background image

 

Politechnika Poznańska 

 

 

 

 

              Poznań, dnia 01.04.2004 r. 

Instytut Konstrukcji Budowlanych 
Zakład Mechaniki Budowli 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

 
 

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń 

obciążenie zewnętrzne 

 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 
 

 
 

Konsultacje:   

 

 

 

 

 

 

 

Wykonał: 

dr inż. 

P. 

Litewka 

       Piotr 

Siniecki 

          grupa 

III 

          2003/2004 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 2 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

32

1

5

6

I

4 kNm

3 kNm

5 kN

I

1

I

1

I

1

I

2

2

 

 

 
 

 

Kąt nachylenia i długość pręta 01 

 

 

sin 

α

 = 0,98058 

cos 

α

 = 0,19612 

09902

,

5

26

=

 

 

 

 
Przyjmujemy łańcuch kinematyczny w celu określenia niezależnych przemieszczeń 
 

1

5

6

32

u

2

0

1

2

3

4

5

Ψ

12

Ψ

23

Ψ

34

Ψ

35

Ψ

01

 

 

Równania łańcucha kinematycznego:  
 

5

5

012

2

01

2

01

u

u

=

Ψ

=

Ψ

 

0

0

3

534

35

35

=

Ψ

=

Ψ

 

0

0

6

0

534

34

34

=

Ψ

=

Ψ

 

 
 

2

0

2

234

2

23

23

2

u

u

=

Ψ

=

Ψ

 

25

0

0

5

0

01235

2

12

12

01

u

=

Ψ

=

+

Ψ

+

Ψ

+

 

 

389

,

1

240

220

2

1

2

1

Ι

=

Ι

Ι

=

Ι

Ι

=

Ι

Ι

=

Ι

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 3 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 
 

Przyjmuję odpowiedni układ podstawowy: 
 

32

1

5

6

5 kN

u

2

r

3

I

4 kNm

3 kNm

r

I

1

I

1

I

1

I

2

2

1

 

 

SGN = 3 

 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

0

0

0

3

3

33

2

32

1

31

2

3

23

2

22

1

21

1

3

13

2

12

1

11

p

p

p

r

z

r

z

r

z

r

r

z

r

z

r

z

r

r

z

r

z

r

z

r

 

 

Zapisuję momenty węzłowe dla poszczególnych prętów korzystając ze wzorów 

transformacyjnych: 
 

]

[

46300

,

0

)

3

2

(

6

389

,

1

2

]

[

92600

,

0

)

3

2

(

6

389

,

1

2

]

[

75

,

0

5

,

1

)

(

2

3

]

[

5

,

12

03334

,

0

83340

,

0

8

5

4

)

(

5

389

,

1

3

]

[

3

1

23534

,

0

78446

,

0

12

1

4

)

3

2

(

09902

,

5

2

]

[

3

1

23534

,

0

39223

,

0

12

1

4

)

3

2

(

09902

,

5

2

3

34

3

4

43

3

34

4

3

34

2

3

23

3

32

2

1

2

12

1

12

2

1

01

0

1

10

2

1

01

1

0

01

kNm

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

z

EI

EI

M

=

+

=

=

+

=

=

=

+

=

=

+

=

+

+

=

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ψ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

 

]

[

66667

,

0

)

3

2

(

3

2

]

[

33333

,

1

)

3

2

(

3

2

3

35

3

5

53

3

35

5

3

35

kNm

z

EI

EI

M

kNm

z

EI

EI

M

=

+

=

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

ψ

ϕ

ϕ

 

 
 
 

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 4 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 
 

Stan z

1

 = 1 

 

32

1

5

6

0,83340

0,78446

r

0,39223

r

[ * EI ]

r

11

21

31

 

 

0

61786

,

1

0

83340

,

0

78446

,

0

20200

,

0

0

25

1

83340

,

0

5

1

)

78446

,

0

39223

,

0

(

1

31

11

11

21

21

=

=

=

=

=





+

+

+

r

EI

r

EI

EI

r

EI

r

EI

EI

r

 

 

 
Stan z

2

 = 1 

 

32

1

5

6

32

1

5

6

-0,23534

-0,75

r

r

[ * EI ]

r

12

22

32

0,03334

-0,23534

-0,23534

-0,75

r

r

[ * EI ]

r

12

22

32

0,03334

-0,23534

 

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 5 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

EI

r

EI

r

EI

r

EI

EI

r

EI

r

EI

EI

EI

r

=

=

=

=

+

=

=

+





+

+

75

,

0

0

)

75

,

0

(

202000

,

0

0

23534

,

0

03334

,

0

47047

,

0

0

2

1

)

