v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 46

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

III. Metoda przemieszczeń

31. Przywęzłowe momenty wyjściowe metody przemieszczeń

Zestawienie momentów utwierdzenia – „momentów wyjściowych” w belkach, przy różnych schematach
obciążenia (lewa kolumna – obustronne utwierdzenie, prawa kolumna – jednostronne utwierdzenie),
na rysunkach pokazano rzeczywiste zwroty momentów przywęzłowych. Warto odnieść je sobie do dodat-
nich momentów przyjmowanych zgodnie z konwencją znaków metody przemieszczeń.

Uwaga:
Wyjściowe siły tnące można wyznaczyć każdorazowo z warunków równowagi pręta.

Rys. 31.1. Wyjściowe momenty przywęzłowe metody przemieszczeń

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 47

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

32. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 32.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych N, T, M.
Zadanie rozwiązać metodą przemieszczeń.

Rys. 32.1. Dany układ prętowy z obciążeniem

Układ jest jednokrotnie geometrycznie niewyznaczalny, nieprzesuwny

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń (UPMP) – schemat geometrycznie wyznaczalny po wprowa-
dzeniu fikcyjnego więzu w węźle (1) – z przyłożonym obciążeniem zewnętrznym przedstawiono na ry-
sunku 32.2, zaznaczono rzeczywiste zwroty wyjściowych momentów przywęzłowych od danego obciąże-
nia.

Rys. 32.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe (wywołane obciążeniem zewnętrznym):

2

0

1

3 4

4 [

]

12

C

M

kNm

⋅

= −

= −

,

2

0

1

3 4

4 [

]

12

C

M

kNm

⋅

=

=

0

1

3

16 3

9 [

]

16

B

M

kNm

=

⋅ ⋅ =

.

Momenty przywęzłowe w UPMP wywołane wymuszeniem – kątem obrotu

1

ϕ

=

węzła (1).

Rys. 32.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe (od obciążenia zewnętrznego i obrotu w węźle):

1

2

A

M

EI

ϕ

=

,

1

9

B

M

EI

ϕ

= +

,

1

4

2

C

M

EI

ϕ

= − +

,

1

4

C

M

EI

ϕ

= +

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 48

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Niewiadomą metody przemieszczeń, kąt obrotu

ϕ

węzła 1, obliczymy z równania równowagi – zerowa-

nia się reakcji w fikcyjnym więzie. Równanie to można tu rozumieć jako zerowania się sumy momentów
w przekrojach przywęzłowych prętów wychodzących z węzła (1)

1

1

1

1

0

A

B

C

M

M

M

M

Σ

=

+

+

=

.

Stąd

1

5 5

0

EI

EI

ϕ

ϕ

+

=

⇒

= −

.

Podstawiając za

ϕ

rzeczywistą wielkość wyznaczymy wartości momentów przywęzłowych:

1

1

2

2 [

]

A

M

EI

kNm

EI

= −

⋅

= −

,

1

1

9

8 [

]

B

M

EI

kNm

EI





= +

−

=









,

1

1

4

2

6 [

]

C

M

EI

kNm

EI





= − +

−

= −









,

1

1

4

3 [

]

C

M

EI

kNm

EI





= +

−

=









.

Wykresy sił przywęzłowych najłatwiej sporządzić analizując równowagę każdego elementu osobno.

Rys. 32.4. Układ obciążony momentami przywęzłowymi wraz z wyznaczonymi siłami poprzecznymi

Powyższy schemat umożliwia sporządzenie wykresów sił tnących i momentów zginających.

Celem sporządzenia wykresu sił normalnych zapisujemy równania równowagi wyciętego węzła (1).

Rys. 32.5. Sprawdzenie warunku równowagi sił normalnych i tnących w węźle (1)

1

0

A

N

=

,

1

0

6, 75 0, 667

6, 0833 [

]

y

B

P

N

kN

=

⇒

= −

+

= −

∑

,

1

0

10, 667 [

]

x

C

P

N

kN

=

⇒

= −

∑

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 49

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 32.6. Wykresy sił wewnętrznych

33. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 33.1. Sporządzić wykresy momentów zginających.

