Для определения усилий растяжения-сжатия в плоских фермах с простой треугольной решеткой применяются метод сквозных сечений и метод вырезания узлов.
При использовании метода сквозных сечений расчетную схему расчленяют на две части, таким образом, чтобы число неизвестных усилий в сечении было не более двух. При этом каждое усилие должно определяться из отдельного уравнения равновесия и не должно выражаться через усилия в других стержнях.
При использовании метода вырезания узлов усилия в стержнях, сходящихся в рассматриваемом узле, определяют из уравнений равновесия в проекциях сил на оси X и Y глобальной системы координат.
Укажем виды сечений, порядок их следования (рис. 8), чтобы иметь возможность составить уравнения, необходимые для определения усилий в стержнях, попавших в соответствующее сечение последовательности.
Уравнение в проекциях сил рекомендуется применять тогда, когда нельзя составить уравнение в моментах.
Уравнение в моментах требует вычисления расстояния от точки приведения до линии действия усилия, а уравнение в проекциях сил – вычисления значений тригонометрических функций угла между осями стержней.
Так как заданная расчетная схема является симметричной по нагрузке (узловая нагрузка, реактивные силы) и очертанию решетки, то достаточно определить усилия в стержнях половины фермы, так как усилия в стержнях другой половины будут такими же.
Для удобства дальнейших вычислений предварительно найдем высоту стойки 3–4 () и расстояние от узла 2 () до нижнего пояса фермы, используя подобие треугольников (см. рис. 7), и покажем их на расчетной схеме (рис. 8).
; | Рис. 7 |
Располагая системой нагрузок «в значениях», системой сечений, основными размерами расчетной схемы (см. рис. 8), можно приступать к непосредственному определению продольных усилий в стержнях заданной фермы (рис. 9-13).
Рис. 8
Важно отметить, что неизвестные усилия на рисунке отсеченной части расчетной схемы считаются положительными (действуют «от узла»), а их истинный («инженерный») знак устанавливается решением соответствующего уравнения.
Рис. 9 | где (растяжение); (сжатие) | |
Рис. 10 | где (растяжение); где (сжатие) | |
Рис. 11 | (сжатие); (сжатие) | |
Рис. 12 | где (растяжение); где , (растяжение) | |
Рис. 13 | где (сжатие) | |
Решение задачи об определении продольных усилий в ферме представлено в табл. 3.
Таблица 3
Номер стержня | 1–2 | 1–3 | 2–3 | 2–4 | 3–4 | 3–5 | 4–5 | 4–6 | 6–5 |
9–10 | 7–10 | 7–9 | 8–9 | 7–8 | 5–7 | 5–8 | 6–8 | ||
Знак усилия | + | – | – | + | – | – | + | + | – |
Усилие , P | 1,118 | 1,118 | 2,237 | 2,5 | 1,414 | 1,118 |