background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

1

1.

 

ROZWIĄZANIE RAMY METODĄ PRZEMIESZCZEŃ 

 
Ramę pokazaną na rysunku 
rozwiązać metodą przemieszczeń i 
dokonać kontroli rozwiązania. 
 
 
 
 
 

 
 
 

1.1

 

WYZNACZENIE STOPNIA GEOMETRYCZNEJ NIEWYZNACZALNOŚCI 

 
1.1.1

 

WYZNACZENIE LICZBY STOPNI SWOBODY OBROTU WĘZŁÓW

 

 

 
Podział układu na elementy,  
dla których dane są wzory 
transformacyjne przedstawiono na 
rysunku obok 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Z przyjętego podziału na elementy wynika, że: 

 

dla pręta A-1 stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci 

 

 

 

(

)

o

A

A

A

A

A

A

M

L

EI

M

1

1

1

1

1

1

+

=

ϕ

ϕ

,  

(

)

o

A

A

A

A

A

A

M

L

EI

M

1

1

1

1

1

1

+

=

ϕ

ϕ

,   gdzie   

0

1

=

A

ϕ

 

dla pręta B-1 stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci 

 

 

o

B

B

M

M

1

1

=

,    

 

o

B

B

M

M

1

1

=

 

dla pręta 1-2 stosować będziemy wzory transformacyjne w postaci 

 

(

)

o

M

L

EI

M

12

12

21

12

12

12

12

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

,            

(

)

o

M

L

EI

M

21

12

12

21

12

12

21

6

2

4

+

+

=

ψ

ϕ

ϕ

 

dla pręta 2-C stosować będziemy wzór transformacyjny w postaci 

 

(

)

o

C

C

C

C

C

C

M

L

EI

M

2

2

2

2

2

2

3

3

+

=

ψ

ϕ

0

2

=

C

M

 

Uwzględniając, że 

0

1

=

A

ϕ

1

12

1

1

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

=

B

A

,  

2

2

21

ϕ

ϕ

ϕ

=

=

C

 

stwierdzamy, że 

wszystkie kąty obrotu końców prętów określone są przez kąty obrotu 2 węzłów 

1

ϕ

 i 

2

ϕ

, więc 

 

liczba stopni swobody obrotu węzłów wynosi   

n

ϕ

=

. 

 

 

1

cm

L

1

1

=

3m

4

m

4m

2m

1m

m

EI

k

/

2

=

ϕ

EI

EI

EI

EI

2

o

1

cm

2

cm

L

5

.

1

2

=

2

cm

r

1

=

o

5

.

1

3

/

3

m

EI

k

=

δ

s - s

w - s

s - p

s - s ; element "sztywno - sztywny"

s - p ; element "sztywno - przegubowy"

1, 2 ; w

ę

zły sztywne maj

ą

ce swobod

ę

 obrotu,

      ł

ą

cz

ą

ce ko

ń

ce przyj

ę

tych elementów

A

ł -

 s

1

2

C

B

w - s ; element "wolny koniec - sztywny"

   to jest element wspornikowy

ł - s ; element "ły

ż

wa - sztywny"

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

2

1.1.2

 

WYZNACZENIE LICZBY STOPNI SWOBODY PRZESUWU WĘZŁÓW 

Model układu o węzłach przegubowych przedstawiono na rysunku poniżej. Więzi oznaczone 

liniami przerywanymi odbierają stopnie swobody przesuwu, które zostały już uwzględnione we 
współczynnikach wzorów transformacyjnych (dotyczy to elementu wspornikowego i elementu „ł-s”). 
Liczba stopni swobody przesuwu modelu 
przegubowego spełnia warunek 

n

w

p

r

δ

≥ ⋅ − −

2

=2*8 - 7 - 7 = 2, 

gdzie w - liczba węzłów, 

 

p - liczba prętów, 

 

r - liczba więzi podporowych. 
 

Wynika stąd, że aby przegubowy 

model układu był geometrycznie niezmienny 
należy dodać, co najmniej 2 więzi.  

Określając, w których węzłach i w jakich 

kierunkach dodać te więzi, należy pamiętać, że 
węzły połączone więziami pojedynczymi z 
fundamentem 
(z punktami, które nie mają 
możliwości przemieszczania się), jeśli mogą się 
przemieszczać to tylko w kierunkach 
prostopadłych do tych więzi. Inne połączenia nie 
mogą powodować zmiany tych kierunków, mogą 
natomiast powodować, że określone węzły w 
ogóle nie mogą się przemieszczać.  

W rozwiązywanym przykładzie węzły B, 1 

i C połączone są z fundamentem więziami 
pojedynczymi (podporę przegubowo-przesuwną 
traktujemy jak więź pojedynczą). Jeśli więc 
mogą się przemieszczać to tylko tak jak 
pokazano strzałkami na rysunku obok. 
Odbieramy możliwość przemieszczania się 
jednego z tych węzłów (np. węzła C) przez 
przyłożenie więzi elementarnej I o kierunku 
możliwego przemieszczenia określonym 
strzałkami. Powoduje to, że węzły B, 1 i 2 jeśli 
mogą się przemieszczać to tylko tak jak 
pokazano strzałkami na rysunku obok 
Odbieramy możliwość przemieszczania się 
jednego z tych węzłów (np. węzła 2) przez 
przyłożenie więzi elementarnej II o kierunku 
możliwego przemieszczenia określonym 
strzałkami.

 

Układ przegubowy z dodanymi 

więziami I i II pokazano na rysunku obok. 
Jak widać na tym rysunku dodanie tych 2 
więzi przekształciło przegubowy model 
układu w układ geometrycznie niezmienny.  
Oznacza to, że liczba stopni swobody 
przesuwu układu danego wynosi
 

n

δ

=

2

Stopień geometrycznej 
niewyznaczalności
 wynosi, więc 

 

n

n

n

g

=

+

=

ϕ

δ

2 + 2. 

 
 
 
 

A

1

2

C

B

A

1

2

C

B

I

II

C

Węzeł  A nie może się przemieszczać,

gdyż połączony jest z fundamentem 2

więziami nie leżącymi na jednej prostej

B

A

1

C

I

B

A

1

2

Węzeł  C po dodaniu więzi I nie może się

przemieszczać, gdyż połączony jest z

fundamentem 2 więziami nie leżącymi na

jednej prostej.

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

3

1.2

 

UKŁAD PODSTAWOWY I ODPOWIADAJĄCY MU UKŁAD RÓWNAŃ KANONICZNYCH  

1.2.1

 

UKŁAD PODSTAWOWY  

Układ podstawowy tworzymy 

z układu danego przez dodanie  n

ϕ

 

więzi rotacyjnych i 

n

δ

 więzi 

translacyjnych (w naszym 
przykładzie 2 więzi rotacyjne i 2 
translacyjne), co przekształca dany 
układ w układ geometrycznie 
wyznaczalny pokazany na rysunku 
obok.  

Uwzględniając wprowadzone 

oznaczenia, dane przemieszczenia 
podpór i błędy montażu wynoszą: 

02618

.

0

180

/

5

.

1

5

.

1

=

=

=

π

ϕ

o

A

m

cm

v

C

01

.