75

,

0

(

25

1

03334

,

0

5

1

)

23534

,

0

23534

,

0

(

1

32

32

12

12

22

22

 

 

 
Stan z

3

 = 1 

32

1

5

6

1,33333

13

r

r

[ * EI ]

r

23

33

1,5

0,66667

0,92600

 

 

EI

r

EI

EI

EI

r

r

EI

r

EI

r

=

=

=

=

=

+

75933

,

3

0

33333

,

1

92600

,

0

5

,

1

0

75

,

0

0

2

1

5

,

1

1

32

33

13

22

23

 

 
Stan P 

 

32

1

5

6

20 kN

4 kN

3 kNm

-0,33333

13

r

r

[ * EI ]

r

23

33

5 kN

0,33333

-12,5

 

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 6 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

32

1

5

6

32

1

5

6

V

V

3

5

4

2

1

0

C

A

B

A

B

H

C

V

V

3

5

4

2

1

0

C

A

B

A

B

H

C

 

 

1

,

0

5

,

0

0

01

=

=

Ψ

A

A

V

V

A

 

1

,

0

5

,

2

432

12

=

=

Ψ

B

B

V

V

B

 

1

2

432

23

=

=

Ψ

C

C

H

H

B

 

 

]

[

3

0

3

]

[

16667

,

12

0

33333

,

0

)

5

,

12

(

]

[

1

,

2

0

5

1

,

0

20

1

,

0

4

25

1

)

5

,

12

(

5

1

)

33333

,

0

33333

,

0

(

1

32

3

1

1

2

2

kNm

r

r

kNm

r

r

kN

r

r

p

p

p

p

p

=

=

=

=

=

=

+

+





+

+

+

 

 
Podstawiając do układu równań kanonicznych otrzymujemy: 

 

=

+

+

=

+

+

=

+

0

3

75930

,

3

75

,

0

0

0

1

,

2

75

,

0

47047

,

0

20200

,

0

0

16667

,

12

0

20200

,

0

61786

,

1

3

2

3

2

1

2

1

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

z

EI

 

 

=

=

=

59396

,

1

98965

,

3

02209

,

7

3

2

1

z

EI

z

EI

z

EI

 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 7 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 
Podstawiając do równań na momenty otrzymujemy wyniki końcowe: 

 

]

[

06264

,

1

]

[

12527

,

2

]

[

73800

,

0

]

[

47601

,

1

]

[

60130

,

0

]

[

78081

,

6

]

[

78081

,

6

]

[

35987

,

3

53

35

43

34

32

12

10

01

kNm

M

kNm

M

kNm

M

kNm

M

kNm

M

kNm

M

kNm

M

kNm

M

=

=

=

=

=

=

=

=

 

 
Wykres momentów [kNm] 
 

32

1

5

6

32

1

5

6

3,35987

6,78081

6,78081

0,60130

1,47601

0,73800

2,12522

1,06264

 

 

Kontrola kinematyczna: 
 

3232

1

5

6

6

5

1

 

 

 
 

 
 
 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 8 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

dx

EI

M

M

n

∑∫

=

_

1

δ

 

 

 

00009

,

0

5

,

5

09902

,

5

8

1

4

3

2

5

3

1

6

3

2

35987

,

3

09902

,

5

2

1

6

3

1

5

3

2

09902

,

5

78081

,

6

2

1

5

2

1

5

8

5

4

3

2

78081

,

6

3

2

5

5

2

1

389

,

1

1

1

2

=

+

+

+

+

+





+

=

δ

EI

 

błąd procentowy: 

%

0002

,

0

%

100

54079

,

48

00009

,

0

=

 

 

 

Obliczanie sił tnących: 

 

5

,

0

9

9

0

2

6,78081

3,35987

T

10

T

01

4 kNm

 

]

[

38098

,

2

0

5

,

0

4

09902

,

5

78081

,

6

35987

,

3

0

10

10

0

kN

T

T

M

=

=

+

+

+

=

 

]

[

59652

,

1

0

5

,

0

4

09902

,

5

78081

,

6

35987

,

3

0

01

01

1

kN

T

T

M

=

=

+

+

=

 

5

T

21

T

12

6,78081

 

]

[

64384

,

8

0

5

,

2

4

5

5

78081

,

6

0

21

21

1

kN

T

T

M

=

=

+

+

=

 

 

]

[

35616

,

11

0

5

,

2

4

5

5

78081

,

6

0

12

12

2

kN

T

T

M

=

=

+

=

 

 

2

T

32

23

T

0,60130

 

]

[

30065

,

0

0

60130

,

0

2

0

23

23

3

kN

T

T

M

=

=

+

=

 

