Расчет статически определимых балок на прочность и жесткость

Дипломная работа - Строительство

Другие дипломы по предмету Строительство

овые и расчетно-проектировочные работы под редакцией В.В. Семенова таблица 9.

 

1.Расчетные значения нагрузки при :

 

Mn = 50кНм М = Mn * ?f = 50*1,2 = 60кНм

Fn = 7кН F = Fn* ?f = 7*1,2 = 8,4кН

qn = 18кН/м q = qn* ?f = 18*1,2 = 21,6кН/м

l = 2,8м

n = 5

 

Рис.3. Эпюры внутренних усилий в сталефибробетонной балке от расчетных нагрузок

 

1 участок

 

? Z1 ? 2,8

M(z1) = F Z1

M(z1=0) = 0;

M(z1=2,8) = 8,4*2,8= 23,52кНм

Q(z1) = - F = - 8,4кН

 

участок

 

? Z2 ? 2,8

M(z2) = q z22 - М + F*( Z2 + 2,8)

M(z2=0) = -60+8,4*2,8= - 36,48кНм

M(z2=2,8) =21,6*2,82 - 60+8,4*5,6= 71,71кНм

Q(z2)= -F - qz2

Q(z2=0)= - 8,4кН

Q(z2=2,8)= -8,4 - 21,6*2,8= - 68,88кН

 

По полученным данным строю эпюры М и Q.

 

2.Проверка прочности по нормальным напряжениям. Проверку выполняю по неравенствам

 

?t max = Mmax * yt ? Rt ;

?c max = Mmax * yc ? Rc ; JxJx

 

Площади

 

А1 = 40*60= 2400 см2

А2 = Ѕ *7,5*60 = 225см2

 

Рис.4. Нормальные напряжения в поперечном сечении сталефибробетонной балки

 

Ординату центра тяжести определяю относительно оси х1, то есть

 

yc = ?SX1 = A1Y1+2A2q2 = 2400*0+2*225*(-20) = - 3,16см

?AA1+2 A22400+2*225

 

Момент инерции

 

Jx1= 40*603 = 720000см4

Jx2= 7,5*603 = 45000см4

 

Момент инерции относительно нейтральной оси

 

Jx= ?( Jxi + Аiаi2)= (720000+3,162*2400) + 2(45000+16,842*225) =

см4

 

Наибольшие напряжения:

в растянутой зоне балки

 

?t max = Mmax * yt = 71,71*10-3 * 0,2684= 2,00МПа < Rt = 4,5МПа

Jx 961611*10-8

 

в сжатой зоне

 

?c max = Mmax * yc = 71,71*10-3 * 0,3316= 2,47МПа< Rс= 22,5МПа

Jx 961611*10-8

 

Строю эпюру ? по значениям ?t max и ?c max (рис. 4).

 

Вывод: условие прочности по нормальным напряжениям обеспечена.

 

Балка Б-3

1. Расчетные значения нагрузки при :

 

Mn = 40кНм М = Mn * ?f = 40*1,2 = 48кНм

Fn = 42кН F = Fn* ?f = 42*1,2 = 50,4кН

qn = 28кН/м q = qn* ?f = 28*1,2 = 33,6кН/м

l = 1,8м

 

. Составляю уравнения равновесия для заданной балки от расчетных нагрузок. Отбрасываю связи, заменяю реакциями vА, vB

Использую 2 форму аналитических условий равновесия:

балка деревянный сталефибробетон стальной

?Fxy = 0

?mA= 0

?mB = 0

1.

?mB = q*3,6*1,8 + M + VB *5,4 - F*7,2= 0

vB = -33,6*3,6*1,8-48+50,4*7,2= 17,99кН

5,4

2. ?mB = 0

?mА = VA*5,4 - q*3,6*3,6+ M - F*1,8= 0

VA= 33,6*3,6*3,6 - 48+ 50,4*1,8= 88,55кН

5,4

 

Проверка найденных реакций:

 

?Y= 0; ?Y= - VA + q*3,6 - F+ VB = 0

?Y= -88,55+33,6*3,6+17,99 - 50,4 = 0; 0 = 0, => реакции найдены, верно.

