Как найти сосредоточенную нагрузку от распределенной

Техническая механика

Как мы уже знаем, любая сила характеризуется тремя свойствами: модулем (скалярной размерностью), вектором (направлением в пространстве) и точкой приложения. Для того, чтобы иметь полное представление о характере и последствиях воздействия любой силы на тело или элемент конструкции, необходимо знать — какова величина этой силы, куда она направлена и к какой точке приложена.
В действительности сила не может быть приложена к точке, поскольку точка — безразмерная, бесконечно малая единица пространства, поэтому фактически силы воздействуют на очень малую площадку, размерами которой пренебрегают. Такие силы (приложенные к ничтожно малой площадке тела) называют сосредоточенными .

В реальности часто встречаются силы, приложенные не к точке, а к объему или поверхности тела, например сила тяжести, давления ветра, воды и т. п., т. е. нагрузку воспринимает не бесконечно малая площадка, а значительная площадь или объем тела. Такие силы называют распределенными .
Примером распределенной силы (обычно употребляют выражение «распределенная нагрузка») может послужить выпавший на крышу дома снег. Сила тяжести снежного покрова давит на всю поверхность крыши, нагружая одинаково (или неодинаково) каждую единицу ее площади, а не какую-либо точку.

Плоская система распределенных сил характеризуется ее интенсивностью, обычно обозначаемой латинской буквой q .
Интенсивность — это сила, приходящаяся на единицу длины (или площади) нагруженного участка.
Интенсивность в системе единиц СИ выражается в ньютонах на метр (Н/м) или, соответственно, в ньютонах на квадратный метр (для нагрузки, действующей на площадь).

Интенсивность воздействия силы на площадь характеризует такие физические понятия, как давление и напряжение. В плоской системе рассматривается интенсивность действия силы на единицу длины.

Распределенная нагрузка, имеющая постоянную интенсивность по всей длине участка называется равномерно распределенной (см. рисунок 1) .

При решении задач статики распределенную нагрузку заменяют ее равнодействующей. Модуль равнодействующей равномерно распределенной нагрузки равен Q = ql (см. рисунок) .
Равнодействующая равномерно распределенной нагрузки Q прикладывается в середине отрезка АВ .

Распределенная нагрузка, имеющая переменную интенсивность, называется неравномерно распределенной (рис. 2) .
Примером такой нагрузки может служить меняющееся по высоте давление воды на плотину или снег, лежащий на крыше неровным слоем.
Определение точки С приложения равнодействующей неравномерно распределенной нагрузки производится путем геометрических расчетов и построений. Равнодействующая сила Q при таких нагрузках равна площади фигуры, охватываемой эпюрой нагрузки, а точка С приложения равнодействующей расположена в центре тяжести этой фигуры.

Нагрузки, распределенные по поверхности (по площади), характеризуются давлением, т. е. силой, приходящейся на единицу площади. В системе единиц СИ давление измеряется в Паскалях (Па) или ньютонах на квадратный метр (Н/м 2 ).

Пример решения задачи с распределенной нагрузкой

Задача: Балка находится в равновесии под действием сосредоточенной силы F = 100 Н и равномерно распределенной нагрузки q = 60 Н/м (см. схему 3) .
Необходимо определить реакцию R_В опоры В .

Решение .
Поскольку по условию задачи необходимо определить реакцию опоры В , составим уравнение моментов сил относительно опоры А , учитывая, что равномерно распределенную нагрузку можно заменить сосредоточенной силой:
Q = ql , где l = (10 — 5) метров — часть балки, к которой приложена распределенная нагрузка .
Точка приложения сосредоточенной силы Q расположена в середине той части балки, к которой приложена распределенная нагрузка; плечо этой силы относительно опоры А будет равно: h = (10 — 5)/2 = 2,5 м.
Cоставляем уравнение моментов сил относительно опоры А из условия, что балка находится в состоянии равновесия (уравнение равновесия) .

• сила R_В создает относительно точки А положительный момент, плечо которого равно 10м;
• сила F создает относительно точки А отрицательный момент, плечо которого равно 5 м;
• распределенная нагрузка q создает (посредством силы Q и плеча h ) относительно точки А отрицательный момент.

Получаем уравнение равновесия балки, в котором лишь одна неизвестная величина ( R_В ) :

ΣM = 10R_В — qlh — 5F = 10R_В — q(10-5)(10-5)/2 — 5F = 0 , откуда находим искомую реакцию опоры R_В :

Сосредоточенные силы и распределенные нагрузки

Такие силы называются сосредоточенными. Однако в инженерных расчетах часто приходится встречаться с нагрузками, распределенными вдоль данной поверхности или линии по тому или иному закону. Распределенные силы прежде всего характеризуются интенсивностью q, т.е. величиной силы, приходящейся на единицу поверхности или линии.

На странице -> решение задач по теоретической механике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам теоретической механики.

Сосредоточенные силы и распределенные нагрузки

Мы рассматривали силы, которые были представлены в виде вектора, приложенного к точке. Однако в природе существует большое количество взаимодействий тел, осуществляются не в точке и которые нельзя представить в виде вектора, приложенного к точке.

Такими силовыми факторами являются силы давления жидкости или газа в поверхность твердых тел, силы тяжести, как массовые силы, электромагнитные силы тому подобное. Поэтому в теоретической механике вводится понятие о распределенных силах, которые делятся на поверхностные и объемные.

Поверхностные силы действуют на некоторую поверхность тела. Объемные силы действуют на каждый элемент объема тела, рассматривается. Примером последних сил является сила притяжения.

В теоретической механике рассматривается воздействие на тело только сосредоточенных сил, приложенных к абсолютно твердым телам. А потому
распределенную нагрузку необходимо заменить его равнодействующей, то есть
сосредоточенной силой. Введем несколько общих положений.

Распределенная нагрузка характеризуется его интенсивностью , то есть величиной силы, приходящейся на единицу объема тела (в случае объемных сил), на единицу площади (в случае поверхностных сил) и на единицу длины (если поверхность, на которую действует нагрузка, можно считать линией, то есть шириной поверхности можно пренебречь). В последнем случае распределенная нагрузка называется плоской, на
силовых схемах оно изображается в виде эпюры элементарных сил, то есть графика интенсивности нагрузки, приложенная к линейному элементу тела.

В общем случае распределенная нагрузка изображается в виде определенной кривой, отражающей данный закон изменения интенсивности нагрузки на участке тела (рис. 1.20). Направление действия нагрузки показывается стрелками.

Сначала рассмотрим равномерно распределенную нагрузку и нагрузку, распределенную по линейному закону. Заменяем распределенную нагрузку сосредоточенной силой.

Рассмотрим эти два случая:

— равномерно распределенная нагрузка (или нагрузка, распределенная по закону прямоугольника) изображается на схемах в виде прямоугольника, размеры которого таковы: высота — это интенсивность нагрузки , длина — это длина l участка тела, на которой действует нагрузка. Стрелки показывают направление действия нагрузки (рис. 1.21). Для того, чтобы заменить эту нагрузку равнодействующей силой , надо определить ее. В данном случае

где q — интенсивность нагрузки, Н/м; l — длина участка тела, на которой приложенная нагрузка, м.

Точка C приложения равнодействующей силы размещается посередине участка тела, на которой действует нагрузка. То есть , а направление совпадает с направлением распределенной нагрузки.

— нагрузка распределена по линейному закону (то есть по закону треугольника). В этом случае (рис. 1.22) интенсивность распределенной нагрузки на участке l меняется от 0 до максимального значения q_max. Равнодействующая сила от этой нагрузки по величине равна

Точка C приложения равнодействующей расположена на расстоянии или , а направление совпадает с направлением нагрузки.

Плоская система параллельных сил

Когда линии действия всех сил параллельны, то всегда в плоскости можно так
расположить оси координат, одна из них будет обязательно параллельной заданным силам, а вторая — перпендикулярной. А потому, чтобы тело под действием плоской системы параллельных сил находилось в равновесии, необходимо приравнять к нулю алгебраическую сумму проекций всех сил на параллельную ось и алгебраическую сумму моментов всех сил относительно произвольной точки. В данном случае система условий равновесия (1.54) упрощается и будет иметь такой вид

Для равновесия тела, находящегося под действием системы параллельных сил
на плоскости, необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма проекций всех сил
на ось, параллельная силам, и алгебраическая сумма моментов всех сил относительно произвольной точки А плоскости равны нулю.

Для системы параллельных сил на плоскости можно использовать и такие условия равновесия

Для равновесия тела, находящегося под действием системы параллельных сил на плоскости, необходимо и достаточно, чтобы алгебраические суммы моментов всех
сил относительно любых двух точек плоскости равны нулю.

Однако для этих условиях существует ограничение: линия АВ, которой можно соединить
центры моментов, не должна быть параллельной силам.

Данные условия наиболее пригодны при расчетах двухопорных балок. Используя эти условия, составляют алгебраические суммы моментов всех сил относительно точек A и B, в которых установлены опоры балки.

Рассмотрим примеры задач на равновесие тела под действием плоской системы произвольных сил.

Пример:

Однородная балка АВ прямоугольного сечения весом 400 Н имеет один конец А, который закреплен шарнирно, и опирается на точечную опору O (рис. 1.23). Ко второму концу балки В подвешен груз весом 200 Н. Длина балки 4 м, точечная опора расположена на расстоянии ¾ длины балки от шарнирной опоры. Угол наклона балки к горизонту составляет α = 30º.

Определить реакции опор балки.

Краткое условие задачи:

Решение.

Составляем расчетно–силовую схему задачи. Приложим к оси балки заданные активные силы: силу тяжести самой балки и силу притяжения груза. Сила притяжения балки приложена посередине балки в точке C (поскольку балка однородна) и направлена ​​вертикально вниз. Сила притяжения груза приложена к концу балки В и направлена ​​вертикально вниз.

Далее условно освобождаем балку от связей и заменяем их соответствующими реакциями связей. В точке A размещена неподвижная шарнирная опора, она имеет
две составляющие реакции _A и _A, которые расположены вдоль соответствующих осей
координат. В точке O — точечная опора, которая имеет одну реакцию _o, что направлена ​​перпендикулярно к балке.

