background image

v.2009  

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

21 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Wyznaczanie przemieszczeń  

w układach statycznie wyznaczalnych (ciąg dalszy) 

Zad. 2.1 

Dana jest belka z jednej strony podparta z jednej strony na podporze sprężystej przedstawiona na rysunku 
2.1.1. Obliczyć przemieszczenie 

δ

 na środku przęsła. Znana jest sztywność na zginanie EI=1 000[kNm

2

 

Rys. 2.1.1. 

Przemieszczenie 

δ

 obliczymy ze wzoru wynikającego z zasady prac wirtualnych:  

B

B

l

M M

ds

R

EI

δ

δ

=

+

gdzie: 

B

δ

 

- przemieszczenie podpory sprężystej wywołane obciążeniem 

 

zewnętrznym

B

S

B

R

δ

δ

=

,

 

1

S

s

k

δ

=

  - 

podatność sprężyny (odwrotność sztywności, 

S

- siła, jaka powstaje w

 

sprężynie po wydłużeniu/ skróceniu jej o wielkość 

[ ]

m

δ

=

),

 

B

R

 

- reakcja w podporze sprężystej wywołana jednostkowym obciążeniem na miejscu

 

i kierunku szukanego przemieszczenia.

 

 

1) Obciążenie zewnętrzne, wyznaczenie wykresu momentów zginających 

M

.

 

 

Rys. 2.1.2. 

background image

v.2009  

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

22 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Przemieszczenie podpory sprężystej od obciążenia zewnętrznego: 

1

1

10

0,1

100

B

s

B

B

s

R

R

k

δ

δ

= ⋅

=

=

⋅ =

 [m] 

2)  Obciążenie  jednostkowe  wirtualne  w  miejscu  i  na  kierunku  poszukiwanego  przemieszczenia; 
wyznaczenie wykresu momentów zginających 

 

Rys. 2.1.3. 

Reakcja podpory sprężystej od jednostkowego obciążenia wirtualnego: 

1

[ ]

2

B

R

=

 

Obliczenie przemieszczenia w układzie z podporą sprężystą: 
- wpływ zginania belki: 

1

1

1

2

8

2

2 20

1

2, 667[

]

1000

2

3

300

l

M M

ds

cm

EI

δ

=

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

=

 

- wpływ przemieszczenia podpory sprężystej: 

2

1

0,1

0, 05

2

B

B

R

m

δ

δ

=

=

⋅ =

 

Przemieszczenie sumaryczne: 

1

2

7, 667[

]

cm

δ δ δ

= +

=

 

 

background image

v.2009  

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

23 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Zad. 2.2  

Dany  jest  układ  ramowy  podparty  na  podporach  sprężystych  przedstawiony  na  rysunku  2.2.1.  Obliczyć 
przemieszczenie 

δ

. Znana jest sztywność na zginanie EI=2 000[kNm

2

 

Rys. 2.2.1. 

Przemieszczenie 

δ

  obliczymy  ze  wzoru  wynikającego  z  zasady  prac  wirtualnych 

dla układów z podporami sprężystymi (patrz zadanie poprzednie). Człon opisujący 
przemieszczenie podpory sprężystej ma charakter uogólniony. 

B

B

l

M M

ds

R

EI

δ

δ

=

+

 

 

 

1) Obciążenie zewnętrzne, wyznaczenie wykresu momentów zginających 

M

 

Rys. 2.2.2. 

background image

v.2009  

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

24 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

2)  Obciążenie  jednostkowe  wirtualne  w  miejscu  i  na  kierunku  poszukiwanego  przemieszczenia; 
wyznaczenie wykresu momentów zginających 

 

Rys. 2.2.3. 