Rys. 33.1. Dany układ ramowy z obciążeniem

Układ jest dwukrotnie geometrycznie niewyznaczalny, nieprzesuwny

2

g

n

n

ϕ

=

=

,

1

2

(

,

)

ϕ ϕ

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń (UPMP) – schemat geometrycznie wyznaczalny po wprowa-
dzeniu fikcyjnych więzów w węzłach (1) i (2) – z przyłożonym obciążeniem zewnętrznym przedstawiono

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 50

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

na rysunku 33.2, zaznaczono rzeczywiste zwroty wyjściowych momentów przywęzłowych od danego
obciążenia.

Rys. 33.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe:

0

13

2 [

]

M

kNm

=

,

0

1

8 4

4 [

]

8

A

M

kNm

⋅

=

=

,

0

1

4 [

]

A

M

kNm

= −

,

2

0

12

3 4

4 [

]

12

M

kNm

⋅

= −

= −

,

0

21

4 [

]

M

kNm

=

Przywęzłowe momenty zginające w układzie geometrycznie wyznaczalnym wywołane jednostkowymi
wymuszonymi kątami obrotu

1

ϕ

i

2

ϕ

, odpowiednio węzłów (1) i (2) (patrz rys. 33.3).

13

2

M

=

,

1

1

4

A

M

EI

ϕ

= +

,

1

1

1

4

2

A

M

EI

ϕ

= − +

,

12

1

2

4 2

M

EI

EI

ϕ

ϕ

= − +

+

,

21

1

2

4

2

M

EI

EI

ϕ

ϕ

= +

+

,

2

2

B

M

EI

ϕ

=

,

2

2

4

C

M

EI

ϕ

=

,

2

2

2

C

M

EI

ϕ

=

Rys.33.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

1

ϕ

=

i

2

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Równania zerowania się reakcji w fikcyjnych więzach – równania równowagi, zapisano poniżej

1

1

12

13

1

2

1

2

2

0

2 3

0

3

A

M

M

M

M

EI

EI

EI

ϕ

ϕ

ϕ ϕ

Σ

=

+

+

=

⇒

+

+

=

⇒

+

= −

(węzeł 1)

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 51

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

2

21

2

2

1

2

1

2

4

0

4

7

0

7

B

C

M

M

M

M

EI

EI

EI

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

Σ

=

+

+

=

⇒

+

+

=

⇒

+

= −

(węzeł 2)

Z rozwiązania powyższego układu równań kanonicznych metody przemieszczeń otrzymamy

1

2

1

2EI

ϕ ϕ

=

= −

.

Wartości momentów przywęzłowych otrzymujemy z superpozycji trzech stanów obciążenia:

13

2 [

]

M

kNm

=

,

1

4 0,5

3,5 [

]

A

M

kNm

= +

=

,

1

4 0, 25

4, 25 [

]

A

M

kNm

= − −

= −

,

12

4 1 0, 5

5,5 [

]

M

kNm

= − − −

= −

,

21

4 0, 5 1

2,5 [

]

M

kNm

= −

− =

,

2

0, 5 [

]

B

M

kNm

= −

,

2

2 [

]

C

M

kNm

= −

,

2

1[

]

C

M

kNm

= −

.

Wyznaczenie wykresu momentów zginających.

Rys.33.4. Układ obciążony momentami przywęzłowymi oraz wykres momentów zginających

34. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 34.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych N, T, M

dla układu poddanego nierównomiernemu ogrzaniu pręta (A-1). Dane:

40 [

]

t

d

g

t

t

C

∆ = − =

,

5

1

10 [deg ]

t

α

−

−

=

,

2

2000 [

]

EI

kNm

=

,

0, 2 [ ]

h

m

=

.

Rys. 34.1. Dany układ ramowy z obciążeniem zewnętrznym (temperatura)

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 52

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Układ jest jednokrotnie geometrycznie niewyznaczalny, nieprzesuwny.