Таким образом, балка находится в равновесии под действием плоской системы произвольных сил. Для решения этой задачи используем условия равновесия (1.54),

Поскольку оси координат x и y заданные по условию задачи, то составим соответствующие уравнения равновесия

Если подставить значения известных величин в эти уравнения равновесия, то получим

С третьего уравнения вычислим реакцию R_o:

R_o= = 461,86 Н,

и подставим ее значение в первые два уравнения. Будем иметь

Х_А= = R_o= 230,93 Н;

Y_А = 400 + 200 – 0,866 · 461,86 = 160,04 Н.

Поскольку определены две составляющие реакции, приложенные в точке A, — Х_Аи Y_А, то геометрическим добавлением можно вычислить модуль полной реакции R_A. А именно:

Таким образом определении все искомые реакции.

Пример.

Определить реакции опоры однородной балки АВ прямоугольного сечения, один конец которого A жестко закреплен в стене и находящийся под действием сосредоточенной силы P = 4,0 kH, пары сил с моментом m = 2,0 kH · м и равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q = 1,5 . Длина балки АВ — 5 м, равномерно распределенная
нагрузка действует на участке 3 м от точки A. Угол наклона сосредоточенной силы к горизонту составляет α = 30º, оси x и y показаны на рис. 1.24.

Краткое условие задачи:

q = 1,5 ;

Решение.

Составляем расчетно-силовую схему. Покажем все силы, приложенные к балке АВ. Прежде всего, это заданные активные силы — сила , приложена к концу балки В и направлена под углом α к горизонту. Равномерно распределенную нагрузка заменяем сосредоточенной силой , которая равна

= q · AC =1,5 · 3 = 4,5 kH .

Сила приложена посредине участка AC и направлена ​​в ту же сторону, что и сама нагрузка, то есть вертикально вниз. Покажем на силовой схеме пару сил, которая определяется моментом m.

Далее условно освобождаем балку от вязи и заменяем ее соответствующими реакциями вязи. В точке A — жесткое закрепление балки в стене, а потому оно имеет две составляющие реакции: _A, _A, которые расположены вдоль соответствующих осей
координат, и реактивный момент M_A. Направление этого неизвестного момента
показываем на силовой схеме произвольно, например, — против направления стрелки
часов. Если же при окончательном определении момента M_A получим отрицательный знак, то получим, что действительное направление момента — противоположно. Покажем на силовой схеме линейные и угловые размеры. Оси координат показаны на схеме.

Как видно из построенной расчетно–силовой схемы, балка находится под действием плоской системы произвольных сил. Используем условия равновесия (1.54). А именно = 0.

Составим соответствующие уравнения равновесия

Если подставить значения известных величин в эти уравнения равновесия, то получаем

Из первого уравнения вычислим X_A:

X_A= 4,0 = = 3,46 kH.

Из второго уравнения вычислим Y_A:

Y_A= 4,5 + 4,0 · = 6,50 kH.

С третьего уравнения вычислим M_A:

M_A= 2,0 + 4,5 + 4,0 · 5 = 2,0 + 6,75 + 10,0 = 18,75 kH.

Поскольку составляющие реакций X_A и Y_A, приложенных в точке A, вычислены, то можно найти модуль R_A полной реакции в точке A. Будем иметь

Таким образом, определены все искомые реакции.

Равновесие системы тел

Системой тел называется совокупность нескольких тел, или которые опираются друг на друга, или соединены шарнирами, которые дают возможность относительного движения тел.

При решении задач на систему тел различают силы внешние и внутренние.

Внешние силы — это силы взаимодействия тел данной системы с другими телами, которые не входят в состав системы.

Внутренние силы — это силы взаимодействия между отдельными телами, которые входят в состав данной системы. Внутренние силы существуют попарно, как действие и
противодействие.

Статически обозначенные и статически неопределенные задачи

Задача является статически обозначенной, если для нее можно составить такое
количество уравнений равновесия материальной системы, не меньше, чем число
неизвестных.

Задача, является статически неопределенной, если число уравнений равновесия
системы меньше, чем число неизвестных.

В теоретической механике рассматриваются только статически обозначенные
материальные системы.

Методика решения задач на равновесие системы тел

Равновесие системы тел можно рассматривать в целом под действием только
внешних сил. Но может так случиться, что количество уравнений равновесия будет
меньше, чем количество неизвестных. Тогда необходимо рассматривать равновесие
отдельных тел системы, условно разделяя ее обязательно по внутренним связям. Причем необходимо учитывать, что внутренние силы реакций входят попарно, как действие и противодействие.

Рассмотрим пример решения задач на равновесие системы тел.

Пример.

На трех-шарнирную арку А В С (рис. 1.25) действует вертикальная сила Р = 10 kH. Вес каждой части балки Q₁ = Q₂ = 6 kH. Определить реакции шарниров А, В, С арки, размеры которой данные на рисунке.

Решение.

Как видно из схемы, заданная система тел состоит из двух пиварок I и II, которые соединены шарниром в точке С. Составим расчетно–силовую схему, где покажем заданные активные силы Q₁, Q₂, и реакции связей: в точках A и B (неподвижные шарнирные опоры) — _{A ,A} и _{В ,В} и в точке C (шарнирное соединение) — _C , ´_C и _{C ,} ´_С. Эти неизвестные реакции в точке С являются внутренними силами системы тел, а потому _C = ´_C и _C = ´_С.

Покажем оси прямоугольной декартовой системы координат Axy.

Условно разделяем систему тел на два отдельных тела по шарниру С. Действие отброшенной части заменяем двумя реакциями _C и _C, которые равны

Теперь рассмотрим отдельно равновесие каждого тела, для чего составим две системы уравнений равновесия. Используем условия равновесия.

Для первого тела (левая половина арки):

= 0; Х_А — Х_С = 0,

= 0; Y_A + Y_C — Q₁ — P = 0,

= 0; Х_С · 4 + Y_C · 5 — Q₁ · 1 — P · 4 = 0.

Для второго тела (правая половина арки):

= 0; Х_B — Х´_С = 0,

= 0; Y_B + Y´_C — Q₂ — P = 0,

= 0; Q₂ · 1 — Х´_{С ·}4 + Y´_C· 5 = 0.

Определим эти неизвестные величины. С третьего уравнения второй системы определим Y´_{C .}Перепишем это уравнение следующим образом:

Поскольку численно Y´_C = Y_C , а Х_С = Х´_С, то подставив значения этих реакций в третье уравнение первой системы, получаем

Теперь есть возможность определить неизвестную реакцию Y´_C. Подставив значение X_C в третье уравнение второй системы, будем иметь

Из первого уравнения первой системы имеем X_A = X_C = 6,5 kH. А с первого уравнения второй системы должны X_B = – X´_C = – 6,5 kH. Направление этой реакции противоположно показанному на силовой схеме. Из второго уравнения первой системы получаем

Из второго уравнения второй системы вычислим последнюю неизвестную реакцию Y_B. Она будет равняться Y_B = Y´_C + Q₂ = 4,0 + 6,0 = 10,0 kH.

Таким образом вычислено все искомые величины.

Ответ:

Услуги по теоретической механике:

Учебные лекции:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Приведение сосредоточенной нагрузки к эквивалентной равномерно распределенной

При расчете некоторых строительных конструкций, например, балок перекрытия, перемычек для несущих стен, стропильных ног и т.п. иногда приходится учитывать, что часть нагрузок, действующих на такие конструкции является равномерно распределенной, при этом другая часть — это условно сосредоточенные нагрузки.

Это в свою очередь означает, что расчет нужно вести по разным формулам, например, определять максимальное значение изгибающего момента отдельно для равномерно распределенной нагрузки и отдельно для сосредоточенных нагрузок. То же касается и определения максимального прогиба конструкции. Хорошо, если такая сосредоточенная нагрузка только одна, расчеты при этом не сильно усложнятся, а вот если таких сосредоточенных нагрузок несколько, да еще и приложены они на разных расстояниях друг от друга и несимметрично, то расчет становится достаточно сложным. Между тем, чем больше на строительную конструкцию действует сосредоточенных нагрузок, тем ближе суммарная эпюра моментов от этих сосредоточенных нагрузок к эпюре от равномерно распределенной нагрузки. Поэтому для упрощения расчетов конструкций постоянного по длине сечения вполне допустимо заменять сосредоточенные нагрузки на эквивалентную равномерно распределенную. Однако делать это нужно осторожно, так как варианты приложения сосредоточенных нагрузок бывают разные:

1 вариант

Расстояние между сосредоточенными нагрузками одинаковое, при этом расстояние от начала пролета до первой сосредоточенной нагрузки равно расстоянию между сосредоточенными нагрузками. В этом случае сосредоточенные нагрузки также попадают на начало и на конец пролета, но при этом вызывают только увеличение опорной реакции, на значение изгибающих моментов и на прогиб крайние сосредоточенные нагрузки никак не влияют, а потому при расчетах несущей способности конструкции не учитываются. Рассмотрим это на примере балок перекрытия опирающихся на перемычку. Кирпичная кладка, которая может быть между перемычкой и балками перекрытия, и создавать при этом равномерно распределенную нагрузку, для простоты восприятия не показана.

Рисунок 1. Приведение сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке.

Как видно из рисунка 1, определяющим является изгибающий момент, который используется при расчетах конструкций на прочность. Таким образом, чтобы равномерно распределенная нагрузка создавала такой же изгибающий момент, как и сосредоточенная нагрузка, ее нужно умножить на соответствующий коэффициент перехода (коэффициент эквивалентности). А определяется этот коэффициент из условий равенства моментов. Думаю, рисунок 1 это очень хорошо иллюстрирует. А еще, анализируя полученные зависимости, можно вывести общую формулу для определения коэффициента перехода. Так, если количество приложенных сосредоточенных нагрузок является нечетным, т.е. одна из сосредоточенных нагрузок обязательно попадает на середину пролета, то для определения коэффициента эквивалентности можно использовать формулу:

γ = n/(n — 1) (305.1.1)

где n — количество пролетов между сосредоточенными нагрузками.

При этом эквивалентная равномерно распределенная нагрузка будет равна:

где (n-1) — количество сосредоточенных нагрузок.

