background image

Zadanie 3. Belka wieloprzęsłowa na podporach spręŜystych 
 
 

 

 

q = 8 kN/m;   P

1

 = 70 kN   P

2

 = 110 kN 

 
3.1. Określenie stopnia statycznej niewyznaczalności 
 

3

3

1

1

1

1

2

n

h

=

+

+

+

+

=

 

 

3.2. Przyjęcie schematu podstawowego 
 
 

 

 

3.3. Rozwiązanie ustroju podstawowego 
 
3.1. Stan X

= 1 

 

background image

 
3.2. Stan X

2

 = 1 

 

 
 

 
 
3.3. Stan X

= 1 

 

 

 
 
 
 
 
 

background image

3.4. Stan obciąŜenia zewnętrznego 

 

 
4. Układ równa
ń zgodności przemieszczeń 
 
 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

0

X

X

X

0

X

X

X

0

X

X

X

30

30

33

20

32

10

31

20

30

23

20

22

10

21

10

30

13

20

12

10

11

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

 

 
 

 

przemieszczenia w miejscach usuniętych więzów: 

 

 

 

21

22

23

1

1

1

1

1 2 0

1 2 0, 33 1

2

2

3

1

1

4

1 2 2 0, 67 1

2

3

1

1

1

1 2 0, 33 1

2

3

EI

EI

EI

EI

EI

EI

δ

δ

δ

=

⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

 

 

11

12

13

1

1

4

1 2 2 0, 67 1

2

3

1

1

1

1

1 2 0

1 2 0, 33 1

2

2

3

0

EI

EI

EI

EI

δ

δ

δ

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

background image

31

32

33

0

1

1

1

1 2 0, 33 1

2

3

1

1

4

1 2 2 0, 67 1

2

3

EI

EI

EI

EI

δ

δ

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

 

 

 

wyrazy wolne: 

 

[

]

[

]

[

]

1

2

3

1

20,18

0, 5 35 1 0, 33 0, 5 35 1 0, 67 0, 67 2 4 0, 5 1

1

2, 67

0, 67 2 4 0, 5 1

1

27, 5

0, 5 1 55 0, 67 1 0, 33 0, 5 55 1

O

O

O

EI

EI

EI

EI

EI

EI

δ

δ

δ

=

⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅

+

⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

=

⋅ ⋅ ⋅

⋅ +

⋅ ⋅ =

 

 

 

10

20

30

10

20

30

10

20

30

4

1

20,18

X

X

0 X

0

3EI

3

1

4

1

2, 67

X

X

X

0

3

3EI

3

3

1

4

27, 5

0 X

X

X

0

3

3

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

+

+ ⋅

+

=

+

+

+

=

+

+

+

=

 

 

10

20

30

10

20

30

10

20

30

4 X

1 X

0 X

60, 51 0

1 X

4 X

1 X

8, 01

0

0 X

1 X

4 X

82,5

0

+ ⋅

+ ⋅

+

=

+ ⋅

+ ⋅

+

=

+ ⋅

+ ⋅

+

=

 

 

 

układ równań zgodności przemieszczeń w ujęciu macierzowym 

 
- zapis rozwinięty: 
 

=

δ

δ

δ

+

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

0

0

0

X

X

X

30

20

10

30

20

10

33

32

31

23

22

21

13

12

11

 

 

10

20

30

4

1

0

60,51

0

1

1

1

4

1

8, 01

0

3

3

0

1

4

82,5

0

X

X

EI

EI

X

 

 

 

 

+

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

- zapis zwinięty: 
 

10

1

11

0

10

1

11

0

1

11

10

1

11

0

11

1

11

1

11

L

10

0

11

b

B

X

0

b

B

 

X

O

B

b

B

X

B

B

B

O

b

X

B

=

=

+

/

=

+

/

=

+

 

 

1

11

11

10

4

1

0

2, 43

0, 64

0,16

6, 66

1

1

1

4

1 ;

0, 64

2, 6

0, 64 ;

0,88

3

0

1

4

0,16

0, 64

2, 43

9,1

B

B

EI

b

EI

EI

=

=

=

 

 

10

0

20

30

2, 43

0, 64

0,16

6, 66

17, 25

0, 64

2, 6

0, 64

0,88

7,86

0,16

0, 64

2, 43

9,1

22, 64

X

X

X

EI

X

 

 

=

=

=

 

 

 

 

 
 

X

10

 = -17,25 ;  X

20

 = 7,86 ;   X

30

 = -22,64; 

