После вычисления единичных коэффициентов и грузовых членов канонических уравнений эти уравнения решают. В результате чего определяют неизвестные усилия. После того, как лишние неизвестные найдены, эквивалентное состояние будет представлять собой статически определимую систему, находящуюся под действием заданной нагрузки и найденных сил Хi. Рассчитав эту статически определимую раму, строят для нее эпюры усилий M, N, Q, известными способами, которыми пользовались при построении эпюр для статически определимых рам.
Существует и другой способ построения эпюры М. На основании принципа Даламбера, эпюру М можно построить на основании формулы:
Мок = М1·Х1 + М2·Х2 + … + Мn·Х n + МР = Мi·Х i + МР
Т.е. для получения окончательной эпюры изгибающих моментов ординаты каждой их единичных эпюр умножаются на найденное значение соответствующего неизвестного, и все результаты суммируются (по отдельным точкам осей системы) с добавлением к ним ординат грузовой эпюры моментов.
1.4 Построение эпюр поперечных и продольных сил.
После того как решением системы канонических уравнений найдены неизвестные усилия Хi , эти усилия и заданная внешняя нагрузка могут быть приложены к основной системе. Затем от их совместного действия обычным способом (как в статически определимых системах) могут быть определены поперечные и продольные силы, и построены эпюры N, Q.
Поперечные силы в статически неопределимой системе могут быть определены и другим путем – по окончательной эпюре изгибающих моментов и условия равновесия вырезанных стержней. Каждый стержень рамы рассматривается как простая статически определимая балка на двух опорах, с приложенными к ней изгибающими моментами, взятыми с окончательной эпюры изгибающих моментов и заданной внешней нагрузкой. Для каждой такой балки, в отдельности, строится эпюра поперечных сил. Потом все участки собираются на раму в целом. Поперечная сила считается положительной, если она дает момент от конца стержня на узел по часовой стрелке, и наоборот.
По эпюре поперечных сил и условия равновесия вырезанных узлов рамы строится эпюра продольных сил N. Для этого к вырезанным узлам прикладывают поперечные и продольные силы. При этом, продольные силы считаем положительными, т.е. направленными от узла. Поперечные силы прикладываются к узлу с учетом полученных значений и знаков. (см. по полученной эпюре поперечных сил). К узлу необходимо не забывать прикладывать и внешние силы, если они непосредственно действуют на этот узел. Проектируя приложенные к узлу силы на оси координат, получим два уравнения равновесия:
S Х = 0, S Y = 0
из которых, зная поперечные силы Q, найдем продольные силы N.
Начинать определение продольных сил надо с тех узлов, в которых сходятся не более двух стержней с неизвестными продольными силами.
роверки.
Важнейшим элементом расчета рам является различные проверки на каждом этапе расчета.
1) Проверка единичных коэффициентов и свободных членов канонических уравнений. Коэффициенты и свободные члены канонических уравнений представляют собой перемещения, полученные путем перемножения соответствующих эпюр изгибающих моментов. При перемножении эпюр могут быть допущены ошибки, в результате которых значения лишних неизвестных получатся неверными. Ошибки, сделанные при подсчете перемещений, могут быть обнаружены при помощи особых проверок:
а) построчная проверка (проверяются единичные коэффициенты одной
строки – одного уравнения):
δis = δi1 + δi2 + δi3 + … + δin = δij ,
δis =
МS = М1 + М2 + М3 + … + Мn
МS - называется суммарной единичной эпюрой изгибающих моментов.
Строится в основной системе от действия одновременно всех лишних
неизвестных, равных единице. Или путем суммирования всех
единичных эпюр.
б) универсальная проверка (проверяются одновременно все единичные
коэффициенты):
δss = δ1s + δ2s + δ3s + … + δns = δi j ,
δss =
в) постолбцовая проверка (проверяются свободные члены –
коэффициенты одного столбца):
ΔiР = Δ1Р +Δ2Р +Δ3Р +…+ ΔnР = ΔSР, ΔSР =
2) Проверки правильности построения окончательной эпюры изгибающих моментов:
а) Статическая проверка – основана на условии равновесия
окончательных моментов во всех узлах рамы
S М = 0
б) Деформационная проверка – заведомо нулевые перемещения в
заданной системе должны получиться равными нулю и при расчете
эквивалентной системы.
Δiок =
3) Статическая проверка рамы в целом – проверяется рассчитанная рама
с учетом найденных опорных реакций, изгибающих моментов,
поперечных и продольных сил через уравнения статики:
S МF = 0, S Y = 0, S X = 0
Точку F лучше всего подбирать на раме таким образом, чтобы через нее
проходило как можно меньше найденных реакций.
Последовательность выполнения расчетно-графической работы
«Расчет плоской статически неопределимой рамы методом сил»
1. Определить степень статической неопределимости заданной рамы.
2. Выбрать основную систему метода сил и назначить лишние неизвестные усилия. Показать эквивалентную систему.
3. Составить систему канонических уравнений для определения неизвестных усилий от заданной внешней нагрузки.
4. В основной системе построить единичные эпюры изгибающих моментов М i от действия сил Х i =1 и грузовую эпюру М p от действия заданной внешней нагрузки.
5. Вычислить коэффициенты и свободные члены канонических уравнений по формулам Мора.
6. Проверить полученные коэффициенты, построив суммарную
единичную эпюру изгибающих моментов и вычислив сумму всех
единичных перемещений (универсальная проверка).
7. Проверить полученные свободные члены, вычислив сумму свободных членов, построив суммарную единичную эпюру (постолбцовая проверка).
8. Решить систему канонических уравнений методом Гаусса и найти значения неизвестных сил Х i . Провести проверку найденного решения, подставив найденные значения в канонические уравнения.
9. Построить окончательную эпюру изгибающих моментов по формуле:
Мок = Мi·Х i + МР
10. Проверить правильность построения окончательной эпюры:
а) Сделать статическую проверку.
б) Выполнить деформационную проверку.
Если полученная величина Δiок отлична от нуля, то относительная погрешность вычислений не должна превышать 3%.
11. Построить окончательную эпюру поперечных сил, используя окончательную эпюру изгибающих моментов и условия равновесия каждого вырезанного из каркаса стержня.
12. Построить окончательную эпюру продольных сил, используя окончательную эпюру поперечных сил и условие равновесия вырезанных узлов рамы.
13. Проверить статическое равновесие рамы в целом под действием заданной внешней нагрузки и опорных реакций.
Пример расчета плоской статически