Впрочем, иногда удобнее производить расчеты, исходя из количества сосредоточенных нагрузок. Если это количество выразить переменной m, то тогда

γ = (m +1)/m (305.1.3)

где m — количество сосредоточенных нагрузок.

При этом эквивалентная равномерно распределенная нагрузка будет равна:

q_экв = γmQ/l (305.1.4)

Когда количество сосредоточенных нагрузок является четным, т.е. ни одна из сосредоточенных нагрузок не попадает на середину пролета, то значение коэффициента можно принимать, как для следующего нечетного значения количества сосредоточенных нагрузок. В целом при соблюдении указанных условий загружения можно принимать следующие коэффициенты перехода:

γ = 2 — если на рассматриваемую конструкцию, например, балку попадает только одна сосредоточенная нагрузка посредине перемычки.

γ = 1.33 — для балки, на которую действуют 2 или 3 сосредоточенные нагрузки;

γ = 1.2 — для балки, на которую действуют 4 или 5 сосредоточенных нагрузок;

γ = 1.142 — для балки, на которую действуют 6 или 7 сосредоточенных нагрузок;

γ = 1.11 — для балки, на которую действуют 8 или 9 сосредоточенных нагрузок.

2 вариант

Расстояние между сосредоточенными нагрузками одинаковое, при этом расстояние от начала пролета до первой сосредоточенной нагрузки равно половине расстояния между сосредоточенными нагрузками. В этом случае сосредоточенные нагрузки не попадают на начало и на конец пролета.

Рисунок 2. Значения коэффициентов перехода при 2 варианте приложения сосредоточенных нагрузок.

Как видно из рисунка 2, при таком варианте загружения значение коэффициента перехода будет значительно меньше. Так, например, при четном количестве сосредоточенных нагрузок, коэффициент перехода вообще можно принимать равным единице. При нечетном количестве сосредоточенных нагрузок для определения коэффициента эквивалентности можно использовать формулу:

γ = (m +7)/(m +6) (305.2.1)

где m — количество сосредоточенных нагрузок.

При этом эквивалентная равномерно распределенная нагрузка все также будет равна:

q_экв = γmQ/l (305.1.4)

В целом при соблюдении указанных условий загружения можно принимать следующие коэффициенты перехода:

γ = 2 — если на рассматриваемую конструкцию, например, балку попадает только одна сосредоточенная нагрузка посредине перемычки, а попадают ли балки перекрытия на начало или конец пролета или расположены сколь угодно далеко от начала и конца пролета, в данном случае значения не имеет. А значение это имеет при определении сосредоточенной нагрузки.

γ = 1 — если на рассматриваемую конструкцию, действует четное количество нагрузок.

γ = 1.11 — для балки, на которую действуют 3 сосредоточенные нагрузки;

γ = 1.091 — для балки, на которую действуют 5 сосредоточенных нагрузок;

γ = 1.076 — для балки, на которую действуют 7 сосредоточенных нагрузок;

γ = 1.067 — для балки, на которую действуют 9 сосредоточенных нагрузок.

Не смотря на некоторую заковыристость определения, коэффициенты эквивалентности очень просты и удобны. Так как при расчетах очень часто известна распределенная нагрузка, действующая на квадратный или погонный метр, то чтобы не переводить распределенную нагрузку сначала в сосредоточенную, а потом снова в эквивалентную распределенную, достаточно просто умножить значение распределенной нагрузки на соответствующий коэффициент. Например, на перекрытие будет действовать нормативная распределенная нагрузка 400 кг/м 2 , при этом собственный вес перекрытия составит еще 300 кг/м 2 . Тогда при длине балок перекрытия 6 м на перемычку могла бы действовать равномерно распределенная нагрузка q = 6(400 + 300)/2 = 2100 кг/м. А дальше, если будет только одна балка перекрытия посредине пролета, то γ = 2, а

q_экв = γq = 2q (305.2.2)

Если ни одно из двух вышеприведенных условий не соблюдается, то использовать коэффициенты перехода в чистом виде нельзя, нужно добавить еще пару дополнительных коэффициентов, учитывающих расстояние до балок, не попадающих на начало и конец пролета перемычки, а также возможную несимметричность приложения сосредоточенных нагрузок. Вывести такие коэффициенты в принципе можно, однако в любом случае они будут понижающими во всех случаях, если рассматривать 1 вариант загружения и в 50% случаев, если рассматривать 2 вариант загружения, т.е. значения таких коэффициентов будут < 1. А потому для упрощения расчетов, а заодно и для большего запаса по прочности рассчитываемой конструкции вполне хватит коэффициентов, приведенных при первых двух вариантах загружения.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Доброго времени суток! Нем могли бы вы привести именно такой пример расчета? Без примера догнать не могу, хоть убейте)))

Так вроде вся статья из примеров состоит? Ну да ладно.
К примеру вы хотите рассчитать шарнирно опертую балку длиной 5 м. На этой балке посредине стоит человек весом 100 кг — это сосредоточенная нагрузка. Кроме того балка имеет собственный вес 100 кг — это распределенная нагрузка. Чтобы определить максимальный изгибающий момент от этих двух нагрузок, нужно сначала определить изгибающий момент от сосредоточенной нагрузки, потом от распределенной нагрузки, а затем полученные значения моментов сложить. А можно сначала привести сосредоточенную нагрузку к условно распределенной, затем сложить нагрузки и определить изгибающий момент.
Таким образом распределенная нагрузка от собственного веса составит 100/5 = 20 кг/м, условно распределенная (эквивалентная) нагрузка от человека 2х1х100/5 = 40 кг/м (согласно 305.1.4). Суммарная нагрузка 20 + 40 = 60 кг/м.
Дальнейший расчет выполняется по стандартному алгоритму.

Спасибо! qэкв = ?mQ/l. Получается, на Вашем примере ? — коэф. перехода=2; m — количество сосредоточенных нагрузок=1; Q — сама сосредоточенная нагрузка=100;l-длина пролета=5. Я Вас правильно понял?

Спасибо, ДокторЛом! Благодаря Вам я стал понимать науку «Сопротивление материалов». Я просто поднялся на ступень выше в своём развитии. Покрайне мере сейчас я делаю проект небольшого хоз-домика для дачи с металлокаркасом, с расчётами от крыши до фундамента. Большое Вам СПАСИБО!

Подскажите если на 2 мет. балки на которые будет действовать сосред. нагрузка то на каждую балку как рассчитать нагрузку? Общую нагрузку разделить на 2 балки? Пример на эти 2 мет. балки установлены лаги перекрытия.

Как правило расчетная нагрузка является плоской, т.е. измеряется в кг (или Н) на м^2. Соответственно, чтобы перейти к линейной нагрузке, нужно умножить плоскую нагрузку на шаг балок. Например, если у вас помещение шириной 6 м и при этом будут 2 металлические балки с шагом 2 метра, то плоскую нагрузку нужно умножить на 2.

Если лаги будут сплошными, от стены до стены, то нагрузку на металлические балки более правильно определять, как опорные реакции трехпролетной неразрезной балки. Короче говоря такая нагрузка будет в 1.1 раза больше, чем при коротких лагах.

Если же вы по каким-либо причинам собираетесь вместо одного профиля использовать 2, но это будет как бы по прежнему одна балка, то действительно линейную нагрузку нужно разделить на 2.

Хочу прояснить,вот перекрытие по лагам будет опираться на 2 мет. балки, то есть концы перекрытия лягут на балку с одной стороны и на балку с другой стороны. Как в таком случае вес плиты распределится на эти балки? Если между балками будет 3 м перекрытие, то нагрузку умножаем на шаг 3м?

Да, и делим на 2, как вы и предположили в самом начале. Потому как в вашем случае металлические балки будут крайними опорами однопролетной балки.

Здравствуйте. У меня ж/б плита перекрытия-ремплощадка длиной 12 метров, нагрузка сосредоточенная 1,8 тонны, переводя ее в распределенную 1*2*1800/12, получил 300 кг/м. Если допустимая нагрузка на ремплощадку 1000 кг, то запас остается троекратный? Т.е. можно разместить груз 5,4 тонн?
Будет ли большой разница если нагрузка приложена не по центру?

Плита — это не балка, поэтому изложенную в статье методику можно применять лишь тогда, когда например при ширине плиты 1 м условно сосредоточенная нагрузка распределена по всему метру ширины. А если нагрузка рассматривается как полностью сосредоточенная, например приложенная посредине плиты, то эквивалентная равномерно распределенная нагрузка будет больше, чем 300 кг/м. Насколько больше, зависит от множества факторов. Тем не менее, как я понимаю, вы собираетесь складировать грузы на некоторой достаточно большой площади и в этом случае значение эквивалентной нагрузки будет меньше. И чем дальше сосредоточенная нагрузка от центра плиты, тем меньше будет значение эквивалентной нагрузки.

Если балка двухпролетная, то как правильнее привести сосредоточенную нагрузку в распределенную? Рассматривать, как 2 отдельные однопролетные балки?

Количество пролетов почти не влияет на методику приведения сосредоточенных нагрузок в равномерно распределенную. А вот дальнейший расчет следует выполнять с учетом того, что балка двухпролетная.

Ясно. Спасибо за ответ и за Ваши статьи! Я обратил внимание, что с увеличением кол-ва сосредоточеных нагрузок коеф. стремится к 1 (что логично, т.к. нагрузка «распределяется»). Соответственно, если рассчитывать ребристое прекрытие (в моем случае), то есть разница считать распределенную нагрузку для отдельно взятого пролета (3 второстепенные балки) или для всей балки (6 второстепенных балок). Для себя посчитал по большему значению, но стало интересно 🙂

Есть материал толщиной 20 мм, длиной 400 мм, шириной 75 мм. Материал испытывался как однопролетная балка. При нагрузке по центру 0,55кН, образец разрушился. Можно ли исходя из этих данных рассчитать максимальную равномерно-распределенную нагрузку (кН/м.кв)?

Да, можно. Все необходимые формулы для этого в статье есть. При этом толщина и ширина образца большого значения не имеют, разве что для определения расчетного сопротивления материала.

А если на балку действуют две разные сосредоточенные нагрузки и они на разных расстояниях?