0

1

=

+

=

01745

.

0

180

/

1

1

1

=

=

+

=

π

ϕ

m

cm

h

02

.

0

2

1

=

=

m

cm

L

01

.

0

1

1

=

+

=

,  

m

cm

L

015

.

0

5

.

1

2

=

=

.   

1.2.2

 

UKŁAD RÓWNAŃ KANONICZNYCH  

.

0

,

0

,

0

,

0

,

,

,

2

2

1

1

,

,

,

2

2

1

1

2

2

2

2

22

1

21

1

1

1

2

12

1

11

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

II

II

II

II

I

I

II

II

II

I

II

II

I

I

I

I

I

I

II

II

I

I

II

II

I

I

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

k

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

 

1.3

 

ROZWIĄZANIA UKŁADU PODSTAWOWEGO 

1.3.1

 

ROZWIĄZANIE UKŁADU PODSTAWOWEGO OD OBCIĄŻENIA DANEGO  

Należy pamiętać, że poszczególne stany obciążeń rozpatrujemy rozłącznie, to jest, że stanowi 

obciążeń danych towarzyszy  

ϕ

ϕ

δ

δ

1

2

0

=

=

=

=

I

II

.  

Momenty brzegowe od błędów montażu typu 

ϕ

 i  h

 wyznacza się tylko dla prętów, na 

których te błędy występują na podstawie odpowiednich wzorów zależnych od typów prętów (dla 
pozostałych prętów są równe zero): 

0

3

)

2

3

2

3

(

2

)

2

3

(

2

)

(

1

1

12

12

=

=

=

ϕ

ϕ

ξ

ϕ

m

EI

L

EI

M

o

m

EI

m

EI

L

EI

M

o

=

=

=

011636

.

0

3

)

1

3

2

3

(

2

)

1

3

(

2

)

(

1

1

12

21

ϕ

ϕ

ξ

ϕ

m

EI

m

m

EI

h

L

EI

h

M

h

M

o

o

=

=

=

=

013333

.

0

)

02

.

0

(

9

6

6

)

(

)

(

2

1

12

2

21

12

Momenty brzegowe od obrotów węzłów 

i

ϕ

 (końców prętów) wyznacza się tylko dla prętów, których 

końców te obroty dotyczą, ze wzorów transformacyjnych (można też ze wzorów jak wyżej przy 
założeniu, że są to błędy typu 

ϕ

 usytuowane na końcu pręta to jest dla 

0

=

ξ

 lub 

1

=

ξ

(

)

(

)

m

EI

m

EI

b

a

L

EI

M

A

A

A

A

o

A

=

=

+

=

005236

.

0

0

1

)

02618

.

0

(

1

5

)

(

1

1

1

1

1

ϕ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

m

EI

m

EI

b

a

L

EI

M

A

A

A

A

o

A

=

=

+

=

005236

.

0

)

02618

.

0

(

1

0

1

5

)

(

1

1

1

1

1

ϕ

ϕ

ϕ

Momenty brzegowe od zmian długości prętów  L

 i przesunięć podpór  r

 mogą być różne od zera dla 

wszystkich prętów i są określone wzorem  

=

ij

ij

ij

o

ij

L

EI

c

r

L

M

ψ

)

,

(

          (

ij

ij

ij

L

/

=

ψ

). 

A

B

C

1

 

1

cm

L

1

1

=

3m

4

m

4m

2m

1m

m

EI

k

/

2

1

=

EI

EI

EI

EI

2

o

1

cm

2

cm

L

5

.

1

2

=

2

cm

r

1

=

o

5

.

1

II

2

I

3

/

3

m

EI

k

=

δ

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

4

Do wyznaczenia przesunięć węzłów wykorzystamy układ związków kinematycznych, na które 

składają się: 
- związki między przemieszczeniami końców prętów a zmianami ich długości 

(

)

(

)

pk

pk

k

pk

k

pk

p

pk

p

L

v

u

v

u

=

+

+

+

α

α

α

α

sin

cos

sin

cos

- warunki uwzględniające, że kąty obrotu cięciw a więc i wzajemne poprzeczne przesunięcia ich 
 

końców dla prętów: wspornikowego i sztywno łyżwa są równe zero 

(

)

(

)

pk

k

pk

k

pk

p

pk

p

pk

v

u

v

u

α

α

α

α

cos

sin

cos

sin

+

+

+

=

=0,  

które można przyjąć w postaci  

pk

pk

k

p

L

u

u

α

cos

=

+

,     

pk

pk

k

p

L

v

v

α

sin

=

+

- oraz warunki brzegowe:    

0

8

.

0

6

.

0

=

+

A

A

v

u

 (stąd 

A

A

u

v

=

75

.

0

),   

0

=

=

I

C

u

δ

,  

0

=

C

v

,  

0

2

=

=

II

v

δ

Układ warunków oraz zestawienie wyników ich rozwiązania przedstawiono w poniższej tabeli 

(zaznaczono też kolejność wyznaczania zmiennych i z których równań zostały obliczone) 

BŁĘDY MONTAŻU 

CHARAKTERYSTYKI PRĘTÓW

I PRZEMIESZCZENIA PODPÓR

Pręt

Lx

Ly

L

cos a

sin a

∆ϕ

1

h

1

L

ϕ

A

v

C

Lx/L

Ly/L

A-1

3

-4

5

0.6

-0.8

-0.015 -0.02618

B-1

3

0

3

1

0

1-2

3

0

3

1

0

0.01745 -0.02

0.01

2-C

4

0

4

1

0

0.01

Mnoż.

m

m

m

m

m

m

UKŁAD RÓWNAŃ

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

0.75u

A

0

0

0.01 War. wyjściowe

1

A-1

-0.6

0.8

0.6

-0.8

=

L

A1

2

B-1

-1

0

1

0

=

L

B1

3

1-2

-1

0

1

0

=

L

12

4

2-C

-1

0

1

0

=

L

2C

5

A-1

-1

1

=

0.6

L

A1

6

A-1

-1

1

=

-0.8

L

A1

7

B-1

-1

1

=

0

-0.001 -0.00075 -0.01 0.001125 -0.01 0.001125

0

0

0

0.01 Zest. wyników

4

5

3

7

2

6

1

Kolejność obliczania zmiennych

z r.5

w.b.

z r.2

z r.7

z r.3

z r.6

z r.4

Z równania

C

A

B

1

2

 

Rozwiązanie powyższego układu równań rozpisano poniżej: 
1) z równania 4 

C

c

L

u

u

2

2

=

+

      po uwzględnieniu   

0

=

C

u

    otrzymujemy    

0

2

2

=

=

C

L

u

2) z równania 3 

12

2

1

L

u

u

=

+

  

po uwzględnieniu powyższej wartości   

2

u

 

m

m

L

u

u

01

.

0

)

01

.

0

0

(

12

2

1

=

=

=

3) z równania 2 

1

1

B

B

L

u

u

=

+

  

po uwzględnieniu powyższej wartości   

1

u

 

m

m

L

u

u

B

B

01

.

0

)

0

01

.

0

(

1

1

=

=

=

4) z równania 5 

1

1

6

.

