- •Н. Б. Левченко
- •Общие указания по выполнению расчетно-графических работ
- •Используемые обозначения
- •4. Изгиб Основные понятия и формулы
- •4.1. Расчет статически определимых балок
- •Пример 1 Условие задачи
- •Пример 2 Условие задачи
- •Решение
- •4.1.2. Проверка прочности балок при плоском поперечном изгибе (задачи № 16–19)
- •Пример 1
- •Условие задачи
- •Решение
- •Пример 2 Условие задачи
- •Решение
- •Пример 3 Условие задачи
- •Решение
- •4.1.3. Определение перемещений и проверка жесткости балок (задачи № 19, 20)
- •Основные определения
- •Аналитический способ определения перемещений
- •Метод Максвелла – Мора определения перемещений
- •Примеры решения задач
- •Пример 2 Условие задачи
- •Решение
- •Определение перемещений в балке методом Максвелла – Мора Пример 1 Условие задачи
- •Решение
- •Пример 2
- •Решение
- •4.2. Расчет статически определимых рам
- •Основные определения
- •Примеры решения задач
- •4.2.2. Определение перемещений в рамах (задачи № 21, 22) Условие задачи
- •Решение
- •4.3. Расчет статически неопределимых балок и рам
- •Основные определения
- •Примеры решения задач
- •4.4. Расчет плоского трубопровода на температурное воздействие и внутреннее давление
- •Основные определения
- •Пример расчета трубопровода (задача № 26) Условие задачи
- •Решение
- •4.5. Определение напряжений и деформаций в криволинейном стержне
- •Основные определения
- •Пример расчета криволинейного стержня (задача № 27)
- •Сопротивление материалов
- •Часть 2
Пример 2 Условие задачи
Стальная прокатная двутавровая балка загружена нагрузками, показанными на рис. 4.10, а. Подберем номер двутавра так, чтобы выполнялись условия прочности во всех опасных точках.
Решение
Строим эпюры Q и М. По построенным эпюрам Q и М (рис. 4.10, б) найдем положение опасных точек в двутавровой балке. Сначала покажем на фасаде балки опасные сечения. Кроме опасных сечений, где действуют максимальный изгибающий момент (сечение а–а на рис. 4.10, в) и наибольшая поперечная сила (сечение b–b на рис. 4.10, в), в двутавровой балке существует еще одно опасное сечение – это сечение, где Q и М одновременно имеют большие значения. В рассматриваемом примере это сечение с–с на рис. 4.10, в. В опасных сечениях находятся опасные точки. В сечении а–а – точки 1, 1 с максимальными нормальными напряжениями, в сечении b–b – точка 2, в которой действует наибольшее касательное напряжение. Особенностью проверки прочности двутавровой балки является появление новых по сравнению с балками круглого и прямоугольного сечений опасных точек. Это связано с особенностью эпюры распределения касательных напряжений по высоте двутавра. Точки 3, 3, находящиеся в сечении с–с и расположенные в крайних точках стенки на сопряжении с полкой (рис. 4.10, в), опасны, так как в них одновременно действуют большие нормальные и большие касательные напряжения.
Подберем размер двутавра (номер двутавра) из условия прочности в точках 1, 1 – именно эти точки являются, как правило, наиболее опасными, а затем проверим прочность в остальных опасных точках. Точки 1, 1 находятся в линейном напряженном состоянии (рис. 4.9, а) и условие прочности в этих точках имеет вид
.
Рис. 4.10. К решению примера 2 о проверке
прочности двутавровой балки:
а– схема балки с нагрузками;б– эпюры внутренних усилий;
в– опасные сечения и опасные точки
см3,
и в соответствии с ГОСТ 9239–89 подбираем двутавр № 33, у которого см3.
Рис. 4.11. Отсеченные части сечения:
а– для точки 2;
б– для точки 3
,
где А – площадь фигуры; – координата центра тяжести (при вычислении статического момента отсеченной части знак координаты не учитывается, в этом случае– это расстояние от центра тяжести отсеченной части до осиy). Для вычисления статического момента отсеченной части, показанной на рис. 4.11, а , разобьем ее на два прямоугольника: полку и половину стенки. Для каждого прямоугольника находим площадь и расстояние от центра тяжести до оси y. Тогда
.
В этой формуле первое слагаемое – статический момент полки, а второе – статический момент половины стенки. Заметим, что для стандартных двутавров статический момент половины сечения задан в сортаменте (обозначен ) и для найденного двутавра № 33 см3. В формуле Журавского (4.2) для точки 2 – толщина стенки двутавра,– осевой момент инерции находим по таблице сортамента прокатных двутавров (обозначен) . Подставляя данные для двутавра № 33, получим
кН/см2.
Сравнивая максимальное касательное напряжение согласно третьей теории прочности с кН/см2 , убеждаемся, что условие прочности в точке 2 выполняется.
Проверим прочность в точках 3, 3, которые находятся в "балочном" напряженном состоянии (см. рис. 4.4). Найдем напряжения, действующие в точке 3. Нормальное напряжение ищем по формуле (4.1). Координата точки 3 и
кН/см2.
Положительный знак полученного напряжения показывает, что в точке 3, расположенной выше нейтральной оси, действует растягивающее напряжение. Для определения касательного напряжения по формуле Журавского получим сначала статический момент отсеченной части. Отсеченной частью сечения для точки 3 будет полка (см. рис. 4.11, б) и
см3.
Так как точка 3 находится в стенке двутавра, то 0,7 см. Тогда касательное напряжение в точке 3
кН/см2.
Подставляя найденные значения и в условие прочности по третьей теории (4.9), убеждаемся в том, что оно удовлетворяется:
< 16 кН/см2.
На этом процесс подбора двутавра заканчивается.
Примечание. В условии задачи № 17 есть пункты 7 и 8 [4].в которых требуется исследовать напряженное состояние произвольной точки двутавра. (Выполнение этой части задачи необязательны для студентов заочной формы обучения, студенты дневной и вечерней форм обучения могут выполнять эти пункты по требованию преподавателя) Эта часть задачи не имеет отношения к проверке прочности двутавра, носит академический характер и необходима для лучшего освоения теории изгиба. После того, как Вы выбрали произвольную точку, расположенную в сечении, где иQ, иМне равны нулю, найдите нормальное и касательное напряжения в этой точке по формулам (4.1), (4.2), используя те навыки, которые Вы приобрели при определении напряжений в опасных точках. Выделите вокруг исследуемой точки элементарный параллелепипед (элемент) и покажите на рисунке действующие на гранях элемента напряжения с учетом их знаков. Дальше определите главные напряжения и положение главных площадок, применяя знания, полученные при изучении разд. 2 "Исследование плоского напряженного состояния" в [5]. Поверните на рисунке элемент по главным направлениям и покажите на его гранях главные напряжения.