Obliczenie przemieszczenia: 
- wpływ zginania 

( ) ( )

1

1

20 2

1

0, 02[ ]

2000

l

M M

ds

m

EI

δ

=

=

⋅ −

⋅ ⋅ − =

- wpływ przemieszczenia podpór sprężystych 

2

1

2

1

1

1

20 2

0, 05

800

A

A

A

A

R

R

M

M

m

k

k

δ

=

+

=

⋅ ⋅ =

Przemieszczenie sumaryczne 

1

2

0, 07 m

δ δ δ

= +

=

Zad. 2.3 

Dany jest układ ramowy trójprzegubowy przedstawiony  na rysunku 2.3.1. Obliczyć  kąt obrotu zastrzału 
ramy  w  punkcie  B.  Przemieszczenie  wywołane  jest  przyrostem  temperatury 

30

o

t

C

∆ =

 

(nierównomiernym ogrzaniem) w zaznaczonych elementach. Dodatkowe dane: 

30

d

g

t

t

t

C

∆ = − =



 

5

1

10 [deg ]

t

α

=

  

0, 2

h

m

const

=

=

 

 

Rys. 2.3.1. 

background image

v.2009  

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

25 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

 

Szukany kąt obrotu oblicza się ze wzoru 

t

B

l

t

M

ds

h

α

ϕ

⋅ ∆

=

 

gdzie: 

t

 

 - przyrost temperatury

 

t

α

 

 - współczynnik

 

h

 

 - wysokość przekroju

 

M

 

 

- moment zginający od jednostkowego obciążenia wirtualnego na odcinkach 

 

poddanych obciążeniu

 

termicznemu 

 
Obciążenie  jednostkowe  wirtualne  w  miejscu  i  na  kierunku  poszukiwanego  przemieszczenia; 
wyznaczenie wykresu momentów zginających 

 

Rys. 2.3.2. 

Obliczenie kąta obrotu 

(

)

5

3

10

30 1

1

1 0, 3

4

0, 4

3 0, 3

5

4, 35 10

[

] 14 '57"

0, 2

2

2

2

t

B

l

t

M

ds

rad

h

α

ϕ

⋅∆

+

=

=

⋅ ⋅ −

+ ⋅ ⋅

+

⋅ =

=

Zad. 2.4 

Dany  jest  układ  ramowy  trójprzegubowy  przedstawiony  na  rysunku  2.4.1.  Obliczyć  pionowe 
przemieszczenie  punktu  C.  Przemieszczenie  wywołane  jest  równomiernym  ogrzaniem  wszystkich 
elementów układu o wielkość 

0

 względem temperatury montażu. Dane są wielkości 

0

,

,

t

a

t

α

 

Rys. 2.4.1. 

background image

v.2009  

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

26 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Przemieszczenie obliczymy ze wzoru wynikającego zasady prac wirtualnych przy 
obciążeniu w postaci równomiernego ogrzania 

t

l

N

tds

δ

α

=

⋅ ⋅ ∆

 

gdzie: 

t

 

 - przyrost temperatury

 

t

α

 

 - współczynnik

 

N

 

 - siły normalne od jednostkowego obciążenia wirtualnego na odcinkach poddanych 

 

 obciążeniu termicznemu

 

 
Obciążenie  jednostkowe  wirtualne  w  miejscu  i  na  kierunku  poszukiwanego  przemieszczenia; 
wyznaczenie wykresu momentów zginających 

 

Rys. 2.4.2. 

Obliczenie przemieszczenia: 

0

0

2

2

2

2

2

3

2

3

3

t

t

t

a

a

a

a

t

δ

α

α

= − ⋅

+ ⋅

+ ⋅

= − ⋅ ⋅

 

Zad. 4.5 

Dana  jest  kratownica  przedstawiony  na  rysunku  2.5.1.  Obliczyć  przemieszczenie

δ

  wywołane 

równomiernym  ogrzaniem  zewnętrznych  prętów  kratownicy  o  wielkość 

0

20

o

t

C

=

  względem 

temperatury montażu. 

 

Rys. 4.5.1. 