 

]

[

30065

,

0

0

60130

,

0

2

0

32

32

2

kN

T

T

M

=

=

+

=

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 9 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 
 

3

1,06264

2,12527

T

T

35

53

 

]

[

06264

,

1

0

06264

,

1

12527

,

2

3

0

53

53

3

kN

T

T

M

=

=

=

 

 

]

[

06264

,

1

0

06264

,

1

12527

,

2

3

0

35

35

5

kN

T

T

M

=

=

=

 

 

6

T

T

1,47601

34

43

0,73800

]

[

36900

,

0

0

7380

,

0

47601

,

1

6

0

43

43

3

kN

T

T

M

=

=

=

 

 

]

[

36900

,

0

0

7380

,

0

47601

,

1

6

0

34

34

4

kN

T

T

M

=

=

=

 

 

  
 

 
 
 

Obliczanie sił normalnych: 

 

N

N

5 kN

23

-0,30065

-8,64384

21

 

]

[

69935

,

4

0

30065

,

0

5

0

21

21

kN

N

N

X

=

=

+

=

 

 

]

[

64384

,

8

0

64384

,

8

0

23

23

kN

N

N

Y

=

=

=

 

 

 
 
 

 
 

 
 

 

 

 

 
 
 

 
 

 
 
 

 

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 10 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

N

N

-0,30065

0,36900

1,06216

N

32

34

35

 

 

]

[

36281

,

1

0

06126

,

1

30065

,

0

0

34

34

kN

N

N

X

=

=

=

 

 

]

[

01284

,

9

0

36900

,

0

64384

,

8

0

35

35

kN

N

N

Y

=

=

=

 

 

N

10

-2,38097

N

11,35616

12

 

]

[

05727

,

12

0

cos

)

38098

,

2

(

35616

,

11

sin

0

10

10

kN

N

N

Y

=

=

+

=

α

α

 

01

-2,38098

N

10

N

-1,59652

 

]

[

97946

,

15

0

sin

38098

,

2

cos

05727

,

12

sin

59652

,

1

cos

0

01

01

kN

N

N

X

=

=

+

=

α

α

α

α

 

Wykres sił normalnych [kN] 

 

32

1

5

6

32

1

5

6

-15,9794

-12,05727

-4,69935

-8,64384

1,36281

-9,01284

 

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 11 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

Wykres sił tnących [kN] 

 

32

1

5

6

32

1

5

6

-1,59652

-2,38008

11,35616

-8,64321

-0,30065

0,36900

1,06264

 

 
 

Sprawdzenie statyczne: 

 

1

5

6

32

0,73800

0,36900

1,36281

1,06264

1,06264

9,01284

4,69941

I

4 kNm

3 kNm

5 kN

I

1

I

1

I

1

I

2

2

15,35603

3,35978

 

 

 

kN

X

00042

,

0

69941

,

4

06264

,

1

36281

,

1

5

0

=

+

+

=

 

 

%

0084

,

0

%

100

5

00042

,

0

=

 

 

kN

Y

00013

,

0

35603

,

15

01284

,

9

36900

,

0

6

4

0

=

+

+

=

 

 

%

0005

,

0

%

100

24

00013

,

0

=

 

background image

Obliczanie ramy metodą przemieszczeń – obciążenie zewnętrzne   

                            

- 12 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-01 

 

kNm

M

A

00138

,

0

35987

,

3

06264

,

1

6

01284

,

9

3

36281

,

1

12

369

,

0

73800

,

0

5

5

3

3

6

4

0

=

=

+

+

+

=

 

 

%

002

,

0

%

100

72

00138

,

0

=

 

 
 

Sprawdzenie naprężeń normalnych od momentu zginającego dla poszczególnych 

grup prętów. 

 

Dla pręta 12 największy moment wynosi 6,78081 kNm – I

= 4250cm

4

  I240 

Dla pręta 01 największy moment wynosi 6,78081 kNm – I

= 3060cm

4

    I220 

Naprężenia graniczne dla stali f

d

=215MPa 

 

MPa

cm

kN

cm

cm

kNcm

MPa

cm

kN

cm

cm

kNcm

4

,

24

44

,

2

11

3060

081

,

678

1

,

19

91

,

1

12

4250

081

,

678

2

4

2

4

=

=

=

=

   

 

Naprężenia są o wiele mniejsze od naprężeń dopuszczalnych. Należy zmienić 

przekroje na mniejsze. Ponieważ wartości momentów nie zależą od wartości sztywności 

przekrojów tylko ich stosunku ponowne obliczenie momentów dla nowych przekrojów 
nie jest konieczne, gdy zachowamy ten stosunek.