 

 
5. Obliczenie reakcji i sił wewn
ętrznych w ustroju rzeczywistym 
 

 

wyznaczenie reakcji: 

 

1

2

3

0

10

20

30

0, 5 ( 17, 25) 35

26,375

A

A

A

A

A

A

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

+

=

 

 

1

2

3

0

10

20

30

1 ( 17, 25) 0,5 7,86 43

64,18

B

B

B

B

B

B

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

= − ⋅ −

+

+

=

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0, 5 ( 17, 25) 1 (7,86) 0,5 ( 22, 64) 8

19,8

C

C

C

C

C

C

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

− ⋅

+

⋅ −

+ = −

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 7,86 1 ( 22, 64) 55

81,57

D

D

D

D

D

D

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

− ⋅ −

+

=

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 ( 22, 64) 55

43, 68

E

E

E

E

E

E

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

+

=

 

 

background image

V

C

=19,8kN

V

B

=64,18kN

V

A

=26,375kN

V

D

=81,57kN V

E

=43,68kN

 

 
 

 

wyznaczenie sił wewnętrznych: 

 

- momenty zginające: 
 

10

20

30

0;

17, 25

;

7,86

;

22, 64

;

0

A

B

C

D

E

M

M

X

kNm

M

X

kNm

M

X

kNm

M

=

=

= −

=

=

=

= −

=

 
 

- wyznaczenie momentów ekstremalnych: 
 

1

2

1

(0; 1)

( )

26, 375

;

(0)

0

(1)

26, 375

(0; 1)

( )

(

1)

26, 375

26, 375 70

26, 375 43, 625 ;

(0)

26, 375

(1)

17, 25

(0; 2)

( )

(

2)

(

1)

26, 3

2

A

A

A

B

przedzia I

x

M x

V x

kNm

M

M

kNm

przedzia II

x

M x

V x

P x

x

x

x

M

M

kNm

przedzia III

x

qx

M x

V x

P x

V x

=

=

=

=

=

+ −

=

+

=

=

= −

=

+ −

+ +

=

2

2

2

75

52, 75 70 70

64,18

4

17, 25 20, 555

4

;

(0)

17, 25

(2)

7,86

(0; 2)

( )

(

2)

(

1)

43, 68

87, 36 110 110

81, 57

15, 25

22, 64;

(0)

22, 64

(2)

7,86

(0; 1)

( )

E

D

x

x

x

x

x

x

M

M

kNm

przedzia IV

x

M x

V x

P x

V x

x

x

x

x

M

kNm

M

kNm

przedzia V

x

M x

+

+

= −

+

= −

=

=

+ −

+ +

=

+

+

=

= −

=

2

(

1)

43, 68

43, 68 110

66, 32

43, 68;

(0)

43, 68

(1)

22, 64

E

V x

P x

x

x

x

M

kNm

M

kNm

=

+ −

=

+

= −

=

= −

 

 
 
 
 
 
 

background image

 

wykresy sił wewnętrznych: 

 

V

C

=19,8kN

V

B

=64,18kN

V

A

=26,375kN

V

D

=81,57kN V

E

=43,68kN

 

 
6. Rozwi
ązanie belki na podporach spręŜystych 
 
 

l/

2

l/

2

l/

2

l/

2

l/

2

l/

2

 

 

 

background image

 

 

schemat obliczeniowy: 

 

 

 

Ugięcie maksymalne: 

max

 = 0,01 m 

 

7. Obliczenie podatności podpór 
 

 

podpora A: 

 

max

max

4

max

0, 01

1, 56 10

/

64,18

1

6410, 2

/

B

B

B

B

B

B

b V

b

m kN

V

k

kN m

b

= ⋅

≤ ∆

=

=

=

=

 

Przyjęto: 
 
k

= 6500 kN/m 

 
Dla l = 2 m: 
 

3

3

1

4

1

2

1070

48

48 1, 56 10

p

l

EI

kN

b

=

=

 

 

 

podpora C: 

 

max

max

4

max

0, 01

5, 05 10

/

19,8

1

1998

/

C

C

C

C

C

C

b V

b

m kN

V

k

kN m

b

= ⋅

≤ ∆

=

=

=

=

 

Przyjęto: 
 
k

= 2000 kN/m 

 
 

background image

Dla l = 2 m: 
 

3

3

2

4

1

2

330,1

48

48 5, 05 10

p

l

EI

kN

b

=

=

 