 

3.Построение эпюр М и Q

1 участок

 

? Z1 ? 3,6

M(z1) = qZ12- VA Z1

M(z1=0) = 0;

M(z1=3,6) = 33,6*3,62/2 - 88,55*3,6= -101,1 кНм

Q(z1) = qZ1 - VA

Q(z1=0)= - 88,55кН

Q(z1=3,6) = 33,6*3,6 - 88,55= 32,41кН

Z10 = VA = 88,55 = 2,64 м

 

Рис. 5. Эпюры внутренних усилий в стальной балке от расчетных нагрузок

 

В сечении, где поперечная сила меняет знак, изгибающий момент имеет экстремальное значение. Нахожу его на втором участке:

Экстремум

 

М (Z10)= 33,6*2,642 - 88,55*2,64= - 117,1кНм

 

участок

 

? Z2 ? 1,8

M(z2) = -FZ2

M(z2=0) =0

M(z2=1,8) = - 50,4*1,8= - 90,72кНм

Q(z2)= F= 50,4кН

 

участок

 

? Z3 ? 1,8

M(z3) = VВZ3 - F(Z3+1,8)

M(z3=0) = - 90,72кНм

M(z3=1,8) = 17,99*1,8 - 50,4*3,6= - 149,1кНм

Q(z3)= F - VB= 50,4 - 17,99= 32,41кН

 

Определяю требуемый момент сопротивления как:

 

Wx = Mmax = 149,1*103 = 621см3

R240

 

По ГОСТу 8239 - 72 выбираю двутавр №36, для которого:

 

Wx = 743см3; Jx= 13380см4; Sx= 423см3; b= 14,5см; d= 0,75см; t= 1,23см

 

Определяю фактическое нормальное напряжение:

 

?maxфакт = Mmax = 149,1*103 = 200,7МПа

Wx 743

 

Проверяю прочность балки по касательным напряжениям. Проверку провожу в сечении, где

 

Qmax = 88,55кН,

 

по выражению

 

?max = QmaxSx

Jx*d

?max = QmaxSx = 88,55*10-3*423*10-6 = 37,3МПа < Rs = 130МПа

Jx*d 13380* 10-8*0,75

 

Строю эпюры ? и ? для этого сечения

 

Рис. 6. Эпюры напряжений в опасном сечении

 

y1 = h/2 = 18см

y2 = h/2 - t = 18 - 1,23 = 16,77см;

y3 = 0;

?(1) = 149,1*10-3 * 0,18 = 200,58МПа

*10-8

?(1) = 149,1*10-3 * 0,1677 = 200,58МПа

13380*10-8

?(3) = 0

В этих же точках определяю касательные напряжения по формуле Журавского:

 

?(1) = 0, так как Sx= 0;

 

для полки двутавра

 

?(2)1 = Q*Sxп = 32,41*10-3*310,06*10-6 = 0,52МПа

Jx*b 13380*10-8*14,5*10-2

 

где статический момент полки

 

Sxп = An*yc = b*t ( h - t) = 14,5*1,23*(18 - 1,23/2) = 310,06см3

2 2

 

для стенки двутавра

 

?(2) = Q*Sxп = 32,41*10-3*310,06*10-6 = 10,01МПа

Jx*d 13380*10-8*7,5*10-3

 

на нейтральной оси

 

?(2) = Q*Sxп = 32,41*10-3*423*10-6 = 13,66МПа

Jx*d 13380*10-8*7,5*10-3

?red3 = v ?2+ 4?2 ? R,

?red4 = v ?2+ 3?2 ? R,

?red3 = v 186,872 + 4*10,012 = 187,9МПа < R= 240МПа

?red4 = v 186,872 + 3*10,012 = 187,7МПа < R= 240МПа

?1,3 = ? + 1 v ?2 + 4?2

2 2

?maxmin = + 1 * v ?2 + 4?2

 

точка1223445?maxmin,МПа+100,29+93,44+93,97+13,66+93,97+93,44+101,29?1, МПа200,58186,88187,4113,660,540,0050?3, МПа0-0,005-0,54-13,66-187,41-186,88-200,58

Перемещения осуществляю методом начальных параметров.

 

Рис. 7. Определение перемещения балки в сечении D

 

Жесткость сечения

 

EJx =2,06*108*13380*10-8 = 27562,8кНм2

 

Уравнения прогибов и углов поворота

 

EJxy = EJxy0 + EJx?0Z - VAz3 + q* z4 - М*(Z - 3,6)2 - q*( Z - 3,6)4 + VB*

6 24224* (Z - 5,4)3

(2) EJx? = EJx?0 - VAz2 + q* z3 - М*(Z - 3,6) - q*( Z - 3,6)3 + VB*

2 66* (Z - 5,4)2

 

Начальные параметры

 

(3) опора А (Z=0) yA=0

(4) опора B (Z=5,4) yВ=0

 

Из (1) при условии (3) следует

 

EJxyA = EJx*y0 = 0

 

Из (1) при условии (4) следует

 

EJxyA = EJx ?0*5,4 - 88,55*5,43+ 33,6*5,44 - 48*1,82 - 33,6*1,84 = 0

6 24 2 24

EJx ?0 = 227,0кНм2

 

После подстановки в предыдущие уравнения координаты сечения D (Z=2,7м) получаю:

Прогибы из (1)

Сечения D (Z=2,7м) - середина пролета