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń (UPMP) – schemat geometrycznie wyznaczalny po wprowa-
dzeniu fikcyjnego więzu blokującego możliwość obrotu węzła 1 – z momentami przywęzłowymi będą-
cymi skutkiem działania przyłożonego obciążenia zewnętrznego przedstawiono na rysunku 34.2, zazna-
czono rzeczywiste zwroty wyjściowych momentów przywęzłowych od danego obciążenia.

Rys. 34.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe:

5

0

1

10

40

2,5

5000

10 [

]

0, 2

t

A

t

M

EI

kNm

h

α

−

∆

⋅

= −

= −

⋅

= −

,

0

1

10 [

]

A

M

kNm

=

.

Momenty przywęzłowe w UPMP wywołane jednostkowym wymuszeniem – kątem obrotu

1

ϕ

=

węzła 1.

Rys. 34.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe

1

10

2

A

M

EI

ϕ

=

+

,

1

10

A

M

EI

ϕ

= − +

,

1B

M

EI

ϕ

=

,

1

0, 5

B

M

EI

ϕ

=

,

1

2

C

M

EI

ϕ

=

.

Równanie zerowania się reakcji w fikcyjnym więzie – równowagi

1

1

1

1

0

A

B

C

M

M

M

M

Σ

=

+

+

=

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 53

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Stąd

2

10 5

0

EI

EI

ϕ

ϕ

+

=

⇒

= −

.

Wartości momentów przywęzłowych po podstawieniu rzeczywistej wielkości

ϕ

1

10 4

6 [

]

A

M

kNm

= − =

,

1

10 2

12 [

]

A

M

kNm

= − − = −

,

1

2 [

]

B

M

kNm

= −

,

1

1[

]

B

M

kNm

= −

,

1

4 [

]

C

M

kNm

= −

Wyznaczenie wykresów.

Rys. 34.4. Układ obciążony momentami przywęzłowymi oraz równowaga w węźle (1)

Rys. 34.5. Wykresy sił wewnętrznych

Siły normalne w elementach (1-A) i (1-B) obliczamy rozpatrując równowagę węzła (1).

1

1

0

0, 75 0, 72 0,8

0

0, 038 [

]

X

A

A

P

N

N

kN

Σ

=

⇒

−

+

=

⇒

= −

,

1

1

1

0

0, 6

0,96 1, 333

0

0, 396 [

]

Y

A

B

B

P

N

N

N

kN

Σ =

⇒

+

−

−

=

⇒

= −

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 54

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

35. Zadanie

Dana jest belka ciągła przedstawiona na rysunku 35.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych. Zadanie
rozwiązać metodą przemieszczeń a następnie sprawdzić metodą sił.

Rys. 35.1. Dana belka ciągła z obciążeniem zewnętrznym

Metoda przemieszczeń
Układ jest jednokrotnie geometrycznie niewyznaczalny

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Momenty wyjściowe są zerowe (brak obciążeń przęsłowych).
Momenty przywęzłowe pochodzące od kąta obrotu

1

ϕ

=

.

Rys. 35.2. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe:

1A

M

EI

ϕ

=

,

1

0, 75

B

M

EI

ϕ

=

.

Równanie równowagi.

Rys. 35.3. Równowaga w węźle (1)

1

1

1

8

14

0

1, 75

14

0

A

B

M

M

M

EI

EI

ϕ

ϕ

Σ

=

+

+

=

⇒

+

=

⇒

= −

Wartości końcowych momentów przywęzłowych

1

8 [

]

A

M

kNm

= −

,

1

6 [

]

B

M

kNm

= −

.

Wykresy

Rys. 35.4. Układ obciążony momentami przywęzłowymi – wykresy sił wewnętrznych

Metoda sił
Stopień statycznej niewyznaczalności układu

1

n

=

.

Przyjmujemy układ podstawowy metody sił (UPMS) odrzucając więz wewnętrzny – powstaje przegub.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 55

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 35.5. UPMS obciążony obciążeniem zewnętrznym oraz nadliczbową

1

X

Zakładamy, że obciążenie zewnętrzne (moment skupiony przyłożony w węźle 1) działa po lewej stronie
przegubu powstałego po przyjęciu UPMS.