 

 

podpora 3: 

 

max

max

4

max

0, 01

1, 23 10

/

81, 57

1

8130,1

/

D

D

D

D

D

D

b

V

b

m kN

V

k

kN m

b

=

≤ ∆

=

=

=

=

 

Przyjęto: 
 
K

= 8150 kN/m 

 
Dla l = 2 m: 
 

3

3

3

4

3

2

1333

48

48 1, 23 10

p

l

EI

kN

b

=

=

 

 
 
8. Obliczenie podatności wynikających z podparcia spręŜystego 
 
 

∑∫

+

=

δ

k

R

R

ds

EI

M

M

j

i

j

i

ij

 

 

 

4

1

1

1

1

1

1

11

1 1

0, 5 0, 5

2, 79 10

6500

2000

k

C

C

B

B

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

+

=

             

4

1

2

1

2

1

2

12

1 0, 5

0, 5 1

3, 27 10

6500

2000

k

C

C

B

B

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

= −

= −

             

4

1

3

1

3

1

3

13

0, 5 0, 5

1, 25 10

2000

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

=

             

 
 

4

21

12

3, 27 10

k

k

δ

δ

=

= −

 

4

2

2

2

2

2

2

22

0, 5 0, 5

1 1

0, 5 0, 5

5, 69 10

6500

2000

8150

k

C

C

B

B

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

+

+

=

 

4

2

3

2

3

2

3

23

1 0, 5

0, 5 1

3,11 10

2000

8150

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

= −

= −

 

 
 

background image

4

31

13

1, 25 10

k

k

δ

δ

=

=

 

4

32

23

3,11 10

k

k

δ

δ

=

= −

 

4

3

3

3

3

3

3

33

0, 5 0, 5

1 1

2, 48 10

2000

8150

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

+

=

 

 

 

wyrazy wolne: 

 

4

1

0

1

0

1

0

10

1 43

8 0, 5

46,15 10

6500

2000

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

= −

+

= −

 

4

2

0

2

0

2

0

20

0, 5 43

1 8

0, 5 55

26,84 10

6500

2000

8150

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

+

=

 

4

3

0

3

0

3

0

30

0, 5 8

1 55

47, 5 10

2000

8150

k

B

B

C

C

D

D

B

C

D

V

V

V

V

V

V

k

k

k

δ

=

+

+

=

= −

 

 
 

;

;

k

0

i

0

i

s

0

i

k
ij

ij

s
ij

δ

+

δ

=

δ

δ

+

δ

=

δ

 

k

10

10

s

10

k

11

11

s

11

b

b

b

;

B

B

B

+

=

+

=

 

 

3

3

11

10

0, 279

0, 327

0,125

4, 615

10

0,327

0,569

0, 311 ;

10

2, 684

0,125

0, 311

0, 248

4, 75

k

k

B

b

=

=

 

 

11

10

4

1

0

60,51

1

1

1

4

1 ;

8, 01

3

3

0

1

4

82, 5

B

b

EI

EI

=

=

 

 

9. Zaprojektowanie przekroju belki 
 

 

belka stalowa: 

 

2

2

8

m

/

kN

000

220

R

;

m

/

kN

10

1

,

2

E

=

=

 

 

4

3

3

;

43, 68

43, 68

1, 98 10

198

220 000

M

R

M

kN

W

M

W

m

cm

R

σ

=

=

=

=

=

 

 
Przyjęto: 
 

3

4

5

4

8

5

2

200

200

;

2000

2, 00 10

2,1 10 2, 00 10

4200

HEB

W

cm

I

cm

m

EI

kNm

Ι

=

=

=

=

=

 

 

background image

3

3

11

10

4

1

0

0,32

0, 08

0

60, 51

4,8

1

1

1

4

1

10

0, 08

0,32

0, 08 ;

8, 01

10

0, 64

3 4200

3 4200

0

1

4

0

0, 08

0,32

82,5

6, 6

B

b

=

=

=

=

 

 

 

3

3

11

11

11

10

10

10

0, 599

0, 247

0,125

0,185

10

0, 247

0,889

0, 231 ;

10

3, 324

0,125

0, 231

0, 568

1,85

S

k

s

k

B

B

B

b

b

b

=

+

=

=

+

=

 

 

s

10

s

11

0

s

10

s

11

s
0

s

11

s

11

s

11

s
0

s

11

s

11

s

11

L

s

10

s
0

s

11

b

B

X

0

b

B

 

