Сопротивление материалов: основы теории и примеры выполнения индивидуальных расчетных заданий. Валиев Ф.С. - 68 стр.

UptoLike

Составители: 

134
х
2
= 0 м,
2
M (0) 40 30 10 кН м;=−=
х
2
= 1,5 м,
2
M(1,5) 70 75 5 кН м.=−=
3-й участок (рис. 7.10):
3
0x 1 м.≤≤
F=20 кН
2 м
Y
3
q = 15 кН/м
О
3
х
3
М=25 кНм
1,5 м
Q
3
(х
3
)
М
3
(х
3
)
Х
3
К
Рис. 7.10
Рассматривая 3-й участок также вырежем правую часть бал-
ки. Начало локальной системы координат поместим в начале 3-
го участка.
Y
= 0; Q
3
(x
3
) – q
2 + F = 0;
3
Q F q 2 20 15 2 10 кН.=− + =− + =
Эпюра Q постоянна по длине участка.
К
m0;=
М
3
(х
3
) – М – q2(х
3
+ 1 + 1,5) + F (x
3
+ 3,5) = 0;
33 3 3
33
M(x) F(3,5 x) q2(2,5 x) М
20(3,5 x ) 30(2,5 x ) 25.
=++=
=+−+
3
0,x =
3
M (0) 30 кН м
=
−⋅ (знак "минус" означает, что рас-
тягиваются верхние волокна);
х
3
= 1 м,
3
M(1) 40 кН м.
=
−⋅
Эпюры М и Q, построенные по результатам расчётов, пока-
заны на рис. 7.7е, ж.
Б. Подбор сечения
Из эпюр М и Q имеем:
max
M40 кН м;=⋅
max
Q = 20 кН.
1.
Балка прямоугольного сечения (см. рис. 7.7б):
R = 10 МПа, R
s
= 5 МПа, h = 4b.
Из условия прочности (7.2) определим требуемую величину
осевого момента сопротивления при
max
Rσ=:
135
TP 3 3 3
max
Z
3
M
40 кН м
W410 м 4000 см .
R1010 кПа
== = =
Осевой момент сопротивления для прямоугольного сечения
при заданных соотношениях сторон определится по формуле:
.
6
b16
6
)b4(
b
6
bh
2
h
12
bh
y
I
W
322
3
max
Z
Z
=====
Приравняем
ТР
ZZ
WW= и найдем размер сечения b:
;см 4000
6
b16
3
3
=
3
4000 6
b11,46 см.
16
==
Округляя в большую сторону, примем:
b = 11,5 см, h = 4b = 4
11,5 = 46 см.
Проверим прочность подобранного сечения по нормальным
и касательным напряжениям.
33
363
Z
16b 16 11,5
W 4050 см 4050 10 м ;
66
== = =
3
max
max
-6 3
Z
max
M
40 кН м
9,9 10 кПа;
W405010 м
R10 МПа.
σ= = =
σ<=
Прочность по нормальным напряжениям обеспечена. Недо-
напряжение в 1 % объясняется округлением размера сечения b в
большую сторону.
Для проверки прочности по касательным напряжениям ис-
пользуем формулу (7.11):
отс
Y
max
Z
S
max
Zy
max
Q
S
R;
Ib
τ=
Y
max
Q
=
20 кН, (из эпюры Q);
I
33
4
Z
bh 11,5 46
93280см .
12 12
== =
Наибольшие касательные напряжения для прямоугольного
сечения возникают в точках, лежащих на центральной оси Z, так
           х2 = 0 м,                   M 2 (0) = 40 − 30 = 10 кН ⋅ м;                     M max
                                                                                              40 кН ⋅ м
                                                                              WZ TP =      =              = 4 ⋅ 10−3 м 3 = 4000 см 3 .
           х2 = 1,5 м,                 M 2 (1,5) = 70 − 75 = −5 кН ⋅ м.               R      10 ⋅ 103 кПа
                                                                              Осевой момент сопротивления для прямоугольного сечения
    3-й участок (рис. 7.10):                   0 ≤ x 3 ≤ 1 м.             при заданных соотношениях сторон определится по формуле:
                            Y3                                                             bh 3         2       2      3
           Q3(х3)                                                                   IZ          12 = bh = b (4b) = 16b .
                      М3(х3) М=25 кНм
                                                    q = 15 кН/м               WZ =       =
      Х3                                                                           y max    h         6       6      6
                    •К                                                                         2
                                 О3                                           Приравняем WZ = WZ ТР и найдем размер сечения b:
                       х3             1,5 м        2м      F=20 кН
                                                                              16b 3                     4000 ⋅ 6
                                 Рис. 7.10
                                                                                    = 4000 см 3 ; b = 3          = 11, 46 см.
                                                                                6                         16
     Рассматривая 3-й участок также вырежем правую часть бал-                  Округляя в большую сторону, примем:
ки. Начало локальной системы координат поместим в начале 3-                    b = 11,5 см,       h = 4b = 4 ⋅ 11,5 = 46 см.
го участка.                                                                    Проверим прочность подобранного сечения по нормальным
     ∑ Y = 0; Q3(x3) – q ⋅ 2 + F = 0;                                     и касательным напряжениям.
                                                                                      16b3 16 ⋅ 11,53
    Q3 = −F + q ⋅ 2 = −20 + 15 ⋅ 2 = 10 кН.                                    WZ =        =           = 4050 см 3 = 4050 ⋅ 10−6 м3 ;
                                                                                        6       6
    Эпюра Q постоянна по длине участка.
                                                                                       M max     40 кН ⋅ м
    ∑ mК = 0; –М3(х3) – М – q⋅2(х3 + 1 + 1,5) + F ⋅ (x3 + 3,5) = 0;            σ max =
                                                                                         WZ
                                                                                             =
                                                                                               4050 ⋅ 10-6 м3
                                                                                                              = 9,9 ⋅ 103 кПа;
    M 3 (x 3 ) = F(3,5 + x 3 ) − q ⋅ 2(2,5 + x 3 ) − М =
                                                                              σ max < R = 10 МПа.
    = 20(3,5 + x 3 ) − 30(2,5 + x 3 ) − 25.
                                                                              Прочность по нормальным напряжениям обеспечена. Недо-
     x3 = 0, M 3 (0) = −30 кН ⋅ м (знак "минус" означает, что рас-        напряжение в 1 % объясняется округлением размера сечения b в
тягиваются верхние волокна);                                              большую сторону.
    х3 = 1 м, M 3 (1) = −40 кН ⋅ м.                                           Для проверки прочности по касательным напряжениям ис-
    Эпюры М и Q, построенные по результатам расчётов, пока-               пользуем формулу (7.11):
заны на рис. 7.7е, ж.                                                                     QY          Sотс
                                                                              τ max =          max
                                                                                                     ⋅ Z           ≤ RS;
    Б. Подбор сечения                                                                       IZ         by
                                                                                                             max
    Из эпюр М и Q имеем:              M max = 40 кН ⋅ м; Q max = 20 кН.       QY    max
                                                                                          = 20 кН, (из эпюры Q);
    1. Балка прямоугольного сечения (см. рис. 7.7б):                                bh 3 11,5 ⋅ 463
    R = 10 МПа, Rs = 5 МПа, h = 4b.                                           IZ=       =           = 93280 см 4 .
    Из условия прочности (7.2) определим требуемую величину                         12      12
                                                                              Наибольшие касательные напряжения для прямоугольного
осевого момента сопротивления при σ max = R :
                                                                          сечения возникают в точках, лежащих на центральной оси Z, так
                                        134                                                                         135