0

A

A

L

u

u

=

+

 

po uwzględnieniu powyższej wartości   

1

u

 

         

m

m

L

u

u

A

A

001

.

0

)

015

.

0

(

6

.

0

01

.

0

(

6

.

0

1

1

=

=

=

5) z warunku brzegowego 

 

 

 

m

m

u

v

A

A

00075

.

0

)

001

.

0

(

75

.

0

75

.

0

=

=

=

6) z równania 6 

1

1

8

.

0

A

A

L

v

v

=

+

 

po uwzględnieniu powyższej wartości   

A

v

 

          

m

m

L

v

v

A

A

001125

.

0

))

015

.

0

(

8

.

0

00075

.

0

(

8

.

0

1

1

=

=

=

7) z równania 7 

0

1

=

+

v

v

B

 

 

 

 

 

 

m

v

v

B

001127

.

0

1

=

=

Pozostało równanie 1        

m

C

v

u

v

u

T

o

A

A

=

+

+

α

25

8

.

0

6

.

0

8

.

0

6

.

0

1

1

, które jest spełnione 

tożsamościowo, gdyż dla pręta A1 wykorzystano 2 równania w postaci 5 i 6. 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

5

Wykorzystując powyższe wartości obliczamy wzajemne poprzeczne przesunięcia końców prętów  
 

 

(

)

(

)

pk

k

pk

k

pk

p

pk

p

pk

v

u

v

u

α

α

α

α

cos

sin

cos

sin

+

+

+

=

 

i kąty obrotu cięciw    

pk

pk

pk

L

/

=

ψ

Obliczenia wykonano w tabeli poniżej 

WYZNACZENIE 

∆∆∆∆

ij

 oraz 

ψ

ψ

ψ

ψ

ij

 OD PRZEMIESZCZEŃ

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

ij

ψ

ij

-0.001 -0.00075

-0.01

0.01125

-0.01

0.01125

0

0

0

0.01

Mnoż.

m

A-1

-0.8

-0.6

0.8

0.6

=

0.00000

0.00000

B-1

0

-1

0

1

=

0

0

1-2

0

-1

0

1

=

-0.01125 -0.00375

2-C

0

-1

0

1

=

0.01

0.0025

m

2

C

A

B

1

 

Momenty brzegowe od zmian długości prętów  L

 i przesunięć podpór  r

  

=

12

12

12

12

12

)

,

(

ψ

L

EI

c

r

l

M

o

=

=

)

0375

.

0

(

3

6

m

EI

m

EI

0075

.

0

)

,

(

21

r

l

M

o

=

=

C

C

C

C

o

C

L

EI

c

r

l

M

2

2

2

2

2

)

,

(

ψ

=

=

0025

.

0

4

3

m

EI

m

EI

00375

.

0

Sumaryczne momenty brzegowe od przemieszczeń podpór i błędów montażu 
 

=

=

)

(

1

1

ϕ

o

A

o

A

M

M

m

EI /

005236

.

0

=

=

)

(

1

1

ϕ

o

A

o

A

M

M

m

EI /

005236

.

0

=

+

o

A

o
A

M

M

1

1

0, 

0

1

1

=

=

o

B

o

B

M

M

=

+

+

=

)

,

(

)

(

)

(

12

12

12

12

r

L

M

h

M

M

M

o

o

o

o

ϕ

(0-

013333

.

0

+

m

EI /

)

0075

.

0

=

m

EI /

005833

.

0

=

+

+

=

)

,

(

)

(

)

(

21

21

21

21

r

L

M

h

M

M

M

o

o

o

o

ϕ

(

011636

.

0

-

013333

.

0

+

m

EI /

)

0075

.

0

=

m

EI /

005803

.

0

=

+

o

o

M

M

21

12

m

EI /

00003

.

0

=

+

+

=

)

,

(

)

(

)

(

2

2

2

2

r

L

M

h

M

M

M

o

C

o

C

o

C

o

C

ϕ

m

EI /

00375

.

0

,   

0

2

=

o

C

M

   

=

+

o

C

o

C

M

M

2

2

0

Przemieszczenie podpory C  o 

1

=

r

 nie powoduje wydłużenie więzi sprężystej translacyjnej,  

więc siła osiowa w tej więzi   

0

0

2

=

S

 

 

1.3.2

 

ROZWIĄZANIE UKŁADU PODSTAWOWEGO OD 

ϕ

1

1

=

  

W tym stanie obciążenia uwzględniamy: 

ϕ

1

1

=

0

  

,

0

2

=

=

=

II

I

δ

δ

ϕ

 (

0

1

=

=

ij

ij

ψ

ψ

) i brak 

obciążenia danego. Korzystamy, więc ze wzorów w postaci 

(

)

1

1

1

ji

ij

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

,

  

do których podstawiamy 

1

1

1

12

1

1

1

1

=

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

B

A

,   i pozostałe   

0

1

=

ij

ϕ

 

Momenty brzegowe wynoszą: 

 

(

)

m

EI

m

EI

M

A

=

=

2

.

0

1

0

5

1

1

,  

(

)

m

EI

m

EI

M

A

=

=

2

.

0

0

1

5

1

1

 

 

0

1

1

1

1

=

+

A

A

M

M

 

0

1

1

1

1

=

=

B

B

M

M

,    

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

1

1

=

+

B

B

M

M

 

(

)

m

EI

m

EI

M

=

+

=

3

4

0

2

1

4

3

1

12

(

)

m

EI

m

EI

M

=

+

=

3

2

1

2

0

4

3

1
21

 

m

EI

M

M

=

+

2

1
21

1

12

 

( )

0

0

3

4

2

1
2

=

=

m

EI

M

C

 

0

1

2

=

C

M

 

 

 

 

0

1

2

1
2

=

+

C

C

M

M

 

m

EI

k

S

/

2

1

1

1

1

=

=

ϕ

ϕ

 

(

Moment 

ϕ

S

 działający na więź sprężystą traktowany tu jest jak moment brzegowy

 

 

 

 

 

pręta:  prawoskrętny :   „+”,    lewoskrętny „–„.  

 

 

 

 

 Dodatnia reakcja więzi na węzeł jest lewoskrętna tak jak moment brzegowy pręta).

 

 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

6

1.3.3

 

ROZWIĄZANIE UKŁADU PODSTAWOWEGO OD 

ϕ

2

1

=

 

W tym stanie obciążenia uwzględniamy: 

1

2

=

ϕ

0

  

,

0

1

=

=

=

II

I

δ

δ

ϕ

 (

0

2

=

=

ij

ij

ψ

ψ

) i brak obciążenia 

danego. Momenty obliczamy ze wzorów

(

)

2

2

2

ji

ij

ij

ij

ij

ij

b

a

L

EI

M

ϕ

ϕ

+

=

,

  

do których podstawiamy 

1

2

2

2

2

21

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

C

,   i pozostałe   

0

2

=

ij

ϕ

 

 
Momenty brzegowe wynoszą: 

 

(

)

0

0

0

5

2

1

=

=

m

EI

M

A

,  

 

 

(

)

0

0

0

5

2

1

=

=

m

EI

M

A

,   

 

0

2

1

2

1

=

+

A

A

M

M

 

0

2

1

2

1

=

=

B

B

M

M

,    

 

 

 

 

 

 

 

0

2

1

2

1

=

+

B

B

M

M

 

(

)

m

EI

m

EI

M

=

+

=

3

2

0

6

1

2

0

4

3

2

12

,     

(

)

m

EI

m

EI

M

=

+

=

3

4

0

6

0

2

1

4

3

2

21

,     

m

EI

M

M

=

+

2

2

21

2

12

 

(

)

m

EI

m

EI

M

C

=

=

5

.