Stan obciążenia zewnętrznego

Rys. 5.4.3.

Stan

1

1

X

=

Rys. 35.6. UPMS – wykresy momentów od obciążenia zewnętrznego oraz od jednostkowej nadliczbowej

1

1

X

=

Przemieszczenia w układzie podstawowym:
- wywołane obciążeniem zewnętrznym

0

1

10

1

1

2

14

14 6

1

2

2

3

L

M M

ds

EI

EI

EI

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

∫

- wywołane nadliczbową

1

1

X

=

1

1

11

1

1

2

1

1

2

7

6 1

1

4 1

1

2

2

3

2

3

3

L

M M

ds

EI

EI

EI

EI

δ =

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ +

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

∫

Z równania zgodności przemieszczeń

1

10

11

1

0

X

δ

δ

δ

=

+

=

otrzymujemy

10

1

11

6 [

]

X

kNm

δ

δ

= −

= −

.

Rys. 35.7. Wyznaczenie wykresów sił wewnętrznych

36. Zadanie

Dana jest belka ciągła przedstawiona na rysunku 36.1. Rozwiązać układ stosując metodę przemieszczeń.

Dane:

o

20 [

]

A B

d

g

t

t

t

C

−

∆

= − =

,

5

1

10 [deg ]

t

α

−

−

=

,

0, 2 [ ]

h

m

=

,

2

40 000 [

]

EI

kNm

=

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 56

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 36.1. Dana belka ciągła z obciążeniem (temperatura)

Układ jest jednokrotnie geometrycznie niewyznaczalny

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń (UPMP) – schemat geometrycznie wyznaczalny po wprowa-
dzeniu fikcyjnego więzu w węźle (B) – z momentem przywęzłowym będącym skutkiem działania przyło-
ż

onego obciążenia zewnętrznego przedstawiono na rysunku 36.2, zaznaczono rzeczywisty zwrot wyj-

ś

ciowego momentu przywęzłowego od danego obciążenia.

Rys. 36.2. UPMP z zaznaczonym momentem przywęzłowym od obciążenia zewnętrznego

Moment wyjściowy

5

0

3

10

20

6000

60 [

]

2

0, 2

t

BA

t

M

EI

kNm

h

α

−

∆

⋅

=

=

⋅

=

.

Momenty przywęzłowe wywołane jednostkowym wymuszeniem

1

ϕ

=

.

Rys. 36.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe:

60 0, 6

BA

M

EI

ϕ

=

+

⋅

,

BC

M

EI

ϕ

=

.

Równanie zerowania się reakcji w fikcyjnym więzie – równanie równowagi w węźle (1)

37,5

0

60 1, 6

0

B

BA

BC

M

M

M

EI

EI

ϕ

ϕ

Σ

=

+

=

⇒

+

=

⇒

= −

,

Wartości momentów przywęzłowych po podstawieniu rzeczywistej wielkości

ϕ

:

60 22, 5

37,5 [

]

BA

M

kNm

=

−

=

,

37, 5 [

]

BC

M

kNm

= −

.

Rys. 36.4. Układ obciążony momentami przywęzłowymi – wykresy sił wewnętrznych

37. Zadanie

Wyznaczyć siły wewnętrzne w układzie z rysunku 37.1 powstałe na skutek wmontowania pręta (A-1)

dłuższego o

3 [

]

l

cm

∆ =

. Przyjąć

2

1400 [

]

EI

kNm

=

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 57

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 37.1. Dany układ ramowy obciążony wmontowaniem dłuższego pręta (A-1)

Stopień geometrycznej niewyznaczalności układu

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń (UPMP) – układ geometrycznie wyznaczalny.

Rys. 37.2. UPMP z zaznaczonym momentem przywęzłowym od obciążenia zewnętrznego

Moment wyjściowy

0

1

2

2

3

3 1400

0, 03

14 [

]

3

3

B

EI

M

l

kNm

⋅

⋅

= −

⋅ ∆ = −

⋅

= −

Momenty przywęzłowe w układzie geometrycznie wyznaczalnym powstałe na skutek wymuszenia obrotu
węzła o kąt

1

ϕ

=

.