X

O

B

b

B

X

B

B

B

O

b

X

B

1

1

1

1

1

1

=

=

+

/

=

+

/

=

+

 

 

1

3

11

1,91

0, 47

0, 23

10

0, 47

1,37

0, 46

0, 23 0, 46

2

s

B

=

 

 

10

3

3

0

20

30

1, 91

0, 47

0, 23

0,185

1, 5

10

0, 47

1, 37

0, 46

10

3, 324

5, 5

0, 23

0, 46

2

1,85

5,16

s

s

s

s

X

X

X

X

= −

= −

= −

 

 

10

20

30

1, 5;

5, 5;

5,16

s

s

s

X

X

X

= −

= −

= −

 

 

10. Obliczenie reakcji i sił wewnętrznych w belce na podporach spręŜystych 
 

 

obliczenie reakcji: 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 ( 1,5) 35

0, 75 35

34, 25

S

S

S

S

A

A

A

A

A

S

A

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

+

= −

+

=

 

 

1

2

3

0

10

10

30

1 ( 1, 5) 0, 5 ( 5,5)

43

41, 75

S

S

S

S

B

B

B

B

B

S

B

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

= − ⋅ −

+

⋅ −

+

=

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 ( 1,5) 1 ( 5, 5) 0, 5 ( 5,16) 8 10,17

S

S

S

S

C

C

C

C

C

S

C

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

− ⋅ −

+

⋅ −

+ =

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 ( 5,5) 1 ( 5,16) 55

57, 41

S

S

S

S

D

D

D

D

D

S

D

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

− ⋅ −

+

=

 

 

1

2

3

0

10

20

30

0,5 ( 5,16) 55

52, 42

S

S

S

S

E

E

E

E

E

S

E

V

V

X

V

X

V

X

V

V

kN

=

+

+

+

=

⋅ −

+

=

 

 

background image

 
 

 

siły wewnętrzne: 

 

- momenty zginające: 
 

10

20

30

0;

1, 5;

5, 5;

5,16;

0

s

s

s

A

B

C

D

E

M

M

X

M

X

M

X

M

=

=

= −

=

= −

=

= −

=

 

 

- wyznaczenie momentów ekstremalnych: 
 

1

2

1

(0; 1)

( )

34, 25 ;

(0)

0

(1)

34, 25

(0; 1)

( )

(

1)

34, 25

34, 25 70

34, 25 35, 75 ;

(0)

34, 25

(1)

1, 5

(0; 2)

( )

(

2)

(

1)

34, 25

68, 5 70

2

A

A

A

B

przedzia I

x

M x

V x

x

M

M

kNm

przedzia II

x

M x

V x

P x

x

x

x

M

M

kNm

przedzia II I

x

qx

M x

V x

P x

V x

x

=

=

=

=

=

+ −

=

+

=

=

= −

=

+ −

+ +

=

+

2

2

2

2

70

41, 75

4

1, 5 6

4

;

(0)

1, 5

(2)

5, 5

(0; 2)

( )

(

2)

(

1)

52, 42

104,84 110 110

57, 41

0,17

5,16;

(0)

5,16

(2)

5, 5

(0; 1)

( )

(

1)

52, 42

52,

E

D

E

x

x

x

x

x

M

M

kNm

przedzia IV

x

M x

V x

P x

V x

x

x

x

x

M

kNm

M

kNm

przedzia V

x

M x

V x

P x

x

+

= −

+

= −

= −

=

+ −

+ +

=

+

+

= −

= −

= −

=

+ −

=

+

42 110

57, 58

52, 42;

(0)

52, 42

(1)

5,16

x

x

M

kNm

M

kNm

= −

+

=

= −

 

 

 

sprawdzenie ugięć w punktach podparcia spręŜystego: 

 
- podpora 1: 
 

max

1

41, 75

0, 0064

6500

s

B

B

B

b V

∆ = ⋅

=

=

≤ ∆

 

 
- podpora 2: 
 

max

1

10,17

0, 0051

2000

s

C

C

C

b V

∆ = ⋅

=

=

≈ ∆

 

 
- podpora 3: 
 

max

1

57, 41

0, 007

8150

s

D

D

D

b

V

∆ =

=

=

≤ ∆

 

 
 

background image

 

wykresy sił wewnętrznych 

 

V

C

=10,17kN

V

B

=41,75kN

V

A

=34,25kN

V

D

=57,41kN V

E

=52,42kN