1

0

3

1

3

4

2

2

2

0

2

2

=

C

M

 

 

m

EI

M

M

C

C

=

+

5

.

1

2

2

2

2

0

1

1

2

1

=

=

ϕ

k

S

 ( w tym stanie 

0

1

=

ϕ

). 

 

1.3.4

 

ROZWIĄZANIE UKŁADU PODSTAWOWEGO OD 

δ

I

=

1

 

 
W tym stanie obciążenia uwzględniamy: 

0

2

1

=

=

ϕ

ϕ

 (

0

=

=

ji

ij

ϕ

ϕ

),

0

 

=

II

δ

 i brak obciążenia danego. 

Od obciążenia przemieszczeniem 

δ

I

=

należy określić, występujące w dalszych obliczeniach:  

-

 kąty obrotu cięciw elementów 

I

ij

ψ

-

 momenty brzegowe 

I

ij

ij

ij

I

ij

L

EI

c

M

ψ

=

 dla elementów przyjętych w punkcie 1.1.1,  

-

 wydłużenia translacyjnych więzi sprężystych i siły w tych więziach.  

Potrzebne wielkości mogą być wyznaczone z wykorzystaniem biegunowych planów przesunięć 
obróconych (patrz przykład 3) lub z wykorzystaniem analitycznych związków kinematycznych. Tu 
wykorzystamy związki kinematyczne z punktu 1.3.1 uwzględniając dodatkowo 

0

=

pk

L

, skąd wynika, 

ż

e dla prętów: sztywno-łyżwa i wspornikowego zamiast warunków  

pk

pk

k

p

L

u

u

α

cos

=

+

,     

pk

pk

k

p

L

v

v

α

sin

=

+

,     mamy      

k

p

u

u

=

,     

k

p

v

v

=

,  

co dla tych prętów daje warunki   

 

1

u

u

u

B

A

=

=

,     

1

v

v

v

B

A

=

=

Warunki brzegowe w rozpatrywanym przypadku mają postać    

A

A

u

v

=

75

.

0

,      

1

=

=

I

C

u

δ

,      

0

=

C

v

,      

0

2

=

=

II

v

δ

Układ warunków oraz zestawienie wyników ich rozwiązania przedstawiono w poniższej tabeli 

(zaznaczono też kolejność wyznaczania zmiennych i z których równań zostały obliczone) 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

7

CHARAKTERYSTYKI PRĘTÓW

Pręt

Lx

Ly

L

cos a

sin a

Lx/L

Ly/L

A-1

3

-4

5

0.6

-0.8

B-1

3

0

3

1

0

1-2

3

0

3

1

0

2-C

4

0

4

1

0

Mnoż.

m

m

m

UKŁAD WARUNKÓW KINEMATYCZNYCH

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

u

1

0.75u

A

u

1

v

1

v

A

0

1

0

War. wyjściowe

1

A-1

-0.6

0.8

0.6

-0.8

=

0

2

B-1

-1

0

1

0

=

0

3

1-2

-1

0

1

0

=

0

4

2-C

-1

0

1

0

=

0

1

0.75

1

0.75

1

0.75

1

0

1

0

Zest. wyników

4

5

3

7

2

6

1

Kolejność obliczania zmiennych

z r.5

w.b.

z r.2

z r.7

z r.3

z r.6

z r.4

Z równania

2

C

A

B

1

 

Rozwiązanie powyższego układu równań rozpisano poniżej. 
1) z równania 4   

0

2

=

+

c

u

u

 

po uwzględnieniu   

1

=

C

u

     otrzymujemy            

1

2

=

u

2) z równania 3   

0

2

1

=

+

u

u

 

po uwzględnieniu powyższej wartości   

2

   mamy  

1

1

=

u

3) z równania 2   

0

1

=

+

u

u

B

 

1

1

=

=

u

u

B

, co już uwzględniono w warunkach wyjściowych, 

4) z warunku, że 

0

1

=

A

  

1

1

=

=

u

u

A

5) z warunku brzegowego   

75

.

0

75

.

0

=

=

A

A

u

v

6) z warunku, że 

0

1

=

A

           

75

.

0

1

=

=

A

v

v

7) z warunku, że 

0

1

=

B

          

75

.

0

1

=

=

v

v

B

Pozostało równanie 1, które jest spełnione 
tożsamościowo  
 

0

8

.

0

6

.

0

8

.

0

6

.

0

1

1

=

+

+

v

u

v

u

A

A

Wydłużenie translacyjnej więzi sprężystej
 

1

2

=

=

C

I

u

δ

Siła osiowa w tej więzi
 

3

2

2

1
2

/

3

m

EI

k

S

I

=

=

δ

Wzajemne poprzeczne przesunięcia końców prętów określone wzorem 

(

)

(

)

pk

k

pk

k

pk

p

pk

p

pk

v

u

v

u

α

α

α

α

cos

sin

cos

sin

+

+

+

=

kąty obrotu cięciw prętów 

pk

pk

pk

L

/

=

ψ

i momenty brzegowe 

pk

pk

pk

pk

L

EI

c

M

ψ

=

  

obliczono w tabeli poniżej  

WYZNACZENIE 

∆∆∆∆

pk

ψ

ψ

ψ

ψ

pk

 oraz momentów brzegowych od

 δ

 δ

 δ

 δ

= 1

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

pk

ψ

pk

E

pk

L

pk

c

pk

c

kp

M

pk

M

kp

1

0.75

1

0.75

1

0.75

1

0

1

0

1/m

EI

m

A-1

-0.8

-0.6

0.8

0.6

=

0

0

1

5

0

0

0

0

B-1

0

-1

0

1

=

0

0

1

3

0

0

0

0

1-2

0

-1

0

1

= -0.75

-0.25

1

3

6

6

0.5

0.5

2-C

0

-1

0

1

=

0

0

2

4

3

0

0

0

EI/m

2

2

C

A

B

1

 

Obliczenie momentów brzegowych rozpisano poniżej. 

0

1

1

=

=

I

A

I

A

M

M

0

1

1

=

+

I

A

I

A

M

M

 

0

1

1

=

=

I

B

I

B

M

M

0

1

1

=

+

I

B

I

B

M

M

A

1

2

C

B

II

1

=

I

δ

C'

2'

1'

A'

B'

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

8

2

12

12

12

21

12

2

1

4

1

3

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

M

I

I

I

=

=

=

=

ψ

 

 

2

21

12

m

EI

M

M

I

I

=

+

0

3

2

2

2

2

=

=

I

C

C

c

I

C

L

EI

M

ψ

 

0

2

=

I

C

M

 

 

 

0

2

2

=

+

I

C

I

C

M

M

1.3.5

 

ROZWIĄZANIE UKŁADU PODSTAWOWEGO OD 

δ

II

=

1

 

W tym stanie obciążenia uwzględniamy:, 

0

2

1

=

=

ϕ

ϕ

 (

0

=

=

ji

ij

ϕ

ϕ

),

0

 

=

I

δ

 i brak obciążenia danego.  

