Пример №5. Шарнирно-опертая балка

Построение эпюр M,Q,N

Определение опорных реакций


1. Согласно схеме решения задач статики определяем, что для нахождения неизвестных реакций необходимо рассмотреть равновесие балки.
ΣFx=0:      HA=0
ΣMA=0:      Найдем сумму моментов относительно шарнирно-неподвижной опоры в точке A:
- P1*0.5 - q1*2*(-0.5 + 2/2) - M1 - ((U1справа - U1слева )*1)/2*(3.5 - 0.50 - (1/3)*1) - U1слева *1*(3.5 - 0.50 - (1/2)*1) + RB*3.5=0
ΣMB=0:      Найдем сумму моментов относительно шарнирно-подвижной опоры в точке B:
- P1*4 + q1*2*(4 - 2/2) - RA*3.5 - M1 - ((U1справа - U1слева )*1)/2*(4 - (2.5 + 2/3*1)) - U1слева *1*(4 - (2.5 + (1/2)*1))=0
2. Вычислим реакцию шарнирно-подвижной опоры в точке B:
RB=( P1*0.5 + q1*2*(-0.5 + 2/2) + M1 + ((U1справа - U1слева )*1)/2*(3.5 - 0.50 - (1/3)*1) + U1слева *1*(3.5 - 0.50 - (1/2)*1)) / 3.5=( 1*0.5 + 10*2*(-0.5 + 2/2) + 3.5 + 7.5*2.67 + 10*2.50) / 3.5=16.86 (кН)
3. Вычислим реакцию шарнирно-неподвижной опоры в точке A:
RA=( - P1*4 + q1*2*(4 - 2/2) - M1 + ((U1справа - U1слева )*1)/2*(4 - (2.5 + 2/3*1)) + U1слева *1*(4 - (2.5 + (1/2)*1))) / 3.5=( - 1*4 + 10*2*(4 - 2/2) - 3.5 + 7.5*0.83 + 10*1) / 3.5=19.64 (кН)
4. Решаем полученную систему уравнений, находим неизвестные:
HA=0 (кН)
5. Выполним проверку решения, подставляя найденные значения в уравнение равновесия относительно оси Oy:
ΣFy=0:      P1 - q1*2 + RA - ((U1справа - U1слева )*1)/2 - U1слева *1 + RB=1 - 10*2 + 19.64*1 - ((25 - 10)*1)/2 - 10*1 + 16.86*1=0


Построение эпюр


Рассмотрим первый участок 0 ≤ x1 < 0.5

Поперечная сила Q:
Q(x1)=P1 - q1*(x1 - 0)
Значения Q на краях участка:
Q1(0)=1 - 10*(0 - 0)=1 (кН)
Q1(0.50)=1 - 10*(0.5 - 0)=-4 (кН)

На этом участке эпюра Q пересекает горизонтальную ось. Точка пересечения:x=0.10
Изгибающий момент M:
M(x1)=P1*(x1) - q1*(x1)2/2
Значения M на краях участка:
M1(0)=1*(0) - 10*(0 - 0)2/2=0 (кН*м)
M1(0.50)=1*(0.50) - 10*(0.50 - 0)2/2=-0.75 (кН*м)

Локальный экстремум в точке x=0.10:
M1(0.10)=1*(0.10) - 10*(0.10 - 0)2/2=0.05 (кН*м)

Рассмотрим второй участок 0.5 ≤ x2 < 2

Поперечная сила Q:
Q(x2)=P1 - q1*(x2 - 0) + RA
Значения Q на краях участка:
Q2(0.50)=1 - 10*(0.5 - 0) + 19.64=15.64 (кН)
Q2(2)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64=0.64 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x2)=P1*(x2) - q1*(x2)2/2 + RA*(x2 - 0.5)
Значения M на краях участка:
M2(0.50)=1*(0.50) - 10*(0.50 - 0)2/2 + 19.64*(0.50 - 0.5)=-0.75 (кН*м)
M2(2)=1*(2) - 10*(2 - 0)2/2 + 19.64*(2 - 0.5)=11.46 (кН*м)

