.
Определение расстояния между ветвями и соединительными планками колонны Построить эпюры нормальной силы

Лабораторные работы и расчеты по сопромату

Определение линейных и угловых перемещений поперечных сечений статически определимой балки

Целью испытания является определение экспериментальным путем величин прогибов и углов поворота некоторых сечений балки и сравнение полученных величин перемещений с их теоретическими значениями.

Применяемые машины, установки и приборы

В данной лабораторной работе могут быть использованы испытательные машины, описанные в п. 10.1.1 и приспособленные для испытаний на изгиб, и специальные установки для опытов на изгиб, описанные в п. 11.1.1. Кроме того, применяются специальные установки, схемы которых показаны на рис. 11.2.1 и 11.2.2.

Сравнительно гибкая балка, обычно прямоугольного сечения, в одном случае опирается на две опоры, укрепленные на неподвижной станине (рис. 11.2.1), в другом случае – является консолью (рис. 11.2.2). В схеме, изображенной на рис. 11.2.1, возможно перемещение опор вдоль станины, что позволяет изменять длину пролета и, вообще, схему нагружения балки. В одном или двух сечениях балок с ними жестко соединены тяги. Между осью балки и осями тяг угол прямой.

 С помощью стрелочных индикаторов, касающихся своими штифтами концов указанных тяг, определяются угловые перемещения тех сечений балки, где с ней соединяются тяги. Другие индикаторы, соединенные с балками, позволяют определять линейные перемещения сечений или прогибы. Индикаторы обычно имеют цену деления 0,01 мм и пределы измерений линейных перемещений от 0 до 10 мм.

Нагружение балок осуществляется приложением одного, двух или более сосредоточенных грузов, прикладываемых в разных сечениях.

11.2.2. Содержание работы

Испытание балок в данной работе, так же как и в предыдущей, осуществляется в пределах упругости, без остаточных деформаций.

Первые отсчеты по приборам делают при некотором предварительном начальном нагружении балки. Далее нагрузку увеличивают равными ступенями, при каждом нагружении производят отсчеты по приборам и устанавливают приращения показаний.

Стрелочные индикаторы, штифты которых касаются самой балки, фиксируют линейные перемещения центров тяжести данных сечений, т.е. прогибы. Индикаторы, штифты которых касаются концов тяг, фиксируют линейные перемещения Δ этих концов. Зная эти перемещения и длину тяги r, устанавливают величину тангенса угла ψ (рис. 11.2.1), а с учетом малости деформаций и величину самого угла tgψψ = Δ/r. Это и есть угол поворота сечения балки в месте соединения ее с тягой.

Теоретический расчет линейных и угловых перемещений сечений балки производится по указанию преподавателя любым способом, рассмотренным на предыдущих практических занятиях. Это может быть и метод начальных параметров и метод единичной силы (формула Мора, правило Верещагина). В простейших случаях нагружения балок возможно использование справочных данных.

Для сравнения величин линейных и угловых перемещений, полученных в опытах и расчетным путем, подсчитывается расхождение между ними η в процентах к расчетным значениям:

 

Расчет кривых брусьев малой кривизны

Если отношение высоты h кривого бруса к его радиусу кривизны Ro существенно меньше единицы (h/Ro < 0,2 ), то считается, что брус имеет малую кривизну. Расчетные формулы, выведенные ранее для прямого бруса, применимы и к брусу малой кривизны.

Расчет на прочность сжато-изгибаемых и растянуто-изгибаемых брусьев малой кривизны следует выполнять по формуле

  (5.4.1)

где и z – координаты рассматриваемой точки поперечного сечения относительно его главных осей.

 В частном случае, если равны нулю поперечная сила Qz и изгибающий момент , будет сочетание прямого изгиба в главной плоскости с растяжением или сжатием. В этом случае расчет следует выполнять по формуле

  (5.4.2)

 Задача 5.4.1. Построить эпюры изгибающих моментов Мz, поперечных  и нормальных N сил для трехшарнирной круговой арки, показанной на рис. 5.4.1, а. При расчете принять q = 3 т/м, F1 = F2 = 10 т, l = 24 м, f = 6 м.

 Определить  в прямоугольном поперечном сечении арки. Размеры поперечного сечения принять .

 Решение. Определим опорные реакции VA, VB, для чего рассмотрим

 откуда VB = 14,75 т;

откуда VA = 23,25 т.

 Составим условие:  тогда  Горизонтальные опорные реакции Н определяем из уравнения  составляемого при рассмотрении только правой части арки

 откуда Н = 19,5 т.

 Аналогичный результат получим, если рассмотреть только левую часть арки.

 Найдем вертикальные опорные реакции RA, RB простой балки, показанной на рис. 5.4.1, б. Предположим, что на балку действует та же нагрузка, что и на арку. В этом случае найдем RA = VA , RB = VB.


В общем виде внутренние усилия в произвольном сечении  трехшарнирной арки выражаются через внутренние усилия  соответствующего сечения простой балки по формулам:

   (5.4.3)

где φ – угол между касательной к оси арки в точке х = const и горизонтальной линией х. Таким образом, для использования формул (5.4.3) необходимо предварительно записать аналитические выражения для изгибающих моментов  поперечных сил  для каждого участка простой балки (рис. 5.4.1, б):

:

 

 

 

 По полученным формулам вычисляем для простой балки с шагом 1 м. Результаты заносим в табл. 5.4.1.