В этом случае нагрузки будут несимметричными и приводить их к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке не имеет смысла, потому что максимальный момент будет не посредине пролета.

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Распределенная нагрузка

Распределенной нагрузкой называют внешние или внутренние усилия, которые приложены не в одной точке твердого тела (т.е. не сосредоточены в одной точке), а равномерно, случайным образом или по заданному закону распределены по его определенной длине, площади (поверхности) или объему.

Рассмотрим виды распределенных нагрузок q: линейную, равномерную, треугольную (возрастающую или убывающую), трапециевидную, нелинейную, наклонную (направленную под углом) и замену их результирующей сосредоточенной силой — равнодействующей Q (R_q)

Воздействие на детали, конструкции, элементы механизмов может быть задано распределенными нагрузками: в плоской системе задается интенсивность действия по длине конструкции, в пространственной системе – по площади.

Это может быть собственный вес элемента конструкции, давление газа или воды, распределенный вес сыпучих материалов, ветровая нагрузка и тому подобное.

Обозначение распределенной нагрузки — q

Размерность:

• линейной нагрузки — Н/м,
• нагрузки распределенной по площади — Н/м²,
• объемной (например при учете собственного веса элементов конструкции) — Н/м³.

или кратные им, например кН/м.

Равнодействующая распределенной нагрузки

При решении некоторых задач технической и теоретической механики, распределенную нагрузку удобно заменять её равнодействующей, обозначаемой Q или R_q, которая для линейного случая распределения, определяется произведением интенсивности нагрузки q на её длину AB.

Равнодействующая распределенной нагрузки действует в точке, расположенной в центре тяжести фигуры, ограниченной профилем её распределения.

Рассмотрим способы замены распределенных нагрузок их равнодействующей.

Равномерно распределенная нагрузка

Равномерно распределенная по длине AB нагрузка интенсивностью q, измеряемая в Н/м

может быть заменена сосредоточенной силой Q (R_q)

приложенной в центре (на пересечении диагоналей) прямоугольника, середине отрезка AB.

Линейно изменяющаяся (треугольная) нагрузка

Треугольная, линейно изменяющаяся убывающая (возрастающая) нагрузка

может быть заменена равнодействующей силой, приложенной в точке C

Отметим, что центр тяжести треугольника находится на пересечении его медиан, на расстоянии 1/3 высоты от основания или 2/3 высоты от его вершин.

Трапециевидная распределенная нагрузка

Трапециевидная, равномерно убывающая или возрастающая нагрузка характеризуется длиной и двумя значениями интенсивности распределения нагрузки: минимальной q_min и максимальной q_max

Профиль такой нагрузки представляет собой трапецию.
Величина и положение равнодействующей Q в данном случае определяется по выражениям

Нелинейная распределенная нагрузка

В произвольном общем случае, интенсивность распределения нагрузки по её длине может описываться одной или несколькими функциями.

Зная функцию q(x), сосредоточенная эквивалентная (равнодействующая) сила рассчитывается по формуле

Эта сила также приложена в центре тяжести площади, ограниченной сверху от балки AB линией q(x).

Для расчета точки приложения равнодействующей нагрузки необходимо вычислить координату положения центра тяжести фигуры, образуемой нагрузкой.

Наклонная распределенная нагрузка

В случаях, когда распределенная нагрузка приложена под определенным углом, величина равнодействующей определяется аналогично ранее описанным способам.

При этом угол наклона самой силы будет равен углу наклона нагрузки q.

Например, линия действия равнодействующей наклонной равномерно распределенной нагрузки будет пересекать ось балки ровно посередине между крайними точками её приложения.

Величина равнодействующей будет равна площади параллелограмма, образованного профилем нагрузки.

Как рассчитывается момент распределенной нагрузки

Распределенная нагрузка от давления

Примером распределенной нагрузки от давления может служить расчет усилий, разрывающих стенки баллона со сжатым газом.

Определим результирующую силу давления в секторе трубы при интенсивности q [Н/м];

где:
R – радиус трубы,
2α – центральный угол,
ось Ox – ось симметрии.

Выделим элемент сектора с углом ∆φ и определим силу ∆Q, действующую на плоский элемент дуги:

Проекция этой силы на ось Ox будет

В силу симметрии элемента трубы (с дугой AB) относительно оси Ox проекция результирующей силы на ось Oy:

Q_y = 0, т.е. Q = Q_x,

Тогда

где АВ – хорда, стягивающая концы дуги.

Для цилиндрической емкости высотой h и внутренним давлением P на стенки действует равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q = p [Н/м²].

Если цилиндр рассечен по диаметру, то равнодействующая этих сил равна

F = q ∙ d ∙ h

где, d – внутренний диаметр, или

F = p ∙ 2R ∙ h.

Тогда, разрывающие баллон по диаметру усилия:

S₁ = S₂ = S;
2S = F;
S = p∙h∙R.

Если принять что a – толщина стенки, то (пренебрегая усилиями в крышке и дне цилиндра) растягивающее напряжение в стенке равно

Примеры решения задач >
Уравнения равновесия системы сил >

Привет! В этой статье предлагаю поговорить о реакциях опор, еще известных как опорные реакции. Для успешного освоения курса – «сопротивление материалов», каждый студент должен уметь определять реакции опор, чему учат еще в рамках дисциплины — «теоретическая механика». Но для тех, кто проспал механику на первом курсе, я подготовил данную статью, чтобы каждый желающий мог приобрести навыки по расчету опорных реакций.

Так как этот урок для чайников, я многие моменты буду упрощать и рассказывать только самое основное, чтобы написанное здесь, было понятно даже самому неподготовленному студенту — заочнику.

В рамках статьи рассмотрим 4 примера: двухопорная балка, загруженная посередине пролёта сосредоточенной силой, такая же балка, но загруженная распределённой нагрузкой, консольная балка и плоская рама.

Что такое реакция опоры?

Чтобы лучше понять, что такое реакция опоры (опорная реакция), давай рассмотрим следующий пример — балку (стержень) лежащую на опорах:

На балку давит нагрузка – сила, в свою очередь, балка давит на опоры. И чтобы балка лежала на опорах (никуда не проваливалась), опоры выполняют свою основную функцию — удерживают балку. А чтобы удерживать балку, опоры должны компенсировать тот вес, с которым балка давит на них. Соответственно, действие опор можно представить в виде некоторых сил, так называемых — реакций опор.

Для балки, и нагрузка, и реакции опор, будут являться внешними силами, которые нужно обязательно учитывать при расчёте балки. А чтобы учесть опорные реакции, сначала нужно научиться определять их, чем, собственно, и займёмся на этом уроке.

Виды связей и их реакции

Связи – это способы закрепления элементов конструкций. Опоры, которые я уже показывал ранее – это тоже связи.

 В этой статье будем рассматривать три вида связей: жёсткая заделка, шарнирно-подвижная и шарнирно-неподвижная опора.

Жёсткая заделка

Жёсткая заделка — это один из вариантов закрепления элементов конструкций. Этот тип связи препятствует любым перемещениям, тем самым для плоской задачи, может возникать три реакции: вертикальная (R_A), горизонтальная (H_A) и момент (M_A).

Шарнирно-подвижная и шарнирно-неподвижная опора

В этой статье будем работать с двумя типами опор: шарнирно-подвижной и шарнирно-неподвижной.

В шарнирно-неподвижной опоре возникает две реакции: вертикальная и горизонтальная. Так как опора препятствует перемещению в этих двух направлениях. В шарнирно-подвижной опоре возникает только вертикальная реакция.

Однако, видов связей и их условных обозначений достаточно много, но в рамках этой статьи их все рассматривать не будем. Так как, изученные ранее виды связей, являются основными и практически всегда, при решении задач по сопромату, ты будешь сталкиваться именно с ними.

Что такое момент силы?

Также необходимо разобраться с понятием момент силы.

Момент силы — это произведение силы на плечо. Где плечо — это кратчайшее расстояние от точки до силы, то есть перпендикуляр.

Проиллюстрирую написанное:

Правило знаков для моментов

Также для моментов, нужно задаться каким-то правилом знаков. Я в своих уроках буду придерживаться такого правила:

• если сила относительно точки стремится повернуть ПРОТИВ часовой стрелки, то момент положительный;

• если она стремится повернуть ПО часовой стрелке, то момент отрицательный.

Всю подготовительную информацию дал, теперь будем рассматривать конкретные примеры. И начнём с простейшей расчётной схемы балки.

Определение реакций для двухопорной балки

Возьмём балку, загруженную посередине сосредоточенной силой и опирающейся на шарнирно-неподвижную и шарнирно-подвижную опору:

Введём систему координат: направим ось x вдоль балки, а ось y вертикально. Обозначим реакции в опорах как H_A, R_A и R_B:

Для тех, кто пришёл сюда, ещё будучи на этапе изучения теоретической механики, а я знаю, таких будет много, важно отметить, что в сопромате не принято указывать знаки векторов над силами.

В термехе же, в обязательном порядке, преподаватель от тебя настойчиво будет требовать указывать знак вектора над всеми силами, вот так:

Условия равновесия системы

Чтобы найти все реакции, нужно составить и решить три уравнения — уравнения равновесия:

Данные уравнения являются условиями равновесия системы. А так как мы предполагаем, что опоры обеспечивают это состояние равновесия (удерживают балку). То составив и решив уравнения равновесия — найдём значения опорных реакций.

Первое уравнение называется уравнением проекций — суммой проекций всех сил на координатную ось, которая должна быть равна нулю. Два других уравнения называются уравнениями моментов — суммами моментов всех сил относительно точек, которые должны быть равны нулю.

Уравнения равновесия

Как видишь, чтобы научиться находить реакции опор, главное — научиться правильно составлять уравнения равновесия.

Уравнение проекций

Запишем первое уравнение — уравнение проекций для оси x.

В уравнении будут участвовать только те силы, которые параллельны оси x. Такая сила у нас только одна — H_A. Так как H_A направлена против положительного направления оси x, в уравнение её нужно записать с минусом:

Тогда H_A будет равна:

Поздравляю, первая реакция найдена!

Уравнения моментов

А теперь самое интересное…запишем уравнение моментов, относительно точки A, с учётом ранее рассмотренного правила знаков для моментов.