Rys. 37.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe:

1

4

3

A

M

EI

ϕ

=

,

1

14

B

M

EI

ϕ

= − +

,

1

2

3

A

M

EI

ϕ

=

Równanie równowagi

1

1

1

0

A

B

M

M

M

Σ

=

+

=

,

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 58

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

stąd

7

6

14

0

3

EI

EI

ϕ

ϕ

− +

=

⇒

=

.

Wartości momentów przywęzłowych:

1

4

6

8 [

]

3

A

M

kNm

= ⋅ =

,

1

14 6

8 [

]

B

M

kNm

= − + = −

,

1

2

6

4 [

]

3

A

M

kNm

= ⋅ =

.

Wyznaczenie wykresów

Rys. 37.5. Układ obciążony momentami przywęzłowymi – wykresy sił wewnętrznych

38. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 38.1. Wyznaczyć siły wewnętrzne powstałe na skutek
równomiernego ogrzania jednego z elementów o wielkość

0

t względem temperatury montażu.

Dane:

5

1

10 [deg ]

t

α

−

−

=

,

2

10 000 [

]

EI

kNm

=

.

Rys. 38.1. Dany układ ramowy z obciążeniem (temperatura)

Stopień geometrycznej niewyznaczalności układu

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Swobodne wydłużenie termiczne elementu (1-B)

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 59

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

5

4

0

10

20 3

6 10

[ ]

t

t

l

t

l

m

α

−

−

∆ =

⋅ ⋅ =

⋅ ⋅ = ⋅

Układ podstawowy metody przemieszczeń (geometrycznie wyznaczalny).

Rys. 38.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe:

0

4

1

2

2

3

3 10000

6 10

2 [

]

3

3

A

t

EI

M

l

kNm

−

⋅

⋅

= −

⋅ ∆ = −

⋅ ⋅

= −

,

0

0

4

1

1

2

6

2

6 20000

6 10

4,5 [

]

16

4

C

C

t

E

I

M

M

l

kNm

−

⋅

⋅

=

=

⋅ ∆ =

⋅ ⋅

=

.

Momenty przywęzłowe (

wykonać rysunek

):

1

3

2

2

3

A

EI

M

EI

ϕ

ϕ

= − +

= − +

,

1

3

2

2

3

B

E

I

M

EI

ϕ

ϕ

⋅

=

=

,

1

4

2

4, 5

4,5 2

4

C

E

I

M

EI

ϕ

ϕ

⋅

=

+

=

+

,

1

2

2

4, 5

4, 5

4

C

E

I

M

EI

ϕ

ϕ

⋅

=

+

=

+

.

Równanie równowagi

1

1

1

1

0

A

B

C

M

M

M

M

Σ

=

+

+

=

.

Stąd

1

2,5 5

0

2

EI

EI

ϕ

ϕ

+

=

⇒

= −

.

Wartości momentów przywęzłowych:

1

2 0, 5

2, 5 [

]

A

M

kNm

= − −

= −

,

1

1[

]

B

M

kNm

= −

,

1

4, 5 1

3, 5 [

]

C

M

kNm

=

− =

,

1

4, 5 0, 5

4 [

]

C

M

kNm

=

−

=

Wyznaczenie wykresów.

Rys. 38.3. Układ obciążony momentami przywęzłowymi – wykresy sił wewnętrznych

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 60

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

39. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 39.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych M, T, N.

Rys.39.1. Dany ramowy prętowy z obciążeniem zewnętrznym

Układ jest jednokrotnie geometrycznie niewyznaczalny

1

g

n

n

ϕ

=

=

.

Ponieważ jedynym obciążeniem jest moment skupiony przyłożony w węźle, wyjściowe momenty przy-
węzłowe są zerowe.
Wpływ wymuszenia – kąt obrotu

1

ϕ

=

.

Rys. 39.2. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Momenty przywęzłowe pochodzące od kata obrotu

1

ϕ

=

:

1A

M

EI

ϕ

=

,

1

3

B

M

EI

ϕ

=

,

1C

M

EI

ϕ

=

,

1

1

2

C

M

EI

ϕ

=

.