 

background image

v.2009  

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

27 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Przemieszczenie wywołane równomiernym ogrzaniem obliczamy ze wzoru 

0

t

l

N

t ds

δ

α

=

⋅ ⋅

 

W przypadku kratownic wzór przedstawimy w postaci 

0

1

i

i

t

n

S

t

l

i

i

i

δ

α

=

⋅ ⋅ ⋅

=

 

gdzie: 

n

 

 

 - liczb prętów 

0

,

,

i

i

t

i

t

l

α

 

 - wielkości związane z danym prętem

 

i

S

 

 

 - siła w danym pręcie od obciążenia wirtualnego

 

 
Siły w prętach wywołane jednostkowym obciążeniem wirtualnym: 

 

Rys. 2.5.2 

Obliczenie przemieszczenia 

( )

5

4

0

1

2

2

1, 2 10

20 2

1

2 2

2 2

2 2

1, 6 10 [ ]

3

3

3

1

i

i

t

n

S

t

l

m

i

i

i

δ

α

=

⋅ ⋅ ⋅ =

⋅ − + ⋅ ⋅ −

+ ⋅ ⋅ +

=

=

Zad. 4.6 

Dany  jest  układ  ramowy  przedstawiony  na  rysunku  2.6.1.  Obliczyć  zmianę  kąta  obrotu  przekroju 
poprzecznego  (pręta)  w  przegubie  (C)  wywołaną  zadanymi  wymuszeniami  kinematycznymi  – 
przemieszczeniami podpór. 

 

Rys. 2.6.1 

background image

v.2009  

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

28 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Zmianę  kata  obrotu 

ϕ

  obliczymy  ze  wzoru  wynikającego  z  zasady  prac 

wirtualnych w przypadku działania wymuszonych przemieszczeń podpór 

1

-

n

i

i

i

R

ϕ

=

∆ =

∆ ⋅

 

gdzie: 

i

 

 - zadane przemieszczenie podpory

 

i

R

 

 - jednostkowym obciążeniem wirtualnym

 

 
Zadane przemieszczenia podpór: 

1

2

3

0, 05 [

]

0, 04 [ ]

0, 03 [ ]

A

B

B

rad

u

m

v

m

ϕ

∆ =

=

∆ =

= −

∆ =

= −

 

Reakcje podporowe wywołane jednostkowym obciążeniem wirtualnym: 

1

2

3

1,5[ ]

1

0, 25

0

A

B

B

R

M

R

H

m

R

V

=

=

 

=

=

 

 

=

=

 

 

Rys. 2.6.2. 

Obliczenie zmiany kąta obrotu 

ϕ

 

(

)

3

1

1,5 0, 05 0, 25

0, 04

0, 065 [

]

3 43'

o

i

i

i

R

rad

ϕ

=

∆ = − ∆ ⋅ = −

+

⋅ −

= −

= −

background image

v.2009  

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

29 

Jeśli zauważysz błędy, masz uwagi, uważasz, że w rozwiązaniach warto coś dodać czy uzupełnić, podziel 
się swoimi spostrzeżeniami pisząc na adres e-mail: jasina@pg.gda.pl, z góry dziękujemy.              Autorzy 

Zad. 4.7 

Dany jest układ ramowy trójprzegubowy 
przedstawiony na rysunku 2.7.1.  
Obliczyć przemieszczenie 

δ

 powstałe  

w wyniku zaznaczonych błędów montażowych 
 
 
Imperfekcje geometryczne:  

1

2

0, 03 [ ]

l

m

∆ =

,  

2

0, 01[

]

rad

ϕ

∆ =

 

 

Rys. 2.7.1. 

 

Przemieszczenie 

δ

 obliczymy ze wzoru (zasada prac wirtualnych; przypadek 

imperfekcji geometrycznych) 

(

)

i

i

i

i

l N

M

δ

ϕ

=

∆ ⋅

+ ∆ ⋅

 

gdzie: 

,

i

i

l

ϕ

∆ ∆

   - imperfekcje geometryczne (tu rozumiane jako błędy montażowe), 

,

i

i

N M

   - siły wewnętrzne w miejscu i na kierunku danej imperfekcji 

 

geometrycznej 

 
 
Stan jednostkowego obciążenia wirtualnego  
i odpowiadające mu wielkości statyczne  
(sprzężone z zadanymi imperfekcjami). 
 
 
 
 
Obliczenie przemieszczenia 
 

1 2

1 2

2

2

0, 03 0, 5 0, 01 ( 2)

0, 005 [ ]

l

N

M

m

δ

ϕ

= ∆

+ ∆ ⋅

=

=

+

⋅ − = −

 

 

Rys. 2.7.2.