WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

1

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

Z10/4.1. Zadanie 4

Narysować wykres naprężenia normalnego σX w przekroju A-A betonowej ściany zbiornika z wodą przedstawionego na rysunku Z10/4.1 w przypadku nie przenoszenia przez beton naprężeń rozciągających oraz w przypadku przenoszenia przez beton tych naprężeń. Wymiary ściany zbiornika podane są w metrach.

Ciężar własny wody wynosi

kN

 =10,0

.

W

(Z10/4.1)

m 3

Ciężar własny betonu zwykłego wynosi kN

 =25,0

.

B

(Z10/4.2)

m 3

1,8

H 0

2

4,0

3,7

A

A

[m]

Rys. Z10/4.1. Betonowa ściana zbiornika z wodą Z10/4.2 Wyznaczenie naprężeń normalnych w przekroju A-A Wszystkie obciążenia czynne oraz siły przekrojowe będziemy odnosić do wycinka ściany zbiornika o długości 1 metra. Wycinek taki przedstawia rysunek Z10/4.2. Obciążeniem ściany zbiornika będzie jej ciężar własny oraz ciśnienie wody w zbiorniku. Na głębokości h ciśnienie wody wynosi p= ⋅ h .

(Z10/4.3)

W

Na dnie zbiornika na głębokości 3,7 metra ciśnienie wody wynosi więc kN

p =10,0⋅3,7 =37,0

=37,0 kPa .

h

(Z10/4.4)

m 2

Ciężar własny betonowej ściany, równy iloczynowi objętości wycinka ściany przez ciężar własny betonu, (Z10/4.2) przyłożony jest w środku prostopadłościanu i ma wartość Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

2

1,0

[m]

Rys. Z10/4.2. Wycinek ściany zbiornika o długości 1 metra 1,8

0,9 0,9

3,7

N

kN

2 ⋅ 3

4,0

0 k

45

80,

8,

3,7

=6

Q=1

W

3,7

1 ⋅ 3

p =37,0 kPa

h

[m]

Rys. Z10/4.3. Obciążenie czynne działające na betonową ścianę zbiornika Q=25,0⋅1,80⋅4,0⋅1,0=180,0 kN .

(Z10/4.5)

Rysunek Z10/4.3 przedstawia obciążenie czynne, które działa na wycinek ściany betonowej zbiornika o dłu-gości 1 metra.

Trójkątne obciążenie ciśnieniem wody możemy zastąpić jego siłą wypadkową, która jest równa obję-

tości klina o podstawie trójkąta prostokątnego i wysokości 1 metra. Zgodnie z rysunkiem Z10/4.3 siła ta wynosi

1

W = ⋅37,0⋅3,7⋅1,0=68,45 kN .

(Z10/4.6)

2

Jej położenie przedstawia rysunek Z10/4.4.

Rysunek Z10/4.5 przedstawia część ściany zbiornika z przyjętym dodatnim zwrotem siły normalnej i momentu zginającego oraz obciążeniem czynnym. Wartości i zwrotu siły poprzecznej nie będziemy wyznaczać, ponieważ nie jest ona nam potrzebna do wyznaczenia naprężeń normalnych. Na rysunku tym zazna-czone są także osie układu współrzędnych związanego z przekrojem A-A. Przyjęte na rysunku Z10/4.5

zwroty sił przekrojowych są dodatnie, ponieważ siła normalna jest rozciągająca natomiast moment zginający MY rozciąga dolną część przekroju A-A czyli punkty o dodatnich współrzędnych z.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

3

1,8

0,9 0,9

3,7

N

kN

2 ⋅ 3

4,0

0 k

45

80,

8,

3,7

=6

Q=1

W

3,7

1 ⋅ 3

p =37,0 kPa

h

[m]

Rys. Z10/4.4. Położenie wypadkowej z ciśnienia wody na betonową ścianę zbiornika 1,8

0,9 0,9

3,7⋅

kN

2

3

4,0

7

0,0

W=68,45 kN

3,

18

Q=

3,7

1 ⋅ 3

[m]

Z=Zgl

MY

N

X

Rys. Z10/4.5. Przyjęte zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A Siła normalna wynosi

N =−180,0 kN .

(Z10/4.7)

Moment zginający MY wynosi 1

M =68,45⋅ ⋅3,7=84,42 kNm .