Równanie równowagi wyciętego węzła (1) – suma momentów przywęzłowych oraz skupionego momentu
węzłowego jest równa zeru.

Rys. 39.3. Równowaga w węźle (1) – zewnętrzny moment skupiony działa bezpośrednio na węzeł

1

1

1

1

0

A

B

C

M

M

M

M

M

Σ

= −

−

−

+

=

lub

1

1

1

A

B

C

M

M

M

M

+

+

=

Stąd

7

5

35

0

EI

EI

ϕ

ϕ

−

=

⇒

=

.

Możliwa jest także inna interpretacja.

Dodatkowy element (1-3) obciążony momentem skupionym

M

, w elemencie tym powstaje moment

wyjściowy

13

M

M

= −

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 61

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 39.4. Równowaga w węźle (1) – inna interpretacja obciążenia momentem

Wartości momentów przywęzłowych:

1

7 [

]

A

M

kNm

=

,

1

21[

]

B

M

kNm

=

,

1

7[

]

C

M

kNm

=

,

1

3, 5 [

]

C

M

kNm

=

Wyznaczenie wykresów

Rys. 39.5. Układ obciążony momentami przywęzłowymi – wykresy sił wewnętrznych

Obliczenie sił normalnych w elementach (A-1) i (1-C).
Przyjmujemy że siła

1A

N

jest rozciągająca, zaś siła

1C

N

ściskająca.

Rys. 39.6. Analiza obciążenia pręta (A-1-C)

Równanie równowagi

1

1

0

7 [

]

y

A

C

P

N

N

kN

∑

=

⇒

+

=

Warunek zgodności przemieszczeń

1

1

1

1

1

1

4

3

3

4

C

A

A

C

A

C

N

N

l

l

N

N

EA

EA

⋅

⋅

∆

= ∆

⇒

=

=

Z powyższych równań otrzymamy

[ ]

1

4

A

N

kN

=

,

1

3 [

]

C

N

kN

=

,

dodatkowo

1

2, 625 2, 333

0, 2917 [

]

B

N

kN

=

−

=

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 62

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 39.7. Wykres sił normalnych

40. Zadanie

Dany jest układ ramowy – rysunek 40.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych. Przyjąć EI=const.

Rys. 40.1. Dany układ ramowy z obciążeniem zewnętrznym

Układ jest dwukrotnie geometrycznie niewyznaczalny, przesuwny

1 1

2

g

n

n

n

ϕ

∆

=

+

= + =

.

Układ podstawowy metody przemieszczeń – geometrycznie wyznaczalny.

Rys. 40.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe:

2

0

1

3 4

4 [

]

12

A

M

kNm

⋅

= −

= −

,

0

1

4 [

]

A

M

kNm

=

.

W obliczeniach poniżej przyjmujemy EI=1.

Momenty zginające w układzie geometrycznie wyznaczalnym wywołane jednostkowymi wymuszeniami

1

ϕ

=

i

1

∆ =

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 63

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 40.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

ϕ

=

i

1

=

∆

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe:

1

3

4 0, 5

8

A

M

ϕ

= − +

− ∆

,

1

3

4

8

A

M

ϕ

= + − ∆

,

1B

M

ϕ

=

.

Poniżej zapisano odpowiednie równania równowagi.

1) Suma momentów w węźle (1).

1

1

1

3

0

2

4

0

16

3

32

8

A

B

M

M

M

ϕ

ϕ

Σ

=

+

=

⇒

− ∆ + =

⇒

− ∆ = −

(równanie równowagi węzła – 1)

2) Równowaga sił działających na wycięty element (1-B).

Rys. 40.4. Równowaga wyciętego elementu (1-B), zaznaczono siły przywęzłowe w pręcie (1-A)

Przywęzłowe siły tnące:

0

1

1

1

1

4

A

A

A

A

M

M

T

T

+

=

+

,

0

1

6

A

T

=

(od obciążenia zewnętrznego);

1

3

3

6

8

16

A

T

ϕ

=

−

∆ +

.

