в любом случае находят по формуле:

W = C – 2Y,

где С – количество стержней в ферме, включая и опорные;

Y – количество узлов в ферме.

W = 17 –  28 = 1

В случае внешне статически неопределимой фермы основная система получается путем замены «лишних» связей в виде опорных реакций неизвестными усилиями (рис. 1 б). Как правило, фермы внешне статически неопределимы бывают один или два раза, поэтому выбор основной системы не затруднителен. 

W = 19 – 29 = 1

При выбор основной системы для внутренне статически неопределимой фермы необходимо строго проверить ее геометриче-

скую неизменяемость. Это связано с тем, что в качестве неизвестных усилий в основной системе принимаются усилия в стержнях фермы (рис. 2 б), а такая замена может привести к геометрической неизменяемости.

Расчет статически неопределимых ферм принято вести в табличной форме (рассмотрим на практических занятиях). Порядок расчета совпадает с порядком расчета рам, и вообще он един для всех статически неопределимых стержневых систем. В случае ферм надо помнить, что коэффициенты канонических уравнений ik, и iP определяются только через нормальные усилия:

Окончательные нормальные усилии найдем по формуле:

.

Деформационная проверка, устанавливающая верность решения:

.

2. Статически неопределимые арки

Аркой называется распорная система, имеющая вид кривого бруса.

Арки могут быть трехшарнирными – статически определимые (рассмотрели ранее); двухшарнирные – один раз статически неопределимы (рис. 3 а); одношарнирными – дважды статически неопределимы (рис. 4 а) и бесшарнирные (рис. 5 а). К бесшарнирной арке можно свести задачу о своде – пространственной распорной системе (рис. 5 б). Для перехода от свода к арке следует вырезать из свода (мысленно, естественно) полосу двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии единица.

В мостовых конструкциях чаще применяются двух- и бесшарнирные арки.

Нам известно уже, что выбор основной системы метода сил предопределяет трудоемкость решения. Уделим основное внимание выбору основных систем для различного типа арок.

1. Двухшарнирная арка (рис. 3 а). В двухшарнирной арке основных систем может быть только две, причем они равнозначны. Первая может быть получена путем замены одной из горизонтальных опор неизвестным усилием (рис. 3 б) или путем врезания замкового шарнира – сведением, таким образом, к трехшарнирной арке (рис. 3 в).

Каноническое уравнение 11x1 + 1P = 0 в первом случае отражает отсутствие горизонтального перемещения правой опоры, а во втором – отсутствие взаимного угла поворота криволинейных стержней, сходящихся в замковом шарнире.

2. Одношарнирная арка (рис. 4 а). Воспользуемся симметрией арки и проведем сечение по замковому шарниру (рис. 4 б). Система канонических уравнений распадется на два независимых уравнения, так как х1 – симметричное неизвестное, а х2 – кососимметричное:

.

Бесшарнирная арка (рис. 5 а) является трижды статически неопределимой. Арка симметрична, поэтому основную систему метода сил следует также принять симметричной, проведя замкнутое сечение по оси симметрии – имеем право, так как криволинейные стержни образуют с основанием замкнутый контур (рис. 5.б). Система распадется на две части, что, как известно, облегчает решение.

Коэффициенты канонических уравнений метода сил найдем с учетом всех внутренних усилий:

,

.

Обратим внимание на то, что неизвестные усилия х1 и х2 будут симметричными, а х2 – кососимметрично. Тогда система канонических уравнений распадется на две:

,

.

Хотя система канонических уравнений распалась на две части, что, конечно, облегчит вычисления, однако полного эффекта за счет симметрии мы не достигли.

Проблема: нельзя ли выбрать такую основную систему, чтобы прийти к трем независимым каноническим уравнениям метода сил. Да, если бы коэффициенты 13 = 31 = 0. Тогда система канонических уравнений приняла бы следующий вид:

,

,

.

Так как от  возникают только изгибающие моменты, то требуется добиться выполнения следующего условия:

.

Запишем аналитические выражения для усилий и :

,

.

Оказывается, что обе эпюры симметричны.