Так как сила F поворачивает ПО часовой стрелке, записываем её со знаком «МИНУС» и умножаем на плечо.

Так как сила R_B поворачивает ПРОТИВ часовой стрелки, пишем её со знаком «ПЛЮС» и умножаем на плечо. И, наконец, всё это приравниваем к нулю:

Из полученного уравнения выражаем реакцию R_B:

Вторая реакция найдена! Третья реакция находится аналогично, но только теперь уравнение моментов записываем относительно другой точки:

Проверка правильности найденных опорных реакций

Чем хороши задачи на определение реакций, так это тем, что правильность расчёта реакций легко проверить. Для этого достаточно составить дополнительное уравнение равновесия, подставить все численные значения и если сумма проекций сил или сумма моментов будет равна нулю, то и реакции, значит, найдены — верно, а если нет, то ищем ошибку.

Составим дополнительное уравнение проекций для оси y и подставим все численные значения:

Как видишь, реакции опор найдены правильно.

Определение реакций опор для балки с распределенной нагрузкой

Теперь рассмотрим балку, загруженную распределенной нагрузкой:

Перед тем как посчитать реакции опор, распределенную нагрузку нужно «свернуть» до сосредоточенной силы. Если умножить интенсивность q на длину участка, на которой действует нагрузка, получим силу Q. Сила Q будет находиться ровно посередине балки, как и сила F в нашем первом примере:

Подробно комментировать нахождение реакций в опорах здесь, не буду. Просто приведу решение:

Расчёт реакций для консольной балки

Давай рассмотрим теперь пример с жёсткой заделкой – консольную балку. Заодно посмотрим, как учесть силу, приложенную под углом (α = 30^°).

Силу, направленную под определённым углом, нужно разложить на две составляющие – горизонтальную и вертикальную. А их значения найти из силового треугольника:

Покажем реакции в заделке и выполним расчёт:

Для этой задачи выгоднее использовать другую форму условий равновесия:

А выгодна она тем, что из каждого записанного уравнения будем сразу находить реакцию:

Не пугайся отрицательного значения реакции! Это значит, что при указании реакции, мы не угадали с её направлением. Расчёт же показал, что M_A, направлена не по часовой стрелке, а против.

В теоретической механике, когда реакции получают с «минусом» обычно не заморачиваются и не меняют их направление на схеме, так и оставляют в ответе отрицательное значение, оговаривая, что да реакция найдена, но с учётом знака, на самом деле направлена в другую сторону. Потому что найденные реакции в задачах на статику, являются конечной точкой расчёта.

У нас же, в сопромате после нахождения опорных реакций, всё только начинается. Найдя реакции, мы всего лишь находим ВСЕ силы действующие на элемент конструкции, а дальше по сценарию стоит задача определить внутренние усилия, возникающие в этом элементе, расчёты на прочность и т. д. Поэтому на схеме, обязательно следует указывать истинное направление реакций. Чтобы потом, когда будут рассчитываться внутренние усилия ничего не напутать со знаками.

Если получили отрицательное значение, нужно отразить это на схеме:

С учётом изменений на схеме реакция будет равна:

Сделаем проверку, составив уравнение равновесие, ещё не использованное – сумму моментов относительно, скажем, точки B, которая, при правильном расчёте, конечно, должна быть равна нулю:

Если не менять направление реакции, то в проверочном уравнении нужно учесть этот «минус»:

Можешь посмотреть еще один пример, с похожей схемой, для закрепления материала, так сказать.

Реакции опор для плоской рамы

Теперь предлагаю выполнить расчёт плоской рамы. Для примера возьмём расчётную схему, загруженную всевозможными видами нагрузок:

Проводим ряд действий с расчетной схемой рамы:

• заменяем опоры на реакции;
• сворачиваем распределенную нагрузку до сосредоточенной силы;
• вводим систему координат x и y.

Выполняем расчёт реакций опор:

Меняем направление реакции R_A:

В итоге получили следующие реакции в опорах рамы:

Осталось проверить наши расчеты! Для этого предлагаю записать уравнение моментов, относительно точки B. И если, эта сумма будет равна нулю, то расчет выполнен верно:

Как видим, расчет реакций выполнен правильно!

При расчетах в теоретической механике встречается такое понятие как нагрузка. Она может распределяться вдоль заданной поверхности, согласно определенному закону.

В качестве простейшего примера распределенных сил, которые лежат в одной плоскости выступает равномерно-распределенная нагрузка. Такую систему распределенных сил характеризует интенсивность $q$ с постоянной величиной — значение силы на единицу длины для нагруженного участка.

Статистические расчеты заменяют такую систему параллельных сил равнодействующей $Q$, согласно формуле:

$Q = qЧ_a$

Для сил, распределенных вдоль заданного отрезка, согласно линейному закону, интенсивность $q$ будет представлять переменную величину. Такая величина изменяется от нулевого до максимально возможного значения $q_m$. По модулю равнодействующая $Q$ таких сил будет равной площади заданного треугольника. Для этой силы линия действия будет проходить через центр тяжести треугольника:

$Q = 0,5Чq_mЧ_a$

Понятие нагрузки в теоретической механике

В качестве одного из важнейших понятий в теоретической механике выступает нагрузка. Она является мерой механического взаимодействия тел и становится определяющей для интенсивности и направления такого взаимодействия.

Механическим называется такое взаимодействие двух тел, которое способно изменять их кинематическое состояние.

Для классификации нагрузок в теоретической механике важное значение имеют такие понятия, как сила и момент (пара сил).

Силу определяют три элемента: числовое значение (модуль), точка приложения и направление. Изображением силы выступает вектор. Прямая, по которой такая сила направляется, выступает в качестве линии действия силы. Единицей силы в СИ считается ньютон (н).

Момент силы относительно определенной точки на плоскости — это произведение модуля заданной силы и ее плеча относительно такой точки. Формула может быть рассчитана со знаком минус или плюс:

$M = Fd$

$M = – Fd$

Плечом для силы $F$ относительно точки $О$ будет называться длина перпендикуляра, проведенного из этой точки к линии действия силы. Точку $О$ при этом называют центром момента.

«Нагрузка в теоретической механике» 👇

Момент силы в отношении точки $О$ окажется положительным при стремлении силы $F$ развернуть плоскость чертежа вокруг нее в сторону против часовой стрелки, и отрицательным – если по часовой.

Пара сил характеризуется системой двух равнозначных по модулю, противоположно направленных и параллельных сил $F_1$ и $F_2$. Плечом пары считается расстояние $d$ между линиями действия сил, которые составляют пару.

Классификация нагрузок в теоретической механике

Статистические нагрузки или остаются неизменными со временем или изменяются достаточно медленно. При действии таких нагрузок производится расчет прочности. Повторно-переменный вид нагрузок характеризуется многократным изменением только значения или еще дополнительно знака. Действие такого типа нагрузок провоцирует усталость металла.

Динамические нагрузки характеризуются изменением своего значения за короткий промежуток времени, способствуют большим ускорениям, вызывают силы инерции и провоцируют внезапное разрушение конструкции. В зависимости от способа приложения, нагрузки бывают: сосредоточенные или распределенные по поверхности.

Замена распределенного типа нагрузки на сосредоточенную не требуется, если производятся расчеты реальных деформируемых тел. В сопротивлении материалов аксиомы теоретической механики применяются ограниченно. Не допускается:

• перенос пары сил в иную точку детали;
• перемещение сосредоточенной силы вдоль линии действия;
• замена системы сил равнодействующей, когда определяются перемещения.

Все вышеперечисленные действия способствуют изменению распределения внутренних сил в конструкции.

Распределенная и сосредоточенная нагрузка

В реальности зачастую встречаются силы, которые приложены не к самой точке, а к поверхности или объему тела. Речь может идти о силе тяжести, например, или давлении ветра. Нагрузка будет в таком случае восприниматься не бесконечно малой площадкой, а значительной площадью или объемом тела. Эти силы называются распределенными. Распределенная нагрузка с постоянной интенсивностью по всей длине участка считается равномерно распределенной

Примером такой нагрузки может быть снег, выпавший на крышу дома. Своей силой тяжести снежный покров оказывает давление на всю поверхность крыши, в равной степени нагружая при этом каждую единицу ее площади, а не отдельно взятую точку.

Распределенная нагрузка с постоянной интенсивностью может заменяться сосредоточенной силой: $Q = ql$

Как определить реакции в опорах?

Автор: Константин Вавилов · Опубликовано 03.02.2016 · Обновлено 15.05.2018

Привет! В этой статье, предлагаю поговорить о реакциях опор, еще известных как опорные реакции. Для успешного освоения курса – «сопротивление материалов», каждый студент должен уметь определять реакции в опорах, и этому уделяют особое внимание на термехе. А курс термеха, по традиции, читают до сопромата. Для тех, кто проспал механику на первом курсе, я подготовил данную статью, чтобы каждый желающий мог приобрести навыки по расчету опорных реакций.

Что такое реакция опоры?

Реакция опоры – это та сила, которая возникает в опоре от действия внешней нагрузки. В зависимости от конструкции опоры и ее назначения, в ней может появляться разное количество реакций, это может быть как сила, так и момент.

В начале этой статьи, расскажу о том, что должен уже уметь читатель, для успешного освоения данного урока. Если у Вас есть проблемы по поднятым вопросам на старте статьи, переходите по ссылкам на другие материалы на нашем сайте, после чего возвращайтесь к нам на чай реакции. Во второй части статьи, посмотрим, как вычисляются реакции на простейшем примере – балки, загруженной по центру сосредоточенной силой. Тут я покажу, как пользоваться уравнениями равновесия статики, как их правильно составлять. Дальше по плану, научу учитывать распределенную нагрузку, на примере той же балки. И завершать данный урок, будет пример определения реакций для плоской рамы, загруженной всевозможными типами нагрузок. Где применим уже все фишки, о которых я буду рассказывать по ходу урока. Что же, давайте начнем разбираться с реакциями!

Что вы должны уже уметь?

В этом блоке статье, я расскажу, как и обещал, что Вы должны УЖЕ уметь, чтобы понять то, что я буду докладывать дальше, про реакции опор.