Równanie równowagi

1

3

3

0

2

0

8

0

6

3

128

8

16

x

A

P

T

ϕ

ϕ

Σ =

⇒

+ =

⇒

−

∆ + =

⇒

− ∆ = −

(równ. równ. rygla – 2)

Równanie (2) można otrzymać inna drogą – tworząc układ przegubowy (mechanizm) i zadając w nim
przemieszczenie wirtualne

∆

=1

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 64

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 40.5. Układ przegubowy (mechanizm) służący do wyznaczenia równowagi pręta (1-B)

Równanie równowagi wyciętego elementu (1-B)

1

0

1 2 1

0

x

A

P

T

=

⇒

⋅ + ⋅ =

∑

,

1A

T

- od strony węzła (1).

Po podstawieniu

1

1

1

6

4

A

A

A

M

M

T

+

=

+

otrzymujemy równanie (2).

Do tego samego rezultatu można dojść wprowadzając wielkość kąta obrotu pręta (A-1):

1

1

1

4

A

h

−

Ψ

= =

i

zapisując równanie pracy wirtualnej

1

1

1

1

(

)

2 1 3

1 4

0

6

3

128

2

A

A

A

M

M

ϕ

−

Ψ

⋅

+

+ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ =

⇒

− ∆ = −

.

(równ. równ. rygla – 2)

Z układu równań (1) i (2) otrzymujemy

9, 6

ϕ

=

,

61,8667

∆ =

.

Wartości momentów przywęzłowych:

1

4

4,8 23, 2

22, 4 [

]

A

M

kNm

= − +

−

= −

,

1

4 9, 6 23, 2

9, 6 [

]

A

M

kNm

= +

−

= −

,

1

9, 6 [

]

B

M

kNm

= −

.

Wyznaczenie sił przywęzłowych.

Rys. 40.6. Układ obciążony momentami przywęzłowymi

Wykresy sił wewnętrznych.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 65

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 40.7. Wykresy sił wewnętrznych

41. Zadanie

Dany jest układ ramowy przedstawiony na rysunku 41.1. Sporządzić wykresy sił wewnętrznych.

Rys. 41.1. Dany układ ramowy z obciążeniem zewnętrznym

Układ jest trzykrotnie geometrycznie niewyznaczalny, przesuwny

2 1

3

g

n

n

n

ϕ

∆

=

+

= + =

.

Rys. 41.2. UPMP z zaznaczonymi momentami przywęzłowymi od obciążenia zewnętrznego

Momenty wyjściowe:

0

1

12 4

6 [

]

8

A

M

kNm

⋅

= −

= −

,

0

1

6 [

]

A

M

kNm

=

.

Momenty przywęzłowe w układzie geometrycznie wyznaczalnym wywołane wymuszeniami:

1

1

ϕ

=

,

2

1

ϕ

=

,

1

∆ =

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 66

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys.41.3. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

1

ϕ

=

i

2

1

ϕ

=

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Rys. 41.4. UPMP zdeformowany w wyniku obciążenia

1

=

∆

, zaznaczono momenty przywęzłowe

Sumaryczne momenty przywęzłowe:

1

1

6 0, 4

0, 3

A

M

ϕ

= − +

−

∆

,

1

1

6 0,8

0, 3

A

M

ϕ

= +

−

∆

;

12

1

2

2

0, 75

M

ϕ ϕ

=

+

+

∆

,

21

1

2

2

0, 75

M

ϕ

ϕ

=

+

+

∆

;

2

2

3

0, 75

16

B

M

ϕ

=

−

∆

.

Równania równowagi.

a) Sumy momentów w węzłach (1) i (2).

1

1

12

1

2

0

2,8

0, 45

6

A

M

M

M

ϕ ϕ

Σ

=

+

=

⇒

+

+

∆ = −

,

(równanie równowagi węzła 1)

2

21

2

1

2

9

24

2, 75

24

16

B

M

M

M

M

ϕ

ϕ

Σ

=

+

=

=

⇒

+

+

∆ =

.

