WM

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

1

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

Z10/7.1. Zadanie 7

Narysować wykres naprężenia normalnego σX w przekroju A-A betonowej ściany zbiornika z wodą przedstawionego na rysunku Z10/7.1 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

(Z10/7.1)

m 3

Ciężar własny betonu ciężkiego wynosi kN

 =40,0

.

B

(Z10/7.2)

m 3

2,7

H 0

2

5,5

5,0

A

A

[m]

Rys. Z10/7.1. Betonowa ściana zbiornika z wodą Z10/7.2 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 Z10/7.2. Obciążeniem ściany zbiornika będzie jej ciężar własny oraz ciśnienie wody w zbiorniku. Na głębokości h ciśnienie wody wynosi p= ⋅ h .

(Z10/7.3)

W

Na dnie zbiornika na głębokości 5,0 metrów ciśnienie wody wynosi więc kN

p =10,0⋅5,0 =50,0

=50,0 kPa .

h

(Z10/7.4)

m 2

Ciężar własny betonowej ściany, równy iloczynowi objętości wycinka ściany przez ciężar własny betonu, (Z10/7.2) przyłożony jest w środku prostopadłościanu i ma wartość Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

2

1,0

[m]

Rys. Z10/7.2. Wycinek ściany zbiornika o długości 1 metra 2,7

1,35

1,35

N k

5,5

5,0

94,0

Q=5

[m]

p =50,0 kPa

h

Rys. Z10/7.3. Obciążenie czynne działające na betonową ścianę zbiornika Q=40,0⋅2,7⋅5,5⋅1,0=594,0 kN .

(Z10/7.5)

Rysunek Z10/7.3 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 Z10/7.3 siła ta wynosi

1

W = ⋅50,0⋅5,0⋅1,0=125,0 kN .

(Z10/7.6)

2

Jej położenie przedstawia rysunek Z10/5.4.

Rysunek Z10/7.5 przedstawia część ściany zbiornika z przyjętym dodatnim zwrotem siły normalnej i momentu zginającego oraz obciążeniem czynnym. Wartości i zwrotu siły poprzecznej nie będziemy wyzna-czać, 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 Z10/7.5

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

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

3

2,7

1,35

1,35

5,0

N

2 ⋅ 3

k

55,

4,0

5,0

W=125,0 kN

59

Q=

5,0

1 ⋅ 3

p =50,0 kPa

h

[m]

Rys. Z10/7.4. Położenie wypadkowej z ciśnienia wody na betonową ścianę zbiornika 2,7

1,35

1,35

5,0⋅

N

2

3

k

5,5

5,0

W=125,0 kN

94,0

5,0

Q=5

1 ⋅ 3

Z=Zgl

[m]

MY

N

X

Rys. Z10/7.5. Przyjęte zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A Siła normalna wynosi

N =−594,0 kN .

(Z10/7.7)

Moment zginający MY wynosi 1

M =−125,0⋅ ⋅5,0=−208,3 kNm .

(Z10/7.8)

Y

3

Rysunek Z10/7.6 przedstawia prawidłowe wartości i zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A dla obu części ściany zbiornika.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

4

2,7

1,35

1,35

5,0

2 ⋅ 3

kN

0

,0

5,5

5,

W=125,0 kN

94

5,0

Q=5

1 ⋅ 3

Z=Zgl

208,3 kNm

594,0 kN

X

X

594,0 kN

208,3 kNm

Z=Zgl

Y=Ygl

[m]

Rys. Z10/7.6. Prawidłowe zwroty sił przekrojowych w przekroju A-A 594,0 kN

208,3 kNm

Z=Zgl

1,0

Y=Y gl

[m]

2,7

Rys. Z10/7.7. Siły przekrojowe w przekroju A-A Rysunek Z10/7.7 przedstawia dolny przekrój A-A z zaznaczonymi siłami przekrojowymi. Mimośród siły normalnej wynosi

−208,3

z =

=0,3507 m .

(Z10/7.9)

N

−594,0

Siłę normalną na mimośrodzie przedstawia rysunek Z10/7.8. Wierzchołek rdzenia przekroju znajdujący się na osi Z=Zgl wynosi

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

5

0,3507

594,0 kN

Z=Zgl

1,0

Y=Y gl

[m]

2,7

Rys. Z10/7.8. Siła normalna na mimośrodzie 2,7 =0,45 m .

(Z10/7.10)

6

Wartość bezwzględna mimośrodu zN (Z10/7.9) jest mniejsza niż (Z10/7.10) więc siła normalna znajduje się w rdzeniu. Pole powierzchni przekroju wynosi A=2,7⋅1,0 =2,7 m 2 .

(Z10/7.11)

Moment bezwładności względem osi głównej Y=Ygl wynosi 1,0

J

⋅2,73

=

=1,640 m 4 .

(Z10/7.12)

Y

12

Funkcja naprężeń normalnych σX wynosi

−594,0 −208,3

 =



⋅ z=−220,0−127,0⋅ z .

(Z10/7.13)

X

2,7

1,640

Oś obojętna ma postać

−220,0−127,0⋅ z=0 .

(Z10/7.14)

Możemy ją zapisać jako

z =−1,732 .

(Z10/7.15)

Równanie (Z10/7.15) określa nam prostą równoległą do osi Y=Ygl. Prosta ta znajduje się już poza przekrojem prostokątnym z prawej strony. Czyli naprężenia normalne należy wyznaczyć w punktach A i B przed-stawionych na rysunku Z10/5.9. Naprężenia normalne w tych punktach wynoszą Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/7. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 7

6

1,732

A

B

Z=Zgl

1,0

Y=Y gl

[m]

2,7

Rys. Z10/7.9. Oś obojętna

kN

 A=−220,0−127,0⋅−1,35=−48,55

=−48,55 kPa .

X

(Z10/7.16)

m 2

kN

 B=−220−127,0⋅1,35=−391,5

=−391,5 kPa .

X

(Z10/7.17)

m 2

Wykres naprężenia normalnego przedstawia rysunek Z10/7.10. Wykres ten będzie identyczny dla materiału, który przenosi naprężenie normalne rozciągające, ponieważ w przekroju prostokątnym nie ma naprężeń rozciągających.

1,732

A

Z=Zgl

B

1,0

Pa

k

391,5

48,55 kPa

Y=Y gl

[m]

2,7

aP

aP

5 k

k

48,5

391,5

Rys. Z10/7.10.Wykres naprężenia normalnego w przekroju prostokątnym Dr inż. Janusz Dębiński

Document Outline

  • Z10/7.1. Zadanie 7
  • Z10/7.2 Wyznaczenie naprężeń normalnych w przekroju A-A