Должны уметь находить сумму проекций сил

Да, это то, что Вам когда-то рассказывали на термехе, как собственно, и опорные реакции. Если Вы шарите немного в этих проекциях, то можете смело переходить к следующему пункту. Если же нет, то специально на этот случай, у меня есть другая статья, про проекции сил. Переходите, просвещайтесь, после чего, обязательно, возвращайтесь сюда!

Должны уметь составлять сумму моментов относительно точки

Немного теории! Познакомимся для начала с самим понятием момент силы. Момент силы — это произведение силы на плечо. Где плечо — это кратчайшее расстояние от точки до силы, то есть перпендикуляр. Проиллюстрирую написанное:

На изображении показано, как определить момент силы F, относительно точки O.

Так же, для моментов, нужно задаться каким-то правилом знаков. Сила относительно точки может поворачивать как по часовой стрелке, так и против нее. Я в своих уроках буду придерживаться такого правила:

• Если сила относительно точки крутит ПРОТИВ часовой стрелке, то момент положительный.
• Если она крутит ПО часовой стрелки, то соответственно момент отрицательный.

Причем, это правило условно! Какое правило Вы будете использовать совсем не важно, результат получите тот же самый. В теоретической механике, к примеру, делают также как я рассказываю.

Должны разбираться в основных видах опор

Теперь поговорим о самих опорах. В этой статье, будем работать с двумя типами опор: шарнирно-подвижной и шарнирно-неподвижной.

Шарнирно-подвижная опора препятствует вертикальному перемещению элементу конструкции, в связи с чем, в ней, под действием внешней нагрузки возникает вертикальная реакция. Обозначают ее обычно как R_i, где i — точка крепления опоры.

Шарнирно-неподвижная опора имеет две реакции: вертикальную и горизонтальную. Так как препятствует перемещению в этих двух направлениях.

Вообще-то способов закрепления элементов конструкций и их условных обозначений достаточно много, но в рамках этой статьи их рассматривать не будем.

Примеры определения сил реакций опор

Вроде, всю подготовительную информацию дал, теперь будем рассматривать конкретные примеры. И начнем с простейшей расчетной схемы балки.

Определение реакций опор для балки

Возьмем балку на двух опорах, длиной 2 метра. Загрузим ее, посередине пролета, сосредоточенной силой:

Для этой расчетной схемы, выгодно записать такое условие равновесия:
То есть, будем составлять две суммы моментов относительно опорных точек, из которых можно сразу выразить реакции в опорах. В шарнирно-неподвижной опоре горизонтальная реакция будет равна нулю, ввиду того, что горизонтальные силы отсутствуют. Последним уравнением, взяв сумму проекций на вертикальную ось, сможем проверить правильность нахождения опорных реакций, это сумма должна быть равна нулю.

Введем систему координат, пустим ось х вдоль балки, а ось y вертикально. Обозначим реакции в опорах как R_A и R_B:

Запишем уравнение моментов, относительно точки А. Сила F поворачивает ПО часовой стрелки, записываем ее со знаком МИНУС и умножаем на плечо. Сила R_B поворачивает ПРОТИВ часовой стрелки, пишем ее со знаком ПЛЮС и умножаем на плечо. Все это приравниваем к нулю:

Из полученного уравнения выражаем реакцию R_B.

Первая реакция найдена! Вторая реакция находится аналогично, только теперь уравнение моментов записываем относительно другой точки:

После нахождения реакций, делаем проверку:

Определение реакций опор для балки с распределенной нагрузкой

Теперь рассмотрим балку, загруженную распределенной нагрузкой:

Перед тем как посчитать реакции опор, распределенную нагрузку нужно свернуть до сосредоточенной силы. Если умножить интенсивность q на длину участка, на которой действует нагрузка, получим силу Q. Сила Q будет находиться ровно посередине балки, как и сила F в нашем первом примере:

Подробно комментировать нахождение реакций в опорах здесь, не буду. Просто приведу решение:

Определение опорных реакций для плоской рамы

Теперь, после освоения азов по расчету реакций, предлагаю выполнить расчет плоской рамы. Для примера, возьмем раму, загруженную всевозможными видами нагрузок:

Проводим ряд действий с расчетной схемой рамы:

• заменяем опоры на реакции;
• сворачиваем распределенную нагрузку до сосредоточенной силы;
• вводим глобальную систему координат x и y.

Для такой расчетной схемы, лучше использовать следующую форму условий равновесия:

Составив первое уравнение, относительно точки A, сразу найдем реакцию в опоре B:

Записав второе уравнение, сумму проекций на ось х, найдем горизонтальную реакцию H_A:

И, наконец, третье уравнение, позволит найти реакцию R_A:

Не пугайтесь отрицательного значения реакции! Это значит, что при отбрасывании опоры, мы не угадали с направлением этой силы.

Расчет же показал, что R_A, направленна в другую сторону:

В итоге, получили следующие реакции в опорах рамы:

Осталось проверить наши расчеты! Для этого предлагаю записать уравнение моментов, относительно точки B. И если, эта сумму будет равна нулю, то расчет выполнен верно:

Как видим, расчет реакций выполнен правильно!

На этом заканчиваю данный урок. Если у Вас остались какие-то вопросы по нахождению опорных реакций, смело задавайте их в комментариях к этой статье. Обязательно на все отвечу!

Спасибо за внимание! Если понравилась данная статья, расскажите о ней своим одногруппникам, не жадничайте

Также рекомендую подписаться на наши соц. сети, чтобы быть в курсе обновлений материалов проекта.

Сопромат для чайников, основные расчетные формулы

Итак, давайте разбираться, зачем понадобилось ломать школьную линейку, оставляя детей без школьных принадлежностей, и чем это может нам помочь. Пришло время добавить к наглядности несколько формул, тут все будет почти так же просто и понятно, как и в первой части сопромата для чайников, но понадобятся знания математики на уровне 4-5 классов и начальные знания по геометрии.

4. Реакции опор.

Мы выяснили, впрочем, это и без нас было известно, что у всего есть предел. За пределом у человека — смерть, у строительной конструкции — разрушение, но за жизнь сражаются все. Когда мы давили на линейку пальцем в одном из мест, где линейка опиралась на книги, победить линейку нам не удалось и мы своим пальцем чувствовали, как линейка упиралась, но не прогнулась ни на миллиметр. Причем, чем сильнее мы давили на линейку, тем сильнее она упиралась, при этом сила, с которой мы давили на линейку была сравнима с силой отпора.

В реальном мире все очень сложно — любое вещество, даже очень простое, устроено очень непонятно. Одни вещества состоят из атомов, соединенных в кристаллическую решетку, при этом материал может быть монокристаллическим или поликристаллическим. В других веществах атомы входят в состав молекул, которые могут быть и простыми и очень сложными. Но между всеми этими атомами или молекулами существует строгая связь. Все эти атомы и молекулы держатся на определенном природой расстоянии и когда мы давим пальцем на линейку, то мы пытаемся уменьшить расстояние между атомами или молекулами, а молекулы да атомы этого не хотят и сопротивляются, говоря научным языком возникает напряжение, т.е. расстояние между атомами или молекулами уменьшается, но если палец убрать, то атомы и молекулы вернутся на свои места.

Мало того, когда мы давим на линейку, деформации возникают не только в веществе линейки, но и книги, в том месте где на книгу опирается линейка , в веществе стола, на котором лежат книги и так далее, до самого земного ядра. Кстати говоря, для некоторых веществ термин напряжение можно понимать буквально — этот эффект положен в основу работы пьезоэлементов, но не будем отвлекаться. Так вот когда мы давим пальцем на линейку в точке опоры, то часть энергии переходит в упругие деформации, часть в неупругие деформации, часть в нагрев вещества, еще какая-то часть в звуковые колебания и так далее, одним словом процесс сложный, но вот за что я люблю строительную механику, так это за то, что в строймехе все просто, потому как строительная механика придумана не для того, чтобы усложнять нам жизнь, а чтобы жизнь и, в частности, расчет строительных конструкций, упрощать.

В строительной механике этот сложный комплекс событий называется реакцией опоры. Считается, что когда мы прикладываем силу (сосредоточенную нагрузку) на опоре (см. рис.4.1), то возникает реакция опоры, численно равная приложенной нагрузке и направленная противоположно — красота! Таким образом, если мы приложили на опоре нагрузку 1 Ньютон, то на опоре возникает реакция тоже 1 Ньютон, при этом на второй опоре никакой нагрузки нет, поэтому и реакция опоры равна 0. Такое допущение позволяет заменить опоры, точнее опорные связи, реактивными силами — реакциями опор. Для простоты восприятия можно измерять силы в килограмм-силах, 1 кгс ≈ 10 Н (если быть более точным, то 1 кгс = 9.81 Н). И теперь, если рассматривать балку висящей в воздухе, то для того, чтобы балка не падала, другими словами находилась в состоянии статического равновесия, достаточно в одной точке приложить к балке две равные по значению, но противоположно направленные силы.

Рисунок 4.1. Замена опорных связей реактивными силами — опорными реакциями.

5. Уравнения статического равновесия (проекции сил).

Вроде все просто, но на самом деле мы воспользовались всеми основными аксиомами статики:

1. При всяком воздействии одного тела на другое тело в другом теле возникает противодействие, равное по значению воздействию, но направленное противоположно. В данном случае противодействие — это реакция опоры.

2. Механическое состояние тела не изменится, если освободить тело от связей и приложить к тем же точкам тела силы, равные действовавшим на них силам реакций связей. В данном случае мы заменили опоры опорными реакциями.

3. Если тело под воздействием системы сил находится в состоянии равновесия (покоя) или продолжает двигаться с постоянной скоростью, то такая система сил, является уравновешенной.

Таким образом мы можем составить первых два уравнения, удовлетворяющие условиям статического равновесия системы:

∑_у = Q — R_лев — R_пр = 0 (5.1) — для сил, действующих вдоль оси у.

∑_х = 0 (5.2) — для сил (которых в данном случае нет), действующих вдоль оси х.

Примечание: так как горизонтальных сил в данном случае нет, то и горизонтальная опорная реакция R H _лев = 0, при замене опорных связей на реактивные силы не показана для упрощения восприятия.