Od obciążenia przemieszczeniem 

1

=

II

δ

 

należy określić, występujące w dalszych obliczeniach:  

-

 kąty obrotu cięciw elementów   

ij

II

ij

II

ij

L

/

=

ψ

-

 momenty brzegowe   

II

ij

ij

ij

ij

II

ij

L

EI

c

M

ψ

=

    dla elementów przyjętych w punkcie 1.1.1,  

-

 wydłużenia translacyjnych więzi sprężystych      i siły w tych więziach.  

Potrzebne wielkości mogą być wyznaczone z wykorzystaniem biegunowych planów przesunięć 
obróconych (patrz przykład 3) lub z wykorzystaniem analitycznych związków kinematycznych. Tu 
wykorzystamy związki kinematyczne z punktu 1.3.4. Zmianie ulegają tylko warunki brzegowe, które 
maja tu postać: 

 

 

A

A

u

v

=

75

.

0

,      

0

=

=

I

C

u

δ

,      

0

=

C

v

,      

1

2

=

=

II

v

δ

Układ warunków oraz zestawienie wyników ich rozwiązania przedstawiono w poniższej tabeli 

CHARAKTERYSTYKI PRĘTÓW

Pręt

Lx

Ly

L

cos a

sin a

Lx/L

Ly/L

A-1

3

-4

5

0.6

-0.8

B-1

3

0

3

1

0

1-2

3

0

3

1

0

2-C

4

0

4

1

0

Mnoż.

m

m

m

UKŁAD WARUNKÓW KINEMATYCZNYCH

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

u

1

0.75u

A

u

1

v

1

v

A

1

0

0

War. wyjściowe

1

A-1

-0.6

0.8

0.6

-0.8

=

0

2

B-1

-1

0

1

0

=

0

3

1-2

-1

0

1

0

=

0

4

2-C

-1

0

1

0

=

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

Zest. wyników

4

5

3

7

2

6

1

Kolejność obliczania zmiennych

z r.5

w.b.

z r.2

z r.7

z r.3

z r.6

z r.4

Z równania

2

C

A

B

1

 

Rozwiązanie powyższego układu równań rozpisano poniżej. 

1) z równania 4   

0

2

=

+

c

u

u

 

po uwzględnieniu   

0

=

C

u

     otrzymujemy            

0

2

=

u

 

2) z równania 3   

0

2

1

=

+

u

u

 

po uwzględnieniu 

powyższej wartości   

2

   mamy  

0

1

=

u

3) z równanie 2   

0

1

=

+

u

u

B

 

0

1

=

=

u

u

B

,  

co już uwzględniono w warunkach wyjściowych, 

4) z warunku, że 

0

1

=

A

  

0

1

=

=

u

u

A

,  

5) z warunku brzegowego  

0

75

.

0

=

=

A

A

u

v

6) z warunku, że 

0

1

=

A

     

 

0

1

=

=

A

v

v

7) z warunku, że 

0

1

=

B

     

 

0

1

=

=

v

v

B

Pozostało równanie 1, które jest spełnione tożsamościowo  

 

0

8

.

0

6

.

0

8

.

0

6

.

0

1

1

=

+

+

v

u

v

u

A

A

Zmiana długości translacyjnej więzi sprężystej 

0

30

cos

2

=

=

o

C

II

u

δ

Siła osiowa w sprężystej więzi translacyjnej 

0

2

2

2

=

=

II

II

k

S

δ

A

1

2

C

B

C'

2'

1'

B'

A'

1

=

II

δ

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

9

Wzajemne poprzeczne przesunięcia końców prętów, kąty obrotu cięciw prętów i momenty brzegowe 

obliczono w tabeli poniżej 

WYZNACZENIE 

∆∆∆∆

pk

ψ

ψ

ψ

ψ

pk

 oraz momentów brzegowych od

 δ

 δ

 δ

 δ

II 

= 1

Pręt

u

A

v

A

u

B

v

B

u

1

v

1

u

2

v

2

u

C

v

C

pk

ψ

pk

E

pk

L

pk

c

pk

c

kp

M

pk

M

kp

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1/m

EI

m

A-1

-1

-1

0.8 0.6

=

0

0

1

5

0

0

0

0

B-1

0

-1

0

1

=

0

0

1

3

0

0

0

0

1-2

0

-1

0

1

= 1.00

0.33333

1

3

6

6

-0.666667

-0.666667

2-C

0

-1

0

1

=

-1

-0.25

2

4

3

0

0.375

0

A

B

1

EI/m

2

2

C

 

Obliczenie momentów brzegowych rozpisano poniżej. 

0

1

1

=

=

II

A

II

A

M

M

0

1

1

=

+

II

A

II

A

M

M

 

0

1

1

=

=

II

B

II

B

M

M

0

1

1

=

+

II

B

II

B

M

M

2

12

12

12

21

12

3

2

3

1

3

6

6

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

M

II

II

II

=

=

=

=

ψ

 

          

2

21

12

3

4

m

EI

M

M

I

I

=

+

  

2

2

2

2

2

8

3

4

1

4

2

3

3

m

EI

m

m

EI

L

EI

M

II

C

C

c

II

C

=

=

=

ψ

,        

0

2

=

II

C

M

,        

2

2

2

8

3

m

EI

M

M

II

C

II

C

=

+

1.4

 

UKŁADU RÓWNAŃ I JEGO ROZWIĄZANIE 

1.4.1

 

OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIKÓW UKŁADU RÓWNAŃ 

=

+

+

+

=

+

=

ϕ

ϕ

1

1

12

1

1

1

1

1

1

1

11

k

M

M

M

k

M

k

B

A

j

j

m

EI

m

EI

m

EI

=

=

+

+

+

5333333

.

3

15

53

2

3

4

0

2

.

0

=

=

2

12

12

M

k

m

EI

m

EI

=

666667

.

0

3

2

=

+

+

=

=

I

I

B

I

A

j

I

j

I

M

M

M

M

k

12

1

1

1

1

(

)

2

2

5

.

0

5

.

0

0

0

m

EI

m

EI

=

+

+

=

+

+

=

=

II

II

B

II

A

j

II

j

II

M

M

M

M

k

12

1

1

1

1

2

2

666667

.

0

3

2

0

0

m

EI

m

EI

=

+

=

+

+

=

=

o

o

B

o

A

j

o

j

M

M

M

M

k

12

1

1

1

1

(

)

m

EI

m

EI

0005966

.

0

005833

.

0

0

005236

.

0

=

+

=

=

1
21

21

M

k

m

EI

m

EI

=

666667

.

0

3

2

k

12

=

+

+

=

+

=

ϕ

ϕ

2

2

2

2

21

2

2

2

22

k

M

M

k

M

k

C

j

j

m

EI

m

EI

m

EI

=

=

+

8333333

.

2

6

17

2

3

3

4

=

+

=

=

I

C

I

j

I

j

I

M

M

M

k

2

21

2

2

(

)

2

2

5

.