(równanie równowagi węzła 2)

b) Równanie równowagi rygla czyli wyciętego pręta (1–2) sumy rzutów sił na kierunek przesuwu – by je
otrzymać, tworzymy układ przegubowy (mechanizm) i zadajemy przemieszczenie wirtualne

1

∆ =

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 67

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 41.5. Rzutowanie sił na kierunek przesuwu oraz oznaczenie sił poprzecznych na końcach prętów

Przywęzłowe siły tnące:

1

1

1

1

4,8

0, 24

0,12

4,8

5

A

A

A

M

M

T

ϕ

+

=

+

=

−

∆ +

,

12

21

12

1

2

0,5

3

M

M

T

ϕ ϕ

+

=

=

+

+

∆

,

2

2

2

3

3

4

16

64

B

B

M

T

ϕ

=

=

−

∆

.

Równanie pracy wirtualnej można zapisać w postaci

1

12

2

5

3

1

0

4

4

A

B

T

T

T

⋅ −

⋅ +

⋅ =

.

W równaniu tym zwroty sił przyjmujemy zgodnie z konwencją znaków – od węzłów. W przypadku braku
obciążenia działającego bezpośrednio w węzłach można podstawić siły

T

od strony prętów. Po podsta-

wieniu otrzymujemy

1

2

9

183

0, 45

6

16

320

ϕ

ϕ

+

+

∆ =

.

(równanie równowagi rygla czyli elementu (1–2) – 3)

Inny sposób wyznaczenia równania (3). Obliczamy kąty obrotu poszczególnych prętów układu przegu-
bowego (mechanizmu).

.

Rys. 41.6. Wyznaczenie prac wirtualnych za pomocą schematu kinematycznego

Równanie pracy wirtualnej:

1

1

21

12

2

1

1

1

(

)

(

)

12 0,5

0

4

4

4

A

A

B

M

M

M

M

M

+

−

+

+

+ ⋅

=

,

1

1

21

12

2

1

(

)

6

0

4

A

A

B

M

M

M

M

M

+

−

−

+

+ =

,

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 68

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

1

2

9

183

0, 45

6

16

320

ϕ

ϕ

⇒

+

+

∆ =

.

(3)

Po rozwiązaniu układu równań (1), (2), (3) otrzymujemy:

1

6, 64506

ϕ

= −

,

2

9, 92489

ϕ

=

,

5, 95861

∆ =

.

Momenty przywęzłowe:

1

10, 4456 [

]

A

M

kNm

= −

,

1

1,1036 [

]

A

M

kNm

= −

;

12

1,1036 [

]

M

kNm

=

,

21

17, 6736 [

]

M

kNm

=

;

2

6,3264 [

]

B

M

kNm

=

.

Wyznaczenie sił tnących.

Rys. 41.7. Wyznaczenie sił tnących na podstawie równowagi prętów

Siły normalne w prętach (2-B) i (1-2) uzyskujemy z równowagi węzła (2).

2

0

6, 25907[

]

y

B

P

N

kN

=

⇒

= −

∑

,

12

0

1, 58161[

]

x

P

N

kN

=

⇒

=

∑

.

Siłę normalną

1A

N

uzyskujemy z równowagi węzła (1).

1

1

0

0, 6

0,8 2, 49016 1, 58161

0

5, 9562[

]

x

A

A

P

N

N

kN

=

⇒

−

+

⋅

+

=

⇒

=

∑

Rys. 41.8. Równowaga w węźle (1)

Sprawdzenie –

0

y

P

=

∑

.

Z równowagi w punkcie (3) otrzymujemy siłę normalną

1

1

7, 2

13,1562[kN]

A

A

N

N

=

+

=

.

v. 2010.02.26

Zadania z Mechaniki Budowli M.K. Jasina, M. Skowronek

strona 69

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel się swoimi spostrzeżeniami
pisząc na adres e-mail: [e-mail]. z góry dziękujemy MKJ & MS

Rys. 41.9. Równowaga w punkcie (3)

Wykresy sił wewnętrznych.

Rys. 41.10. Końcowe wykresy sił wewnętrznych