Определение перемещения сечения стержня

Плоской статически определимой стержневой

Системы при действии температурных воздействий и при смещении ее опор

Температурные перемещения

Перепишем интеграл Мора (7) из лекции 9 в виде:

(1)

(см. рис. 3 – 5 лекции 8). Формулой Мора в приведенном виде можно пользоваться для определения перемещений системы, вызванных действием температуры. Если верхнее волокно элемента стержня нагрето на t₁, а нижнее – наt₂градусов Цельсия, то принимая прямолинейный закон распределения температуры по высоте поперечного сечения, будем иметь (рис. 1) для симметричного поперечного сечения:

,

где α– температурный коэффициент линейного расширения.

Деформации сдвига в элементе от действия температуры не возникают.

Подставив найденные значения Δx_tи Δ_tв выражение (1), получим формулу для нахождения температурных перемещений

(2)

Предполагается, что вдоль каждого стержня заданное изменение температуры одинаково и высота hкаждого элемента системы постоянна по всей его длине.

Если стержневая система содержит только прямолинейные или ломаные стержни постоянного сечения, то формула (2) может быть переписана в более простой форме:

(3)

где и– площади единичных эпюри. Если деформации элементаdxот температуры и от единичной силы аналогичны, то знак соответствующего члена формулы (3) будет положительным, если деформации будут не совпадать, то необходимо брать знак (–).

Пример 1.Определить горизонтальное перемещение подвижной опорыВпри изменении температуры по рис. 2. Высоту поперечного сечения принятьh = a /10.

Строим единичные эпюры и(рис. 2,б,в) от приложенной в точкеВв направлении искомого перемещения единичной силыР= 1. Затем определяем площади единичных эпюр:

для ригеля: =ab/2,= 1·a=a; для стойки:=b²/2,=b²/a.

Определяем температурные параметры:

для ригеля: t₁= 40^о,t₂= 10^о; для стойки t₁= 20^о,t₂= 10^о.

По формуле (3) находим:

= α(–150b – 35b²/a + 25a).

Знак (+) нужно поставить перед членом с , так как изменение температуры вызывает удлинение стойки и ригеля, также как и действие единичной (рис. 2,в). Перед членом сстоит знак (-), так как температурное воздействие вызывает удлинение внешних волокон ригеля и стойки (рис. 2,а), а изгибающий моментот действия единичной силыР= 1, наоборот, вызывает укорочение внешних волокон (рис. 2,б).

При определении перемещений от действия на сооружение температуры нельзя пренебрегать членом формулы, зависящим от продольной силы.

Определение перемещений от осадки опор

Осадки опор могут быть случайными (просадки грунта, оползень, размыв грунта) при отсутствии нагрузки на сооружение или могут возникать под действием нагрузки в результате податливости основания.

Перемещения от случайных осадок опор

Пусть шарнирно подвижная опора рамы, изображенной на рис. 3, а, переместилась вертикально на величину Δ. Определим вертикальное перемещение точкиk. Для этого создадим единичное состояние данной системы и в направлении искомого перемещения Δ_k приложим силуР= 1 (рис. 3,б). Опорную реакцию, возникающую в том же опорном стержне, переместившимся вертикально на величину Δ, обозначим черезR. Составим уравнение равновесия (рис. 3,б):

ΣМ_А = P·l – R·2l = 0,

и находим опорную реакцию R= 1/2.

На основании теоремы о взаимности работ для двух состояний, показанных на рис. 3, а,б, составим условие:

W₁₂ =W₂₁, или 0 = (PΔ_k – RΔ),

откуда находим

Δ_k = RΔ = Δ/2.

Работа сил первого состояния на перемещениях второго состояния W₁₂ = 0, так как сил в первом состоянии нет. Второе слагаемое правой части формулы Бетти взято с отрицательным знаком, так как направление силыRи перемещения Δ не совпадают.

При перемещениях опор статически определимого сооружения по направлениям опорных закреплений внутренние усилия в сооружении не возникают.

Таким образом, для определения перемещения или угла поворота, возникающего в статически определимом сооружении от смещения его опор в направлении опорных закреплений, необходимо:

1. выбрать единичное состояние сооружения, считая смещающуюся опору неподвижной,

2. загрузить сооружение в направлении искомого перемещения единичной силой или моментом,

3. определить реакции в тех опорных связях единичного состояния, которые по условию задачи смещаются,

4. составить выражение работы сил единичного состояния на перемещениях действительного и приравнять эту работу нулю,

5. решить полученное уравнение относительно искомого перемещения.