Рассмотрим третий участок 2 ≤ x3 < 2.5

Поперечная сила Q:
Q(x3)=P1 - q1*(2 - 0) + RA
Значения Q на краях участка:
Q3(2)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64=0.64 (кН)
Q3(2.50)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64=0.64 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x3)=P1*(x3) - q1*(2 - 0)*[(x3 - 2) + (2 - 0)/2] + RA*(x3 - 0.5) + M1
Значения M на краях участка:
M3(2)=1*(2) - 10*2*(0 + 1) + 19.64*(2 - 0.5) + 3.50=14.96 (кН*м)
M3(2.50)=1*(2.50) - 10*2*(0.50 + 1) + 19.64*(2.50 - 0.5) + 3.50=15.29 (кН*м)

Рассмотрим четвертый участок 2.5 ≤ x4 < 3.5

Поперечная сила Q:
Q(x4)=P1 - q1*(2 - 0) + RA - ([((U1справа - U1слева )*(x - 2.5)/1 + U1слева - U1слева )*(x - 2.5)]/2 + U1слева *(x - 2.5))
Значения Q на краях участка:
Q4(2.50)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64 - ([((25 - 10)*(2.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(2.50 - 2.5)]/2 + 10*(2.50 - 2.5))=0.64 (кН)
Q4(3.50)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64 - ([((25 - 10)*(3.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(3.50 - 2.5)]/2 + 10*(3.50 - 2.5))=-16.86 (кН)

На этом участке эпюра Q пересекает горизонтальную ось. Точка пересечения:x=0.06
Изгибающий момент M:
M(x4)=P1*(x4) - q1*(2 - 0)*[(x4 - 2) + (2 - 0)/2] + RA*(x4 - 0.5) + M1 - ([((U1справа - U1слева )*(x - 2.5)/1 + U1слева - U1слева )*(x - 2.5)]/2*(x - 2.5)*(2/3) + U1слева *(x - 2.5)*(x - 2.5)*(1/2))
Значения M на краях участка:
M4(2.50)=1*(2.50) - 10*2*(0.50 + 1) + 19.64*(2.50 - 0.5) + 3.50 - ([((25 - 10)*(2.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(2.50 - 2.5)]/2*(2.50 - 2.5)*(1/3) + 10*(2.50 - 2.5)*(2.50 - 2.5)*(1/2))=15.29 (кН*м)
M4(3.50)=1*(3.50) - 10*2*(1.50 + 1) + 19.64*(3.50 - 0.5) + 3.50 - ([((25 - 10)*(3.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(3.50 - 2.5)]/2*(3.50 - 2.5)*(1/3) + 10*(3.50 - 2.5)*(3.50 - 2.5)*(1/2))=8.43 (кН*м)

Локальный экстремум в точке x=0.06:
M4(2.56)=1*(2.56) - 10*2*(0.56 + 1) + 19.64*(2.56 - 0.5) + 3.50 - ([((25 - 10)*(2.56 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(2.56 - 2.5)]/2*(2.56 - 2.5)*(1/3) + 10*(2.56 - 2.5)*(2.56 - 2.5)*(1/2))=15.31 (кН*м)

Рассмотрим 5-й участок 3.5 ≤ x5 < 4

Поперечная сила Q:
Q(x5)=P1 - q1*(2 - 0) + RA - ((25 - 10)*1/2 + (U1слева *1))
Значения Q на краях участка:
Q5(3.50)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64 - ([((25 - 10)*(3.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(3.50 - 2.5)]/2 + 10*(3.50 - 2.5))=-16.86 (кН)
Q5(4)=1 - 10*(2 - 0) + 19.64 - ( + (10*1))=-16.86 (кН)
Изгибающий момент M:
M(x5)=P1*(x5) - q1*(2 - 0)*[(x5 - 2) + (2 - 0)/2] + RA*(x5 - 0.5) + M1 - ((25 - 10)*1/2*[x - (2.5 + 1*2/3)] + (U1слева *1)*[x - (2.5 + 1*(1/2))])
Значения M на краях участка:
M5(3.50)=1*(3.50) - 10*2*(1.50 + 1) + 19.64*(3.50 - 0.5) + 3.50 - ([((25 - 10)*(3.50 - 2.5)/1 + 10 - 10)*(3.50 - 2.5)]/2*(3.50 - 2.5)*(1/3) + 10*(3.50 - 2.5)*(3.50 - 2.5)*(1/2))=8.43 (кН*м)
M5(4)=1*(4) - 10*2*(2 + 1) + 19.64*(4 - 0.5) + 3.50 - (*[4 - (2.5 + 1*2/3)] + (10*1)*[4 - (2.5 + 1*(1/2))])=0 (кН*м)



Расчет произведен при помощи онлайн-сервиса SOPROMATGURU.RU