Признаки нулевых и ненулевых стержней

Кроме трех способов определения внутренних усилий в стержнях ферм, также используются признаки нулевых и ненулевых стержней для быстрого определения усилий.

Порядок расчет статически неопределимой фермы.

1. Вычертить в масштабе заданную схему фермы и загрузить ферму в узлах от заданной нагрузки. Пронумеровать узлы.

2. Определить степень статической неопределимости.

Выбрать основную и эквивалентную системы, назначив лишние неизвестные усилия (рационально).

4. Записать канонические уравнения.

5. Определить продольные усилия во всех стержнях фермы в единичном состоянии.

6. Определить продольные усилия во всех стержнях фермы в грузовом состоянии.

7. Занести данные в таблицу и определить коэффициенты канонических уравнений.

8. Решить канонические уравнения, найти неизвестные усилия.

Определить окончательные продольные усилия во всех стержнях фермы.

Выполнить деформационную и статическую проверки.

Общие указания

1. Расчетно-графическая работа должна быть выполнена на стандартных листах бумаги, формата А4 (210х297 мм).

2. Все записи и расчеты производятся чернилами на одной стороне листа, рисунки выполняются карандашом.

3. Расчеты должны содержать решения в общем (буквенном) виде и числовое решение.

4. Все вычисления производятся с точностью до 0,001.

5. Полностью выполненное и оформленное РГР сшивается и сдается преподавателя в указанные сроки.

Вопросы для самоконтроля.

1. Дать определение статически неопределимой фермы.

2. Дать определение внешне и внутренне статически неопределимых ферм.

3. Записать формулы для определения степени статической неопределимости для внешне и внутренне статически неопределимых ферм. Пояснить формулы.

4. Дать понятия основной и эквивалентной систем. Привести примеры.

5. Записать канонические уравнения для дважды статически неопределимой фермы. Пояснить физический смысл уравнений.

6. Определение коэффициентов канонических уравнений. Их физический смысл.

7. Каким образом определяются окончательные усилия в стержнях ферм.

8. Виды проверок найденных усилий в стержнях ферм. Их физический смысл.

Пример расчета статически неопределимой фермы.

		Р1 = 3 т Р2 = 5 т Р3 = 4 т Р4 = 5 т Р5 = 3 т l = 18 м h1 = 3 м h2 = 5 м

Решение.

1. Определяем степень статической неопределимости:

Так как система внешне статически неопределима , то степень статической неопределимости определяем по формуле:

n_СТ = С_ОП – 3 = 4 – 3 = 1,

таким образом ферма один раз статически неопределима.

2. Выбираем основную систему: так как ферма симметричная, то лучше отбрасывать одну центральную опорную связь.

Строим эквивалентную систему:

3. Каноническое уравнение метода сил выглядит следующим образом:

δ₁₁Χ₁ + Δ_1Р = 0,

4. Определяем внутренние усилия во всех стержнях фермы.

a) Определяем аналитически усилия в каждом стержне в основной системе от действия силы Х₁ = 1 (в единичном состоянии). Все расчеты заносим в таблицу ( столбец 4).

Определяем опорные реакции

Σ Х = 0, H₁ = 0

Σ М₁ = 0, Х₁·3d - V₁₂·l = 0, Х₁·9 - V₁₂·18 = 0, V₁₂ = 0,5(т)

Σ М₁₂ = 0, - Х₁·3d + V₁·l = 0, -Х₁·9 + V₁₉·18 = 0, V₁ = 0,5(т)

Σ Y = 0, V₁ + V₁₂ - Х₁ = 0, 0 = 0

Реакции найдены верно.

Определяем внутренние усилия во всех стержнях фермы в единичном состоянии. Результаты вычислений заносим в таблицу.

cos α = l₁₃ / l₁₂ = 0,707 sin α = l₂₃ / l₁₂ = 0,707

cos β = l_4К / l₂₄ = 0,316 sin β = l_2К / l₂₄ = 0,949

sin γ= l₆₇ / l₅₆ = 0,587

(способ вырезания узлов)

Σ Y = 0, V₁ + N₁₂· sin α = 0,

N₁₂ = - V₁ / sin α

N₁₂ = - 0,5 / 0,707 = - 0,707 (т)

(способ вырезания узлов)

Σ Х = 0, N₁₃ + N₁₂· cos α = 0,

N₁₃ = - N₁₂· cos α

N₁₃ = 0,707· 0,707 = 0,5 (т)

(по признакам)

N₃₅ = N₁₃ , N₃₅ = 0,5(т),

N₂₃ = 0

(способ моментной точки)

Σ М_О24 = 0,

V₁· 6 + N₂₄· r₂₄ = 0,

N₂₄ = - V₁· 6/ r₂₄ ,

r₂₄ = sin β· l₄₅ = 3,795(м)

N₂₄ = - 0,5· 6/ 3,795 =

=- 0,791(т)

(способ моментной точки)

Σ М_О25 = 0,

-V₁· а + N₂₅· r₂₅ = 0,

N₂₅ = V₁· а / r₂₅ ,

а = 6(м), r₂₅ = cos α· (а + 6)= 8,485(м)

N₂₅ = 0,5· 6 / 8,485 = 0,354(т)

(по признакам)

N₄₆ = N₂₄ , N₄₆ = - 0,791 (т),

N₄₅ = 0

(способ моментной точки)

Σ М_О57 = 0,

V₁· 9 - N₂₄· 5 = 0,

N₅₇ = V₁· 9 / 5 ,

N₅₇= 0,5· 9 / 5 = 0,9 (т)

(способ моментной точки)

Σ М_О56 = 0,

-V₁·а - N₅₆· r₅₆ = 0,

r₅₆ = sin γ· (а+6) = 10,29(м)

N₅₆ = - V₁·а / r₅₆

N₅₆ =- 0,5·6 /10,29 = - 0,292(т)

(по признакам)

N₇₉ = N₅₇ , N₇₉ = 0,9 (т),

N₆₇ = Х₁ , N₆₇ = 1 (т)

Так как ферма симметричная и нагрузка также симметричная, то усилия в симметричных стержнях будут равны. Следовательно, рассчитываем только половину фермы, а остальные усилия запишем по аналогии.

b) Определяем аналитически усилия в каждом стержне в основной системе от действия заданной внешней нагрузки ( в грузовом состоянии). Все расчеты заносим в таблицу (столбец 5).