(Z10/4.8)

Y

3

Rysunek Z10/4.6 przedstawia prawidłowe wartości i zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A dla obu części ściany zbiornika.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

4

1,8

0,9 0,9

3,7

N

⋅

k

2

3

4,0

0,0

W=68,45 kN

3,7

18

Q=

3,7

1 ⋅ 3

Z=Zgl

84,42 kNm

180,0 kN

X

X

180,0 kN

84,42 kNm

Z=Zgl

[m]

Y=Ygl

Rys. Z10/4.6. Prawidłowe zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A 180,0 kN

84,42 kNm

Z=Zgl

1,0

Y=Y gl

[m]

1,8

Rys. Z10/4.7. Siły przekrojowe w przekroju A-A Rysunek Z10/4.7 przedstawia dolny przekrój A-A z zaznaczonymi siłami przekrojowymi. Mimośród siły normalnej wynosi

84,42

z =

=−0,469 m .

(Z10/4.9)

N

−180,0

Siłę normalną na mimośrodzie przedstawia rysunek Z10/4.8. Wierzchołek rdzenia przekroju znajdujący się na osi Z=Zgl wynosi

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

5

0,431

0,469

180,0 kN

Z=Zgl

1,0

Y=Y gl

[m]

1,8

Rys. Z10/4.8. Siła normalna na mimośrodzie 1,8 =0,3 m .

(Z10/4.10)

6

Wartość bezwzględna mimośrodu zN (Z10/4.9) jest większa niż (Z10/4.10) więc siła normalna znajduje się poza rdzeniem. Odległość punktu przyłożenia siły normalnej od krawędzi przekroju prostokątnego wynosi 1,8

c=

−0,469=0,431 m .

(Z10/4.11)

2

Długość wykresu naprężeń normalnych σX wynosi L=3⋅0,431 =1,293 m .

(Z10/4.12)

Naprężenie normalne σ0 zgodnie z (10.45) wynosi 2⋅−180,0 

kN

 =

=−278,4

=−278,4 kPa .

(Z10/4.13)

0

3⋅0,431⋅1,0

m 2

Rysunek Z10/4.9 przedstawia wykres naprężenia normalnego σX w przekroju prostokątnym.

W przypadku, jeżeli materiał przenosiłby naprężenia normalne rozciągające naprężenia te wyznaczać będziemy ze wzoru (10.16). Pole powierzchni przekroju wynosi A=1,8⋅1,0=1,8 m 2 .

(Z10/4.14)

Główny moment bezwładności względem osi Y=Ygl wynosi 1,0⋅1,83

J = J =

=0,486 m 4 .

(Z10/4.15)

Y

Ygl

12

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

6

Z=Zgl

0

1,

aP

4 k

Y=Y gl

[m]

278,

1,293

1,8

aP

4 k

278,

1,293

1,8

Rys. Z10/4.9. Wykres naprężenia normalnego σ X w przekroju prostokątnym w materiale nie przenoszącym rozciągania Funkcja naprężenia normalnego ma postać

−180,0

84,42

 =



⋅ z=−100,0173,7⋅ z

X

.

(Z10/4.16)

1,8

0,486

Oś obojętna ma postać

−100,0173,7⋅ z=0 ,

(Z10/4.17)

którą możemy ostatecznie zapisać jako z=0,5757 m .

(Z10/4.18)

Położenie osi obojętnej przedstawia rysunek Z10/4.10. Jak widać najdalej oddalonymi punktami od osi obojętnej są punkty A i B. Naprężenia normalne w tych punktach wynoszą kN

 A=−100,0173,7⋅−0,9 =−256,3

=−256,3 kPa

X

,

(Z10/4.19)

m 2

kN

 B=−100,0173,7⋅0,9=56,33

=56,33 kPa

X

.

(Z10/4.20)

m 2

Wykres naprężenia normalnego przedstawia rysunek Z10/4.11.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/4. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 4

7

Z=Zgl

A

B

1,0

Y=Y gl

[m]

0,5757

1,8

Rys. Z10/4.10. Oś obojętna

Z=Zgl

A

B

1,0

aP

aP

3 k

[m]

3 k

256,

Y=Y gl

0,5757

56,3

1,8

a

kP

aP

,33

k

56

6,325

Rys. Z10/4.11. Wykres naprężenia normalnego σ X w przekroju prostokątnym w materiale przenoszącym rozciąganie Dr inż. Janusz Dębiński

Document Outline

  • Z10/4.1. Zadanie 4
  • Z10/4.2 Wyznaczenie naprężeń normalnych w przekroju A-A