Расчет балки, подбор прямоугольного сечения
Определение опорных реакций
1. Согласно схеме решения задач статики определяем, что для нахождения неизвестных реакций необходимо рассмотреть равновесие балки.
2. На балку наложена связь в точке A (справа) типа жесткая заделка, поэтому освобождаем балку, заменив действие связи реакциями (HA, RA, MA).
3. Определим реакции опор в соответствии с уравнениями равновесия балки: ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣMA = 0.
ΣFx = 0: HA = 0
ΣFy = 0: - q1*1 + P1 + RA = 0;
ΣMA = 0: q1*1*(1.1+1/2) - 1.1*P1 - M1 + MA = 0;
4. Решаем полученную систему уравнений, находим неизвестные :
HA = 0 (кН)
RA = q1*1 - P1 = 90*1 - 70 = 20.00 (кН)
MA = - q1*1*(1.1+1/2) + 1.1*P1 + M1 = - 90*1*(1.1+1/2) + 1.1*70 + 18 = -49.00 (кН*м), так как момент отрицателен, на расчетной схеме направим его в противоположную сторону.
5. Сделаем проверку, составив дополнительное моментное уравнение отоносительно свободного конца балки:
- q1*1*(1/2) + 1*P1 - M1 + 2.1*RA - MA = - 90*1*(1/2) + 1*70 - 18.00 + 2.1*20.00 - 49.00 = 0
Построение эпюр
Поперечная сила Q:Рассмотрим 2-й участок 1 ≤ x2 < 1.5
Q(x1) = - q1*(x1 - 0)
Значения Q на краях участка:
Q1(0) = - 90*(0 - 0) = 0 (кН)
Q1(1) = - 90*1 = -90 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x1) = - q1*(x1)2/2
Значения M на краях участка:
M1(0) = - 90*(0 - 0)2/2 = 0 (кН*м)
M1(1) = - 90*12/2 = -45 (кН*м)
Поперечная сила Q:Рассмотрим 3-й участок 1.5 ≤ x3 < 2.1
Q(x2) = - q1*1 + P1
Значения Q на краях участка:
Q2(1) = - 90*1 + 70 = -20 (кН)
Q2(1.50) = - 90*1 + 70 = -20 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x2) = - q1*1*[(x2 - 1) + 1/2] + P1*(x2 - 1)
Значения M на краях участка:
M2(1) = - 90*1*(0 + 0.50) + 70*(1 - 1) = -45 (кН*м)
M2(1.50) = - 90*1*(0.50 + 0.50) + 70*(1.50 - 1) = -55 (кН*м)
Поперечная сила Q:
Q(x3) = - q1*1 + P1
Значения Q на краях участка:
Q3(1.50) = - 90*1 + 70 = -20 (кН)
Q3(2.10) = - 90*1 + 70 = -20 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x3) = - q1*1*[(x3 - 1) + 1/2] + P1*(x3 - 1) + M1
Значения M на краях участка:
M3(1.50) = - 90*1*(0.50 + 0.50) + 70*(1.50 - 1) + 18 = -37 (кН*м)
M3(2.10) = - 90*1*(1.10 + 0.50) + 70*(2.10 - 1) + 18 = -49 (кН*м)
Подбор сечения
Прямоугольное сечение балки подбираем из условия прочности при допускаемом напряжении: = 160 (МПа)
, где:
- нормальные напряжения, МПа;
- наибольшее по абсолютной величине значение изгибающего момента, определяемое по эпюре моментов Mx, кН*м;
- момент сопротивления, см3;
- допустимое значение нормального напряжения (расчетное сопротивление), МПа;
Момент сопротивления прямоугольного сечения определим по формуле:
Требуемый момент сопротивления определяем по формуле:
Поскольку дано соотношение сторон
Отметим, что полученные размеры являются минимально необходимыми для обеспечения прочности заданной балки. Следовательно, за окончательные размеры прямоугольного сечения балки принимаем: h=165 (мм), b=85 (мм)
Расчет произведен при помощи онлайн-сервиса SOPROMATGURU.RU