Всех нас в школе учили, что ось х проходит горизонтально, а ось у — вертикально, нарушать эту традицию не будем (хотя принципиального значения это не имеет). Так как реакция на правой опоре равна нулю, то получается, что реакция на левой опоре равна действующей силе, оказывается — это тоже одна из аксиом статики:

4. Две силы, приложенные к некоему телу, считаются уравновешенными тогда и только тогда, когда они равны по величине и действуют по одной прямой в противоположные стороны.

5. Не нарушая равновесного состояния тела, к нему можно приложить или отнять от него любую уравновешенную систему сил.

4.1. Определение опорных реакций.

Теперь немного усложним задачу. Наша линейка (то есть балка) лежит на двух опорах и когда мы давим на линейку пальцем между опорами, а говоря по-научному, прикладываем сосредоточенную нагрузку, то реакция возникает на обеих опорах. Так как статическое равновесие системы мы можем наблюдать даже и невооруженным глазом, то логично предположить, что суммарная реакция опор численно равна приложенной нагрузке. Определить значение реакций опор можно простым графическим методом (по линиям влияния):

Рисунок 5.2. Графическое отображение изменения реакций опор в зависимости от расстояния приложения нагрузки.

Если у нас нагрузка Q = 1 кгс приложена на левой опоре, то реакция на левой опоре (на графике обозначена синим цветом) будет R_лев = 1 кгс, а на правой опоре R_пр = 0 кгс. Если соединить эти значения, то мы получим прямоугольный треугольник, у которого нижний катет — это длина балки, второй катет — это реакция на опоре, к которой приложена нагрузка, гипотенуза в данном случае показывает изменение реакции опоры по длине балки, эта линия и называется линией влияния. Если изобразить то же самое для реакции на правой опоре, то мы получим точно такой же треугольник, но для наглядности изобразим его перевернутым. В итоге мы получили обычный прямоугольник из двух прямоугольных треугольников, но на самом деле это магический прямоугольник (номограмма), который без особых расчетов позволяет определить реакцию на любой опоре в зависимости от точки приложения нагрузки:

Рисунок 5.3. Графическое определение реакций опор.

Например, расстояние между книгами 20 см. Это значит, что расстояние между опорами (пролет нашей балки) — 20 см, а в общем случае l. Длина балки измеряется по оси х. Если приложить сосредоточенную нагрузку на некотором расстоянии от левой опоры, обозначим его литерой а, то значение реакции левой опоры будет равно длине отрезка, проведенного перпендикулярно длинному катету синего треугольника, а значение реакции правой опоры — это длина отрезка, проведенного перпендикулярно длинному катету красного треугольника. В сумме они составляют единицу, так как мы принимали значение нагрузки равное 1.

Определить реакцию опор можно и математическими формулами, описывающими пропорциональность прямоугольных треугольников: Если нагрузка приложена на расстоянии а от опоры при общей длине балки l, то реакция на правой опоре будет:

R_пр = В = Qа/l (4.1)

а реакция на левой опоре будет:

R_лев = А = Q(l — а)/l (4.2)

Конечно при расчетах все пользуются формулами, но наглядность треугольников нам еще пригодится.

При определении реакции опор от действия распределенной нагрузки, сначала определяется равнодействующая сила, т.е. распределенная нагрузка сводится к сосредоточенной, а потом определяются реакции опор в зависимости от точки приложения сосредоточенной нагрузки. Если распределенная нагрузка является равномерно распределенной и приложена по всей длине балки, то реакции опор будут А = В = ql/2. Как определить реакции опор в других случаях, надеюсь, станет понятно из дальнейшего описания.

6. Уравнения изгибающего момента, третье уравнение статического равновесия системы

Если мы положим 20 см линейку на книги и надавим пальцем посредине, то линейка прогнется на некоторое расстояние, если мы возьмем 40 см линейку такого же сечения и из такого же материала, обопрем ее на книги, уложенные на расстоянии 40 см, и приложим к линейке точно такую же нагрузку, то расстояние, на которое прогнется линейка, будет больше, в чем же дело? ведь ни нагрузка, ни материал балки, ни сечение балки не изменились, изменилась только длина балки.

Строительная механика это чудо объясняет так: силы, действующие на балку, это одно, а вот изгибающий момент, возникающий в рассматриваемом поперечном сечении при действии силы — это совсем другое.

Все мы помним Архимеда и его радость при открытии принципа рычага, так вот этот принцип действует везде, суть его сводится к следующему: чем больше рычаг, тем меньшую силу можно приложить для совершения одной и той же работы.

В теоретической и строительной механике используется понятие плечо силы, как более корректное, таким образом считается, что внутренние напряжения, возникающие в поперечном сечении балки под действием нагрузки, прямо пропорциональны плечу действующей силы. А это значит, что реакции опоры — это силы которые пытаются изогнуть балку, при этом точка опоры рычага — это наша сосредоточенная нагрузка. Такое изменение значения момента в зависимости от плеча силы в математике называется изменением значения функции в зависимости от переменной х, таким образом получается, что значение момента в любой точке нашей балки можно описать уравнением М = Рx. Формула вроде бы не сложная, но очень важная.

Получается, что на участке балки от начала до точки приложения силы Q на балку действует только одна сила — реакция опоры R_лев (для простоты реакции на опорах часто обозначаются большими буквами, так как опор бывает много, крайнюю левую опору принято обозначать — «А«) и тогда уравнение момента на этом участке будет выглядеть:

М = Ах (0≤ х 7. Балка на двух шарнирных опорах.

7.1. Для балки, на которую действует сосредоточенная нагрузка посредине балки, определить изгибающий момент в любой точке поперечного сечения на левом участке балки проще простого: нужно умножить реакцию одной из опор на расстояние от этой опоры до точки приложения нагрузки (на участке балки от х=0 до х= l/2). В математическом выражении это будет выглядеть так:

М=(Q/2)x (7.1)

Так как в данном случае реакция каждой из опор равна половине от действующей нагрузки. Максимальное значение изгибающего момента также будет посредине, т.е. на расстоянии l/2 от начала балки и будет составлять:

M=(Q/2)(l/2) = Ql/4 (7.2)

Полное уравнение моментов, на участке где l/2 2 /8 (7.4)

Вывести данную формулу в общем-то несложно. Распределенная нагрузка рассматривается как очень много сосредоточенных нагрузок, приложенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Далее для каждой нагрузки можно построить свою эпюру изгибающих моментов, а потом эти эпюры сложить или сразу строить эпюру, учитывающую действие сосредоточенных нагрузок. Чем больше будет сосредоточенных нагрузок, тем менее ломаным будет низ эпюры. Чтобы каждый раз не рисовать огромное количество эпюр используется интегральное вычисление, для этого его и придумали. Так как у нас на правой или на левой половине балки действуют две силы: реакция опоры и распределенная нагрузка, то значение изгибающего момента в некотором поперечном сечении балки можно определить, решив уравнение:

М = (ql/2)х — (qх)х/2 (7.4.а)

в данном случае значение распределенной нагрузки сначала сводится к сосредоточенной нагрузке, действующей на некотором участке х, а затем умножается на плечо силы х/2. Таким образом посредине балки значение изгибающего момента будет составлять:

М = (ql/2)l/2 — (ql/2)l/(2·2) = ql 2 /4 — ql 2 /8 = ql 2 /8 (7.4.b)

В математике такая операция называется интегрированием уравнения в пределах от 0 до l/2. А это значит, что сосредоточенная нагрузка, действующая на балку, это производная изгибающего момента. Если еще раз посмотреть на построенные нами эпюры, то мы увидим, что, действительно, значение максимального изгибающего момента (посредине балки) равно площади прямоугольника эпюры «Q» (рисунок 7.1) или площади треугольника эпюры «Q» (рисунок 7.2). Кроме того сосредоточенная нагрузка — это производная равномерно распределенной нагрузки и таким образом равномерно распределенная нагрузка — это вторая производная изгибающего момента, а в свою очередь изгибающий момент — это вторая производная от величины прогиба балки (первая производная от величины прогиба — это угол поворота), и, значит, что все эти эпюры сил, моментов, углов поворотов и прогибов конструкции (здесь не приводятся) тесно связаны между собой, но не будем углубляться в теорию, хотя для меня в свое время это было чуть ли не первое наглядное применение совершенно абстрактных в школьную пору интегралов и производных. Вот такая математика.

Пример расчета балки на действие равномерно распределенной нагрузки по всей длине балки приводится отдельно. Если неравномерно распределенная нагрузка действует не по всей длине балки, то вам сюда.

Конечно же, вариантов нагрузок, приложения нагрузок, количества опор, видов опор и, соответственно, вариантов построения эпюр — великое множество (а ведь есть еще и статически неопределимые балки), но для решения простых задач по расчету строительных конструкций в подробном рассмотрении других вариантов нет необходимости, хотя еще один пример все же приведу (для более логичного перехода к следующим положениям сопромата).

8. Консольная балка.

Если взять ту же линейку, один конец линейки всунуть между книгами, а лучше между кирпичами, а второй конец оставить на весу, то мы получим модель консольной балки. Особенность консольной балки в том, что у нее только одна опора, причем жесткое защемление не позволяет балке свободно вращаться вокруг этой опоры. Так как опора только одна, то где бы мы ни приложили нагрузку к балке реакция опоры всегда будет равна приложенной нагрузке. Если мы как и в случае с балкой на шарнирных опорах попробуем убрать опору, заменив ее реакцией, то условие равновесия системы не будет соблюдаться, две равные по значению, противоположно направленные силы, не лежащие на одной прямой, будут вращать балку вокруг некоторой точки «о»:

Рисунок 8.1. Возникновение вращающего момента при приложении равных сил в разных точках.

Как видно из рисунка 8.1 и понятно из описания природы момента, чем больше расстояние между точками приложения сил, тем больше будет вращающий момент. Чтобы соблюсти условие равновесия системы нам необходимо приложить к балке другой вращающий момент, т.е. еще одну пару сил, которая будет пытаться вращать балку в противоположную сторону.