Проблема: в каком случае произведение двух симметричных эпюр будет равно нулю? Очевидно, что только в том случае, когда одна эпюра однозначна, а другая – двухзначна. При ранее принятой основной системе достичь подобного невозможно. Следовательно, надо попытаться выбрать другую основную систему, сохранив преимущество первой в виде симметрии и удовлетворив сформулированному решению двузначности одной из эпюр. Заранее знаем, что двузначной может быть только эпюра от , что видно из записанных выше аналитических выражений внутренних усилий.

Трудно сказать, кому первому пришла идея о следующей основной системе для бесшарнирной арки (рис. 6).

Докажем, что новая основная система правомочна. Ее правильность следует из следующих рассуждений:

– канонические уравнения обеспечивают отсутствие взаимных смещений точки приложения неизвестных усилий хi, но введенные консоли бесконечно жесткие, т.е. недеформируемые и тогда отсутствуют взаимные перемещения во всех точках, принадлежащих им, а значит и точек присоединения жестких консолей и криволинейных стержней. Другими словами, криволинейные стержни в месте сквозного сечения не получат взаимных смещений, тем самым обеспечена эквивалентность новой основной системы и соответствующей ей системе канонических уравнений заданной арке.

Построим схематично эпюры изгибающих моментов от и  (рис. 7 а и б).

  

  

Установим аналитические выражения для изгибающих моментов от  и :

Найдем аналитическое выражение коэффициента 13 и приравняем его нулю:

.

Примем, что EI = const, тогда

.Тогда длина бесконечно жестких консолей будет равна:

,

где L – длина дуги арки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8686. Діалектика. Антиподи діалектики: софістика, метафізика 177 KB
  Діалектика Діалектика як вчення про розвиток і універсальні зв’язки. Принципи діалектики. Категорії діалектики. Закони діалектики, їхнє методологічне та світоглядне значення. Антиподи діалектики: софістика, метафізика.  ...
8687. Філософська антропологія. людина, її проблема у філософії 97 KB
  Філософська антропологія. людина, її проблема у філософії. Актуальність філософського вивчення проблеми людини. Природа і сутність людини. Сенс життя людини. Особа. Індивід. Індивідуальність. Ціннісні орієнтації особи. Людина...
8688. Феноменологія. Проблема свідомості у філософії 158 KB
  Феноменологія. Проблема свідомості у філософії Філософське розуміння проблеми свідомості. Свідомість. Самосвідомість. Мова. Суспільна та індивідуальна свідомість. Свідоме і несвідоме. Що могутніше розуму? Йому - влад...
8689. Гносеологія. Проблема пізнання. Чи можливо пізнати світ 85 KB
  Гносеологія. Проблема пізнання. Чи можливо пізнати світ. Теорія пізнання, її предмет і метод. Чуттєве і раціональне пізнання. Проблема розуміння в пізнанні. Наукове пізнання. Проблема істини. Істина, хиба, помилка...
8690. Природа як об’єкт вивчення філософії 111 KB
  Природа як об’єкт вивчення філософії. Природа як предмет філософського дослідження. Історичні взаємодії природи і суспільства. Взаємодія природи і суспільства. Екологічна проблема, її філософський смисл. Обніми цю ...
8691. Суспільство як об’єкт вивчення філософії 84 KB
  Суспільство як об’єкт вивчення філософії. Суспільство, його сутність. Суспільство як самоорганізуюча і саморозвиваюча система. Відмінність законів природи і суспільства. Роль географічного природного середовища в житті суспіль...
8692. Філософія науки і техніки 94 KB
  Філософія науки і техніки. Техніка та історія людства. Філософія техніки: історія становлення та предмет вивчення. Головні проблеми досліджень у філософії техніки. Проблема комп’ютеризації та штучного інтелекту. Пр...
8693. Аксіологія. цінності в житті людини і суспільства 118 KB
  Аксіологія. цінності в житті людини і суспільства. Поняття «аксіологія». Місце аксіології в системі культури. Природа цінностей. Цінність і сенс життя людини. Ієрархія цінностей буття людини. Сучасна культурна криза і проблем...
8694. Релігієзнавство як наука. Свобода совісті як елемент демократичних свобод 90 KB
  Релігієзнавство як наука.Свобода совісті як елемент демократичних свобод Богословсько-теологічний, філософський та науковий методи пізнання релігії. Соціології та психологія релігії. Релігійний світогляд. Релігія, її со...