Определяем опорные реакции:

Σ Х = 0, H₁ = 0

Σ М₁ = 0, P₁·3+ P₂·6+ P₃·9+ P₄·12+ P₅·15 - V₁₂·18 = 0, V₁₂ =10(т)

Σ М₁₂ = 0, V₁·18 - P₅·3 - P₄·6 - P₃·9 - P₂·12 - P₁·15 = 0, V₁ =10(т)

Σ Y = 0, V₁ + V₁₂ - P₅ - P₄ - P₃ - P₂ - P₁ = 0, 0 = 0

Реакции найдены верно.

Определяем внутренние усилия во всех стержнях фермы в грузовом состоянии. Результаты вычислений заносим в таблицу.

cos α = l₁₃ / l₁₂ = 0,707 sin α = l₂₃ / l₁₂ = 0,707

cos β = l_4К / l₂₄ = 0,316 sin β = l_2К / l₂₄ = 0,949

sin γ= l₆₇ / l₅₆ = 0,587

(способ вырезания узлов)

Σ Y = 0, V₁ + N₁₂· sin α = 0,

N₁₂ = - V₁ / sin α

N₁₂ = - 10 / 0,707 = -14,14 (т)

(способ вырезания узлов)

Σ Х = 0, N₁₃ + N₁₂· cos α = 0,

N₁₃ = - N₁₂· cos α

N₁₃ = 14,142· 0,707 = 10 (т)

(по признакам)

N₃₅ = N₁₃ , N₃₅ = 10 (т),

N₂₃ = Р₁ , N₂₃ = 3 (т)

(способ моментной точки)

Σ М_О24 = 0,

V₁· 6 + N₂₄· r₂₄ - Р₁· 3 = 0,

N₂₄ = (Р₁· 3 - V₁· 6)/ r₂₄ ,

r₂₄ = sin β· l₄₅ = 3,795(м)

N₂₄ = (3· 3 - 10· 6)/ 3,795 =

=-13,44(т)

(способ моментной точки)

Σ М_О25 = 0,

-V₁· а + N₂₅· r₂₅ + Р₁·(а+3)= 0,

N₂₅ = (V₁· а -Р₁·(а+3))/ r₂₅ ,

а = 6(м), r₂₅ = cos α· (а + 6)= 8,485(м)

N₂₅ = (10· 6 - 3· 9)/ 8,485 = 3,889(т)

(по признакам)

N₄₆ = N₂₄ , N₄₆ = -13,44 (т),

N₄₅ = 0

(способ моментной точки)

Σ М_О57 = 0,

V₁· 9 - Р₁· 6 - Р₂· 3 - N₂₄· 5 = 0,

N₅₇ = (V₁· 9 - Р₁· 6 - Р₂· 3)/ 5 ,

N₅₇= (10· 9 - 3· 6 - 5· 3)/ 5 =

=11,4(т)

(способ моментной точки)

Σ М_О56 = 0,

Р₁·(3+а) - V₁·а - Р₂·(6+а) – N₅₆· r₅₆ = 0,

r₅₆ = sin γ· (а+6) = 10,29(м)

N₅₆ =(Р₁·(3+а) - V₁·а + Р₂·(6+а))/ r₅₆

N₅₆ =(3·9- 10·6 +5·12)/10,29 =2,624(т)

(по признакам)

N₇₉ = N₅₇ , N₇₉ = 11,4 (т),

N₆₇ = 0

Так как ферма симметричная и нагрузка также симметричная, то усилия в симметричных стержнях будут равны. Следовательно, рассчитываем только половину фермы, а остальные усилия запишем по аналогии.

5. Исходя из найденных усилий, рассчитываем таблицу.

Находим коэффициенты канонического уравнения:

δ₁₁ =

(суммируем столбец 4)

Δ_1р =

(суммируем столбец 5)

6. Из канонического уравнения находим

Χ₁ = -Δ_1Р/ δ₁₁ = -343,603/27,073 = -12,692 т

7. Окончательные усилия в каждом стержне определим по формуле

Результаты также занесем в таблицу(столбец 8,9):

N_ок = N₁·Х₁ + N_Р

8. Для найденных значений внутренних усилий в стержнях фермы

выполним проверки:

a) Статическая проверка – любой вырезанный узел должен находиться в состоянии статического равновесия. Для этого вырежем узел в котором сходится наибольшее количество стержней – узел 5

Σ Х= 0, -N₃₅ - N₅₇ – N₂₅· cos α + N₅₆· cos γ = 0,

- 3,654 - 0,023 + 0,604· 0,707 + 6,33· 0,515 = 0,009 ≈ 0

Σ Y= 0, - Р₂ – N₂₅· sin α + N₅₆· sin γ = 0,

- 5 - 0,604· 0,707 + 6,33· 0,587 = 0,0017≈ 0

b) Деформационная проверка

Δ_1ок = = 0

Деформационную проверку выполним непосредственно в таблице (столбец 10)

Проверки выполнены, значит ферма рассчитана верно.