0

0

5

.

0

m

EI

m

EI

=

+

=

+

=

=

II

C

II

j

II

j

II

M

M

M

k

2

21

2

2

2

2

2

291667

.

0

24

7

8

3

3

2

m

EI

m

EI

m

EI

=

=

+

=

+

=

=

o

C

o

j

o

j

M

M

M

k

2

21

2

2

(

)

m

EI

m

EI

002053

.

0

00375

.

0

005803

.

0

=

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

+

=

I

C

C

C

I

I

B

B

B

I

A

A

A

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

k

2

1

2

1
2

12

1
21

1

12

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

 

2

5

.

0

0

4

1

2

0

0

m

EI

m

m

EI

=

=

=

I

k

1

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

=

+

=

I

C

C

C

I

I

B

B

B

I

A

A

A

I

ij

ij

ji

ij

I

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

k

2

2

2

2

2

12

2

21

2

12

1

2

1

2

1

1

2

1

2

1

2

2

2

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

 

 

2

5

.

0

0

4

1

2

0

0

m

EI

m

m

EI

=

=

k

I

2

(

)

=

+

+

=

I

s

s

I

s

s

I

ij

ij

I
ji

I

ij

I

I

k

M

M

k

δ

δ

ψ

δ

,

 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

10

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

+

=

I

s

I

s

I

C

I

C

I

C

I

I

I

I

B

I

B

I

B

I

A

I

A

I

A

k

M

M

M

M

M

M

M

M

δ

δ

ψ

ψ

ψ

ψ

δ

2

2

2

12

21

12

1

1

1

1

1

1

 

3

3

2

25

.

3

)

1

(

)

1

(

3

0

4

1

0

0

m

EI

m

EI

m

m

EI

=

+

=

(

)

=

+

+

=

II

s

s

I

s

s

I

ij

ij

II
ji

II

ij

II

I

k

M

M

k

δ

δ

ψ

δ

,

 

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

+

=

0

2

2

2

2

2

12

21

12

1

1

1

1

1

1

I

C

C

C

I

II

II

I

B

II

B

II

B

I

A

II

A

II

A

M

M

M

M

M

M

M

M

ψ

ψ

ψ

ψ

 

,

33333333

.

0

0

0

4

1

3

4

0

0

3

2

m

EI

m

m

EI

=

+

=

 

(

)

(

)

(

)

(

)

+

+

+

+

=

+

+

=

I

o

o

I

B

o

B

o

B

I

A

o

A

o

A

s

s

I

s

s

I

ij

ij

o

ji

o

ij

I

M

M

M

M

M

M

k

M

M

k

12

21

12

1

1

1

1

1

1

0

,

ψ

ψ

ψ

δ

δ

ψ

δ

(

)

(

)

(

)

I

o

o

I

B

o

B

o

B

I

A

o

A

o

A

M

M

M

M

M

M

12

21

12

1

1

1

1

1

1

ψ

ψ

ψ

+

+

+

=

(

)

=

+

+

0

2

2

2

2

2

2

δ

δ

ψ

δ

I

I

C

o

C

o

C

k

M

M

 

(

)

0

0

0

00375

.

0

25

.

0

)

00003

.

0

(

0

0

0

0

=

+

=

m

m

EI

(

)

=

+

=

II

ij

ij

ji

ij

II

M

M

k

ψ

1

1

1

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

II

C

C

C

II

II

B

B

B

II

A

A

A

M

M

M

M

M

M

M

M

2

1

2

1
2

12

1
21

1

12

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

 

2

2

66666667

.

0

3

2

0

3

1

2

0

0

m

EI

m

EI

m

m

EI

=

=

=

=

II

k

1

(

)

=

+

=

II

ij

ij

ji

ij

II

M

M

k

ψ

2

2

2

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

II

C

C

C

II

II

B

B

B

II

A

A

A

M

M

M

M

M

M

M

M

2

2

2

2

2

12

2

21

2

12

1

2

1

2

1

1

2

1

2

1

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

2

2

291667

.

0

24

7

4

1

5

.

1

3

1

2

0

0

m

EI

m

EI

m

m

EI

m

m

EI

=

=

=

=

II

k

2

(

)

=

+

+

=

II

s

s

I

s

s

II

ij

ij

I
ji

I

ij

I

II

k

M

M

k

δ

δ

ψ

δ

,

 

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

+

=

0

2

2

2

12

21

12

1

1

1

1

1

1

II

C

I

C

I

C

II

I

I

II

B

I

B

I

B

II

A

I

A

I

A

M

M

M

M

M

M

M

M

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

 

 

 

3

2

3333333

.

0

0

3

1

0

0

m

EI

m

m

EI

=

=

k

I II

,

(

)

=

+

+

=

II

s

s

II

s

s

II

ij

ij

II
ji

II

ij

II

II

k

M

M

k

δ

δ

ψ

δ

,

 

 

(

)

(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

+

+

=

0

2

2

2

12

21

12

1

1

1

1

1

1

II

C

II

C

II

C

II

II

II

II

B

II

B

II

B

II

A

II

A

II

A

M

M

M

M

M

M

M

M

ψ

ψ

ψ

ψ

 

 

3

3

2

2

53819444

.

0

288

155

4

1

8

3

3

1

3

4

0

0

m

EI

m

EI

m

m

EI

m

m

EI

=

=

=

(

)

=

+

+

=

0

,

s

s

II

s

s

II

ij

ij

o

ji

o

ij

II

k

M

M

k

δ

δ

ψ

δ

 

(

)

(

)

(

)

II

o

o

II

B

o

B

o

B

II

A

o

A

o

A

M

M

M

M

M

M

12

21

12

1

1

1

1

1

1

ψ

ψ

ψ

+

+

+

=

(

)

=

+

+

0

2

2

2

2

2

2

δ

δ

ψ

δ

II

II

C

o

C

o

C

k

M

M

 

(

)

2

0009276

.

0

0

4

1

00375

.

0

3

1

)

00003

.

0

(

0

0

0

0

m

EI

m

m

EI

=

+

=

1.4.2

 

POSTAĆ SZCZEGÓŁOWA UKŁADU RÓWNAŃ I JEGO ROZWIĄZANIE  

.

0

0009276

.

0

    

  

538194

.

0

333333

.

0

291667

.

0

666667

.

0

,

0

   

0

 

  

          

333333

.

0

25

.

3

      

    

5

.

0

       

     

5

.

0

 

          

,

0

002053

.

0

  

  

291667

.

0

5

.

0

       

    

833333

.

2

 

666667

.

0

   

,

0

0.0005966

 

666667

.

0

5

.

0

       

    

666667

.

0

 

533333

.