 По условию задачи арка очерчена по окружности, следовательно, ось арки имеет ординату

  (5.4.4)

где радиус кривизны арки вычисляется по формуле

 Для рассматриваемого случая формула (5.4.4) примет вид:

 Находим значения у с шагом 1м, а результаты записываем в табл.5.4.1. Затем также с шагом 1 м вычисляем значения tgφ, cosφ и sinφ по формулам:

  (5.4.5)

 И наконец, по формулам (5.4.3) находим значения внутренних усилий, возникающих в арке. Например, в сечении х = 0 имеем у = 0,   sinφ = 0,8; cosφ = 0,6; Н = 19,5 т. Подставляя эти данные, взятые из первой строки табл. 5.4.1, в формулы (5.4.3) определяем:

Mz(x = 0) = 0 – 19,5·0 = 0;

N(x = 0) = – (23,25·0,8 + 19,5·0,6) = –30,3 т.

  Полученные результаты записываем опять же в первую строку табл. 5.4.1. Затем повторяем все вычисления с шагом . При вычислении внутренних усилий необходимо помнить, что в местах приложения сосредоточенных сил значения поперечных  и нормальных N сил изменяются скачкообразно.

Таблица 5.4.1

х

м

т·м

т

у

м

tgφ

cosφ

sinφ

Mz

тм

т

N

т

0

1

2

3

4

5

6

0

21,75

40,5

56,25

69

78,75

85,5

23,25

20,25

17,25

14,25

11,25

8,25

5,25

0

1,2

2,1

3

3,69

4,27

4,75

1,33

1,08

0,9

0,75

0,63

0,53

0,44

0,6

0,68

0,74

0,8

0,85

0,88

0,92

0,8

0,73

0,67

0,6

0,53

0,47

0,4

0

–1,61

–2,02

–2,25

–2,93

–4,45

–7,08

–1,65

–0,53

–0,14

–0,3

–0,88

–1,8

–2,99

–30,3

–28,1

–26

–24,2

–22,5

–21,1

–20

6

7

8

9

10

11

12

85,5

90,75

96

101,2

106

111,7

117

5,25

4,75

5,14

5,46

5,7

5,87

5,97

6

0,44

0,35

0,28

0,2

0,13

0,07

0

0,92

0,94

0,96

0,98

0,99

0,998

1

0,4

0,33

0,27

0,2

0,13

0,07

0

–7,08

–9,52

–10,4

–9,84

–7,89

–4,6

0

–2,99

–1,55

–0,14

1,24

2,6

3,93

5,25

–20

–20,1

–20,2

–20,2

–20

–19,8

–9,5

12

13

14

15

16

17

18

117

112,2

107,5

102,7

98

93,25

88,5

–4,75

6

5,97

5,87

5,7

5,46

5,14

4,75

0

–0,07

–0,13

–0,2

–0,28

–0,35

–0,44

1

0,998

0,99

0,98

0,96

0,94

0,92

0

–0,07

–0,13

–0,2

–0,27

–0,33

–0,4

0

–4,1

–6,89

–8,34

–8,41

–7,02

–4,08

–4,75

–3,44

–2,11

–0,75

  0,62

 2,02

3,45

–19,5

–19,8

–20

–20,1

–20,1

–20

–19,8

18

19

20

21

22

23

24

88,5

73,75

59

44,25

29,5

14,75

0

–14,75

4,75

4,27

3,69

3

2,1

1,2

0

–0,44

–0,53

–0,63

–0,75

–0,9

–1,08

–1,33

0,92

0,88

0,85

0,8

0,74

0,68

0,6

–0,4

–0,47

–0,53

–0,6

–0,67

–0,73

–0,8

–4,08

–9,45

–12,9

–14,3

–13

–8,61

0

–5,72

–3,45

–0,21

–0,1

2

4,27

6,75

–23,77

–24,1

–24,4

–24,5

–24,4

–24,1

–23,5

 Рассмотрим сечение х = 12 м (точка С на рис. 5.4.1, а). Величины и N в сечении х = 12 – 0 м, принадлежащим второму участку, приведены в табл. 5.4.1. Но сечение х = 12 + 0 м одновременно принадлежит и третьему участку, поэтому определяем  и N по формулам (5.4.3) при условии, что  берется в сечении х = 12 м третьего участка простой балки:

 N(x = 12) = – (–4,75·0 + 19,5·1) = –19,5 т.

  Аналогичные вычисления проводим для сечения х = 18 м, после чего приступаем к построению эпюр Mz, , N для арки (рис. 5.4.1, г).

 Из рассмотрения эпюр внутренних усилий арки можно сделать вывод, что наиболее опасным будет поперечное сечение х = 21 м с

Mz,max = 14,3 т·м и N = –24,5 т.

 Учитывая, что h = 60 см, b = 20 см (рис. 5.4.2), из формулы (5.4.2) определяем



На главную