Примеры построения эпюр внутренних силовых факторов для балок на двух опорах

В отличие от консольных балок, при расчете балок на двух шарнирных опорах необходимо сначала определить опорные реакции из уравнений статики, так как и в левую, и в правую отсеченные части для любого сечения, расположенного между опорами, попадает соответствующая реакция.

Для плоской системы число уравнений статики в общем случае равно трем. Если балка загружена только вертикальными нагрузками, то горизонтальная реакция шарнирно-неподвижной опоры равна нулю, и одно из уравнений равновесия обращается в тождество. Таким образом, для определения реакций в опорах шарнирной балки используются два уравнения статики:

Условие используется для проверки вычисленных значений опорных реакций.

Рассмотрим примеры построения эпюр Q_y и M_x.

Пример 4.

z₁

Для балки, изображенной на рис.6.20 построить эпюры поперечной силы Q_y и изгибающего момента M_x и определить опасное сечение. Пусть величины P = 10 кН, a = 2 м, b = 3 м.

Решение.

Определим реакции опор. Запишем уравнения равновесия статики. Из этих уравнений получим:

кН.

Для проверки правильности определения реакции опор используем уравнение:

; .

6 – 10 + 4 = 0,

0 º 0.

Рис.6.20

Значит, реакции определены правильно.

Определим внутренние усилия, возникающие в материале балки. Следует рассмотреть два участка, границами участков являются точки приложения сосредоточенной силы Р и опорных реакций R_A и R_B. Обозначим границы участков буквами А, С и В.

Рассечем первый участок АС.

Отбросим правую часть, т.к. она сложнее.

Заменим отброшенную часть внутренними усилиями Q_y и M_x.

Уравновесим отсеченную часть, запишем уравнения равновесия:

Вычислим Q_y и M_x в граничных точках участка:

при z₁ = 0, Q_y₁ = R_A = 6 кН, M_x₁ = 0;

при z₁ = а = 2 м, Q_y₁ = R_A = 6 кН, M_x₁ = 12 кНм.

Рассмотрим второй участок СВ. Рассечем его и отбросим левую часть, заменим её внутренними силами. Из уравнений равновесия получим

Вычислим Q_y и M_x в граничных точках участка:

при z₂ = 0, Q_y₂ = - R_В = - 4 кН, M_x₂ = 0;

при z₂ = а = 3 м, Q_y₂ = - R_В = - 4 кН, M_x₂ = 12 кНм.

Построим эпюры Q_y и M_x.

По полученным эпюрам определим опасное сечение, оно проходит через точку приложения силы P, так как M_x достигает там наибольшего значения.

Пример 5.

Для представленной на рис.6.21 балки построить эпюры внутренних сил, найти опасные сечения.

Рис.6.21

Решение.

Определим реакции опор. Заменим распределенную нагрузку q её равнодействующей G=2qa, приложим G в середине участка АС (рис.6.22).

Запишем уравнение равновесия.

Рис.6.22

;

Отсюда находим:

; .

Выполним проверку правильности определения реакций опор.

;

0 º 0.

Используя метод сечений, рассмотрим сечения участков балки (рис.6.23).

Рис.6.23

1 участок:

;

Вычислим Q_y₁ и M_x₂ на границах участка.

, , ;

2 участок:

;

На границах участка получим

, , ;

Построим эпюры Q_y и M_x на участках. Из выражений для внутренних усилий следует, что Q_y, эпюра является прямолинейной как на первом, так и на втором участках, в то время как эпюра М_х на первом участке квадратичная парабола, а на втором прямая линия. Для построения эпюры М_х на первом участке следует либо вычислить её значения в нескольких точках, либо исследовать функцию на экстремум и определить его.

Как известно из курса математического анализа, для определения экстремума функции следует определить ее первую производную, приравняв ее нулю найти аргумент, затем его значение подставить в функцию и вычислить экстремум функции.

Отложим значение М_х_max и построим эпюру изгибающего момента на первом участке по трем точкам (рис.6.23). По эпюре находим опасное сечение. Им является сечение, где .

Пример 6.

Построить эпюры , для балки с шарнирным опиранием (рис.6.24).

Рис. 6.24

Порядок расчета.

1. Вычисляем реакции опор.

Проверка:

2. Намечаем характерные сечения.

В отличие от консольных балок здесь известны обе опорные реакции, поэтому для любого сечения можно рассматривать как левую, так и правую отсеченную часть.

3. Определяем поперечные силы в характерных сечениях.

Строим эпюру .

4. Определяем изгибающие моменты в характерных сечениях.

Строим эпюру

Пример 7.

Построить эпюры и для балки на двух опорах с консолью (рис.6.25, а)

Порядок расчета.

1. Вычисляем опорные реакции.

Во втором уравнении равновесия (впрочем, как и в первом) момент от распределенной нагрузки вычислен без разбиения ее на две части - слева и справа от опоры В, то есть определена равнодействующая нагрузки , ее положение (в середине участка с распределенной нагрузкой), что позволяет определить плечо равнодействующей относительно опоры В и направление создаваемого ею момента. В то же время можно было в уравнении равновесия учитывать отдельно части нагрузки , приложенные слева и справа от опоры В; при этом второе уравнение равновесия имеет вид:

Рис.6.25

Вычисленное из этого уравнения значение реакции , разумеется, совпадает с полученным ранее.

Проверка:

2. Намечаем характерные сечения.

3. Вычисляем поперечную силу и изгибающий момент в характерных сечениях.

Из рассмотрения левой отсеченной части:

Для сечений 5-7 удобнее рассматривать правую отсеченную часть:

По вычисленным значениям строим эпюры и (рис.6.25, б,в).