3

   

2

3

3

2

2

1

2

3

3

2

2

1

2

2

2

2

1

2

2

2

1

=

+

+

=

+

+

+

=

+

+

=

+

+

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

m

EI

II

I

II

I

II

I

II

I

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

δ

δ

ϕ

ϕ

 

ϕ

1

=

0.00071475, 

ϕ

2

=

0.0006901, 

δ

I

=

0.00024316

m

,   

δ

II

=

-0.0023856

m

 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

11

1.5

 

RZECZYWISTE SIŁY PRZEKROJOWE 

1.5.1

 

OBLICZENIE MOMENTÓW BRZEGOWYCH I SIŁ W WIĘZIACH SPRĘŻYSTYCH 

Momenty brzegowe (momenty na końcach prętów) określamy na podstawie wzoru: 

+

+

+

+

=

o

ij

II

II

ij

I

I

ij

ij

ij

ij

M

M

M

M

M

M

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

2

2

1

1

 

Obliczenia wykonano w poniższej tabeli 

ϕ

1

ϕ

1

δ

Ι

δ

ΙΙ

dla I 200

E I

0.00071475

-0.0006901

0.00024316

0.0023856

4387

kN m

2

M

1

M

2

M

I

M

II

M

o

M

M

M

A 1

-0.2

0

0

0

-0.005236

=

-0.005379

-23.60

M

1A

0.2

0

0

0

0.005236

=

0.005379

23.60

M

B 1

0

0

0

0

0

=

0.000000

0.00

M

1B

0

0

0

0

0

=

0.000000

0.00

M

12

1.333333

0.666667

0.5

-0.666667

-0.0058326

=

-0.006808

-29.87

M

21

0.666667

1.333333

0.5

-0.666667

0.005803

=

0.003891

17.07

M

2C

0

1.5

0

0.375

-0.00375

=

-0.003891

-17.07

M

C 2

0

0

0

0

0

=

0.000000

0.00

S

ϕ

2

0

0

0

0

=

0.001430

6.27

M nożnik

kN m

E I/m

E I/m

E I/m

2

m

 

Siła osiowa w sprężystej więzi translacyjnej  

2

3

0

2

2

2

2

0007295

.

0

0

)

0023856

.

0

(

0

00024316

.

0

3

m

EI

m

m

EI

S

S

S

S

II

II

I

I

=

+

+

=

+

+

=

δ

δ

 

Momenty brzegowe mogą też być obliczone bezpośrednio z wykorzystaniem wzorów 
 

 transformacyjnych (patrz przykład 3). 

1.5.2

 

OBLICZENIE SIŁ TNĄCYCH I SIŁ OSIOWYCH ORAZ KONTROLA STATYCZNEJ 

DOPUSZCZALNOŚCI ROZWIĄZANIA 

Brzegowe siły tnące i osiowe wyznaczamy z równań równowagi prętów i węzłów. 

W tym celu układ dzielimy na pręty i węzły oraz obciążamy wydzielone elementy obciążeniem danym 
i na brzegach siłami przekrojowymi (określonymi już momentami i szukanymi siłami osiowymi i 
tnącymi). Przedstawiono to na rysunku poniżej. 

4 m

B

C

A

1

A

M

A

M

1

B

M

1

1

C

M

2

3 m

2 m

2 m

q

2

0

1

=

B

M

B

V

1

B

N

1

0

1

=

B

V

0

1

=

B

N

12

M

B

M

1

B

N

1

B

V

1

12

V

12

N

A

M

1

A

N

1

A

V

1

ϕ

1

S

A

N

1

A

V

1

0

1

=

A

V

1

A

N

21

M

3 m

12

M

12

V

12

N

21

N

21

V

21

N

2

C

N

2

12

V

C

V

2

21

M

C

M

2

0

2

=

C

M

2

C

N

2

C

V

C

V

2

C

N

2

x

y

x

y

x

y

3 m

x

y

x

y

x

y

 

Dla sił działających na każdy element wypisujemy 3 równania równowagi. Z sum momentów 
względem końców prętów wyznaczamy siły tnące a z pozostałych równań wyznaczamy siły osiowe i 
część z nich stanowi kontrolę statycznej dopuszczalności rozwiązania. W obliczeniach wykorzystamy 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

12

określone już wartości momentów oraz wynikające z warunków podparcia wartości sił osiowych i 
tnących 

 

N

B1

 = V

B1

 = V

A1

 = 0. 

PRĘT  A-1 

=

+

+

=

    

0

5

1

1

1

m

V

M

M

M

A

A

A

A

=

=

+

+

A

A

V

m

V

1

1

     

    

0

5

005379

.

0

005379

.

0

0

 

    

0

1

1

=

=

A

A

V

V

Y

 

 

 

 

0

0

0

=

 

 

  (spełnione tożsamościowo), 

  

    

0

1

1

=

+

=

A

A

N

N

X

   

 

 

 

 

 

1

1A

A

N

N

=

PRĘT  B-1 

=

+

+

=

    

0

3

1

1

1

m

V

M

M

M

B

B

B

B

    

=

=

+

+

B

B

V

m

V

1

1

     

    

0

3

0

0

0, 

 

    

0

1

1

=

=

B

B

V

V

Y

 

 

 

 

0

0

0

=

 

 

 (spełnione tożsamościowo), 

=

+

=

    

0

1

1

B

B

N

N

X

  

 

 

 

 

 

0

1

1B

=

=

B

N

N

PRĘT  1-2 

=

+

+

=

  

0

3

21

21

12

1

m

V

M

M

M

=

+

+

  

0

3

/

003891

.

0

006808

.

0

(

21

m

V

m

EI

 

2

21

/

0009726

.

0

m

EI

V

=

 

    

0

12

21

=

=

V

V

Y

 

 

 

 

 

 

  

2

21

12

/

0009726

.

0

m

EI

V

V

=

=

  

    

0

21

12

=

+

=

N

N

X

   

 

 

 

 

 

21

12

N

   

N

=

PRĘT  2-C 

0

4

2

2

2

2

=

+

+

=

m

V

M

M

M

C

C

C

    

  

=

+

+

  

0

4

/

)

0

003891

.

0

(

2

m

V

m

EI

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

/

0009726

.

0

m

EI

V

C

=

 

    

0

2

2

=

=

C

C

V

V

Y

  

    

 

 

 

 

 

2

2

2

/

0009726

.

0

m

EI

V

V

C

C

=

=

 

    

0

2

2

=

+

=

C

C

N

N

X

   

 

 

 

 

 

2

2

C

C

N

N

=

WĘZEŁ  1 
        

=

+

=

=

001430

.

0

)

006008

.

0

(

0

005379

.

0

1

12

1

1

1

ϕ

S

M

M

M

M

B

A

0003

.

0

m

EI

/

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(spełnione tożsamościowo), 

0

8

.

0

6

.

0

1

1

1

12

=

+

=

A

A

B

N

V

V

V

Y

    

 

2

1A

1

/

001289

.

0

N

     

    

0

8

.

0

6

.

0

0

0

0009726

.

0

m

EI

N

A

=

=

+

 

0

8

.

0

6

.

0

1

1

1

12

=

=

A

A

B

V

N

N

N

X

    

 

2

12

2

12

/

0007295

.

0

N

     

   

0

8

.

0

0

6

.

0

/

)

001289

.

0

(

0

m

EI

m

EI

N

=

=

 

Z trzeciego równania dla pręta A-1   

 

 

.

/

001289

.

0

2

1

1

m

EI

N

N

A

A

=

=

 

Z trzeciego równania dla pręta 1-2   

 

 

2

12

21

/

0007735

.

0

m

EI

N

N

=

=

WĘZEŁ  2     

  

0

)

003891

.

0

(

003891

.

0

2

21

2

=

=

=

C

M

M

M

  

(spełnione tożsamościowo), 

  

0

0009726

.

0

0009726

.

0

21

2

=

=

=

V

V

Y

C

  

 

(spełnione tożsamościowo), 

 

   

0

21

2

=

=

N

N

X

C

     

 

 

 

2

21

2

/

0007295

.

0

m

EI

N

N

C

=

=

Z trzeciego równania dla pręta 2-C wyznaczamy 

 

2

2

2

/

0007295

.

0

m

EI

N

N

C

C

=

=

Brzegowe siły tnące mogą też być obliczone bezpośrednio z wykorzystaniem wzorów 
transformacyjnych (patrz przykład 3).
  
 

1.6

 

WYKRESY  SIŁ  PRZEKROJOWYCH 

M

-

-

m

EI /

005379

.

0

m

EI /

006808

.

0

m

EI /

003891

.

0

 

 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

13

V

+

2

/

0009726

.

0

m

EI

   

N

-

-

2

/

001216

.

0

m

EI

2

/

0007295

.

0

m

EI

 

1.7

 

KONTROLA  ROZWIĄZANIA 

Aby mieć pewność, że rozwiązanie jest poprawne należy wykazać, że jest ono statycznie i 

kinematycznie dopuszczalne.  
 

Pierwszy warunek oznacza, że siły muszą spełniać równania równowagiWarunek ten 

został sprawdzony w trakcie wyznaczania sił tnących i osiowych.  
 

Sprawdzenie  drugiego  warunku  polega  na  sprawdzeniu  czy  wynikające  z  rozwiązania 

przemieszczenia  w  poszczególnych  punktach  spełniają  warunki  podparcia  i  ciągłości.  Wystarczy 
sprawdzenie tylu składowych przemieszczeń ile wynosi stopień statycznej niewyznaczalności. 
 

Rozwiązywane zadanie 

jest dwukrotnie statycznie 
niewyznaczalne. Wystarczy, więc 
sprawdzić 2 przemieszczenia. W 
tym celu przyjmujemy układ 
podstawowy metody sił i 
rozwiązujemy go od 
jednostkowych wartości sił 
hiperstatycznych.  
Na rysunku powyżej pokazano 
układ podstawowy bez obciążenia 
danego, gdyż nie będzie on 
rozwiązywany od tego obciążenia. 

Siły 

2

X

 muszą tu być przyjęte z takimi zwrotami jak w rozwiązaniu metodą przemieszczeń. 

Wartości reakcji, wykresy sił przekrojowych oraz wartości tych sił i reakcji w miejscach 

błędów montażu i przemieszczeń podpór od obciążenia 

1

1

=

X

 pokazano na rysunkach poniżej. 

7

5

1

1

=

M

7

4

1

M

1

1

=

X

0

1

=

A

M

m

R

A

28

5

1

=

0

1

=

ϕ

S

m

V

C

28

4

1

=

m

S

28

3

1

=

δ

 

 
       

2EI

X

1

X

2

X

2

A

B

1

2

C

3m

4

m

3m

4m

3

/

3

m

EI

k

=

δ

m

EI

k

/

2

1

=

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

14

m

N

28

3

1

1

=

m

N

28

5

1

2

=

m

V

7

1

1

1

=

 

Wartości reakcji, wykresy sił przekrojowych oraz wartości tych sił i reakcji w miejscach 

błędów montażu i przemieszczeń podpór od obciążenia 

1

2

=

X

 pokazano na rysunkach poniżej. 

7

5

1

1

=

M

7

4

2

M

0

1

=

A

M

m

R

A

28

5

1

=

1

1

=

ϕ

S

1

2

=

X

m

S

28

3

1

=

δ

m

V

C

28

4

1

=

 

 

-

-

2

N

m

N

28

3

2

1

=

m

N

28

5

2

2

=

 

+

m

7

2

V

m

V

7

1

1

1

+

=

1

 

Przemieszczenia w miejscach usuniętych więzi obliczamy korzystając ze wzorów: 

=

+

+

+

+

=

r

r

r

v

v

v

n

n

n

m

m

m

s

s

s

R

h

V

L

N

M

k

S

S

dx

EI

M

M

1

1

1

1

1

1

1

ϕ

 

C

C

A

A

s

s

s

v

V

M

h

V

L

N

L

N

M

k

S

S

dx

EI

M

M

+

+

+

+

+

=

1

1

1

1

1

2

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

ϕ

ϕ

=

+

+

+

+

=

r

r

r

v

v

v

n

n

n

m

m

m

s

s

s

R

h

V

L

N

M

k

S

S

dx

EI

M

M

2

2

2

2

2

2

2

ϕ

 

C

C

A

A

s

s

s

v

V

M

h

V

L

N

L

N

M

k

S

S

dx

EI

M

M

+

+

+

+

+

=

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

1

2

1

2

2

ϕ

ϕ

przy czym przemieszczenie 

1

 (przy przyjętym układzie podstawowym met. sił. – usunięto więź 

rotacyjną) jest obrotem końca A pręta A-1 i powinno być równe obrotowi podpory 

02618

.

0

=

A

ϕ

Do obliczenia całek zastosujemy wzór Simpsona i wzór Mohra. 

+

+

+

+

+

=

m

EI

m

EI

m

EI

EI

m

m

EI

m

EI

)

003891

.

0

(

7

4

)

0053494

.

0

(

14

11

4

)

006808

.

0

(

1

6

3

/

)

005379

.

0

(

5

1

1

0

1

 

background image

MP – przykład 5 – rama o siatce nieortogonalnej z więziami sprężystymi – przemieszczenia podpór i błędy montażu 
 

                                                                                         18.03.09 

 

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

 

15

 

+

+

+

+

0

0

)

0019455

.

0

(

7

2

4

)

003891

.

0

(

7

4

2

6

4

+

+

4

14

)

0008423

.

0

(

3

0

 

=

+

+

+

m

m

m

m

m

m

m

m

01

.

0

28

4

3

)

02618

.

0

(

0

)

02

.

0

(

7

1

)

015

.

0

(

28

5

01

.

0

28

3

01745

.

0

7

5

02624

.

0

Uwzględniając, że przemieszczenie to powinno być równe obrotowi podpory A  

02618

.

0

=

A

ϕ

,  

błąd wynosi   

 

 

0

00006

.

0

)

02618

.

0

(

02624

.

0

1

=

=

A

ϕ

  

+





+

+

+

=

m

EI

m

EI

m

EI

EI

m

)

003891

.

0

(

7

4

)

0053494

.

0

(

14

11

4

)

006808

.

0

(

1

6

3

0

0

2

 

 

+





+

+

+

0

0

)

0019455

.

0

(

7

2

4

)

003891

.

0

(

7

4

2

6

4

+

+

4

14

0008932

.

0

3

0

 

0

00006

.

0

01

.

0

28

3

4

)

02618

.

0

(

0

)

02

.

0

(

7

1

)

015

.

0

(

28

5

01

.

0

28

3

01745

.

0

7

5

=

+

m

m

m

m

m

m

m

m

Otrzymane rozwiązanie jest, więc kinematycznie dopuszczalne.