Изгибающий момент, возникающий на жесткой опоре консольной балки при действии сосредоточенной нагрузки:

M = -Qx (8.1)

Изгибающий момент, возникающий на жесткой опоре консольной балки при действии распределенной нагрузки по всей длине балки:

M = -(ql)l/2 = -ql 2 /2 (8.2)

На схеме это можно изобразить с помощью условного обозначения изгибающего момента (известного нам из первой части), но нас сейчас интересует конкретика. Так как балка у нас имеет вполне осязаемые высоту и ширину, то логично было бы приложить эти силы к балке, или, выражаясь более точно, к поперечному сечению балки и тут даже глазом, невооруженным сопроматом, видно, что чем больше высота балки, тем меньшие силы можно прикладывать к самому верху и к самому низу балки, чтобы значение момента было одинаковым:

Рисунок 8.2. Увеличение значения сил при уменьшении высоты балки при одинаковом вращающем моменте.

При этом верхняя сила пытается балку растянуть, а нижняя сила пытается балку сжать. Вроде бы ничего сложного тут нет, все достаточно просто и понятно, но на самом деле мы открыли самую главную тайну сопромата:

Изгибающий момент, действующий на любую строительную конструкцию в некоторой точке, можно рассматривать как пару сил, действующих на поперечное сечение балки в этой точке.

9. Метод сечений

Такой подход позволяет нам при решении задач рассматривать не всю балку, а только ее часть, заменив отсутствующую часть парой сил, действующих на поперечное сечение балки. Так, например, мы могли бы не рассматривать всю балку (рисунок 7.2), а только правую половину, заменив левую половину моментом или парой сил.

А если в рассматриваемом поперечном сечении действуют касательные напряжения, определяемые по эпюре поперечных сил, и(или) нормальные напряжения, определяемые по эпюре нормальных сил, то для того, чтобы отсеченная часть балки находилась в равновесии, мы должны все эти нагрузки приложить к рассматриваемому поперечному сечению.

В этом и состоит суть метода сечений:

• При решении задач мы рассматриваем не всю балку, а только ее часть, отсеченную поперечным сечением.
• Чтобы эта часть оставалась в состоянии статического равновесия, мы должны приложить в рассматриваемом поперечном сечении внешние силы.
• Внутренние напряжения, возникающие в рассматриваемом поперечном сечении — это реакция материала на действие внешних сил.

Таким образом, решая перечисленные выше уравнения, мы определяем значения внешнего изгибающего момента и теперь пришло время узнать, какой же будет на это реакция материала.

В данном случае мы приложили силы к самому верху и к самому низу балки (рисунок 8.2), но мы можем прикладывать эти силы в любых точках поперечного сечения балки, главное чтобы не изменялось значение внешнего момента. Сосредоточенные силы можно заменить распределенной нагрузкой, которая будет создавать такой же изгибающий момент, причем значение распределенной нагрузки может изменяться в зависимости от высоты балки и графически может быть обозначено так:

Рисунок 8.3. Изменение распределенной нагрузки по высоте балки.

Почему распределение нормальных напряжений по высоте поперечного сечения балки имеет такой странный вид, мы сейчас и узнаем.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Категории:

• Расчет конструкций . Основы строймеха и сопромата . Базовые понятия

Оценка пользователей:
9.4 (голосов: 32)

Переходов на сайт:
185229

Комментарии:

Низкий вам поклон за доступно изложенные материалы по сопромату!)
В институте курил бамбук и как-то не до сопромата было, курс выветривался в течение месяца)))
Сейчас работаю архитектором-проектировщиком и постоянно встаю в тупик при необходимости в расчетах, зарываюсь в жиже формул и разных методик и понимаю что упустил азы..
Читая Ваши статьи в голове постепенно наводится порядок — все наглядно и очень доступно!

спасибо вам человек!!))
у мня 1 единственыый вопрос если максимальная нагрузка на 1 м равен 1 кг*м то на 2 метра ?
2 кг*м или 0,5кг*м.

Если имеется в виду распределенная нагрузка на погонный метр, то распределенная нагрузка 1кг/1м равна распределенной нагрузке 2кг/2м, что в итоге все равно дает 1кг/м. А сосредоточенная нагрузка измеряется просто в килограммах или Ньютонах.

Формулы это хорошо! но как и какими формулами расчитать конструкцию для навеса а самое главное какой металл (профильную трубу) размером должен быть.

Если Вы обратили внимание, то данная статья посвящена исключительно теоретической части, а если Вы еще и проявите сообразительность, то без особого труда найдете примера расчета конструкций в соответсвующем разделе сайта: Расчет конструкций. Для этого достаточно перейти на главную страницу и найти там этот раздел.

Не во всех формулах описываются все учавствующие переменные ((
Так же есть путаница с обозначениями, сперва иксом обозначается расстояние от левой опы до приложенной силы Q, а двумя абзацами ниже иск это уже функция, потом выводятся формули и поехала путаница.

Как-то так получилось, что при решении различных математических задач используется переменная х. Почему? Х его знает. Определение реакций опор при переменной точке приложения силы (сосредоточенной нагрузки) и определение значения момента в некоторой переменной точке относительно одной из опор — это две разные задачи. Более того, в каждой из задач определяется переменная относительно оси х.
Если Вас это запутывает и Вы не можете разобраться в столь элементарных вещах, то ничего поделать не могу. Жалуйтесь в общество защиты прав математиков. А еще я бы на Вашем месте подал жалобу на учебники по строительной механике и сопромату, а то действительно, что это такое? Мало что ли букв и иероглифов в алфавитах?
И еще у меня к Вам встречный вопрос: Вы когда в третьем классе задачки на сложение-вычитание яблок решали, наличие х в десяти задачах на странице Вас тоже путало или как-то справлялись?

Я конечно понимаю, что это не труд какой-то оплачиваемый, но тем не менее. Если идёт формула, то под ней должно быть описание всех её переменых, у Вас же нужно это выискивыть сверху из контекста. А кое где и вообще нет и в контексте упоминания. Я отнюдь не жалуюсь. Я говорю о недостатках работы (за которую уже кстати Вас благодарил). Что касается переменных икс как функции и потом введении ещё одной переменной икс как отрезка, без указаний всех переменный под выводимой формулой вводит путаницу дело тут не в устоявшихся обозначениях, а в целесообразности ведения такого изложения материала.
Кстати вас арказм не уместен, потому как вы излагаете всё на одной странице и без указания всех переменных непонятно, что вы вообще имеете в виду. К примеру в программировании всегда указываются все перменные. Кстати если Вы делаете это всё для народа, то Вам не мешало бы узнать про то какой вклад в математику внёс Кисилёв как педагог, а не как математик, может тогда Вы поймёте о чём я говорю.

Мне кажется, Вы все-таки не совсем правильно понимаете смысл данной статьи и не берете в расчет основную массу читателей. Главная цель была — максимально простыми средствами донести до людей, не всегда имеющих соответствующее высшее образование, основные понятия, используемые в теории сопротивления материалов и строительной механике и зачем все это вообще нужно. Понятное дело, приходилось чем-то жертвовать. Но.
Правильных учебников, где все разложено по полочкам, главам, разделам и томам и описано по всем правилам, хватает и без моих статей. А вот людей, способных сходу разобраться в этих томах, не так уж и много. Во времена моего обучения две трети студентов не понимали смысла сопромата даже приблизительно, а что говорить о простых людях, занимающихся ремонтом или строительством и задумавших рассчитать перемычку или балку? А ведь мой сайт предназначен в первую очередь для таких людей. Я считаю, что наглядность и простота, намного важнее, чем буквальное соблюдение протокола.
Я думал о том, чтобы разбить эту статью на отдельные главы, но при этом необратимо теряется общий смысл, а значит и понимание, зачем это нужно.
Пример с программированием считаю некорректным, по той простой причине, что программы пишутся для компьютеров, а компьютеры по умолчанию тупые. А вот люди — другое дело. Когда жена или подруга говорит Вам: «Хлеб закончился», то Вы без дополнительных уточнений, определений и команд отправитесь в магазин, в котором обычно покупаете хлеб, купите там именно такой хлеб, который обычно покупаете, и именно столько, сколько обычно покупаете. При этом всю необходимую информацию для совершения данного действия Вы по умолчанию извлекаете из контекста предыдущего общения с женой или подругой, имеющихся привычек и других на первый взгляд малозначимых факторов. И при этом заметьте, Вы даже не получаете прямого указания купить хлеб. В этом и есть разница между человеком и компьютером.
Но в главном могу с Вами согласиться, статья не совершенна, как впрочем и все остальное в окружающем нас мире. А на иронию не обижайтесь, в этом мире слишком много серьезности, хочется иногда ее разбавить.

Добрый день!
Ниже формулы 1.2 приводится формула реакции опор для равномерной нагрузки по всей длине балки А=В=ql/2. Мне кажется, что должно быть А=В=q/2, или я чего-то не понимаю?

В тексте статьи все правильно, ведь равномерно распределенная нагрузка означает, какая нагрузка приложена на участке длины балки, и измеряется распределеннная нагрузкка в кг/м. Чтобы определить реакцию опроры, мы сначала находим, чему будет равна суммарная нагрузка, т.е. по всей длине балки.

Извините, все равно не понял :-), буду читать и думать дальше. Просто из формулы вытекает, что чем больше длина балки l (при неизменной нагрузке Q), тем больше реакция опор А и В. Или q и Q — не одно и тоже?

Q — это сосредоточенная нагрузка, какая бы длина балки ни была, значение реакций опор будет постоянным при постоянном значении Q. q — это нагрузка, распределенная по некоторой длине, и потому, чем больше длина балки, тем больше значение реакций опор, при постоянном значении q. Пример сосредоточенной нагрузки — человек, стоящий на мосту, пример распределенной нагрузки — собственный вес конструкций моста.

Вот оно! Теперь понятно. В тексте нет указания, что q — это распределенная нагрузка, просто появляется переменная «ку маленькая», это ввело в заблуждение

Разница между сосредоточенной и распределенной нагрузкой описывается в вводной статье, ссылка на которую в самом начале статьи, рекомендую ознакомиться.

Не понятно, зачем рассказывать азы сопромата тем, кто строит или проектирует. Если они в вузе не поняли сопромат у грамотных педагогов, то их и близко нельзя допускать до проектирования, а популярные статьи только еще больше их запутают, так как часто содержат грубые ошибки.
Каждый должен быть профессионалом в своей области.
Кстати, изгибающие моменты в приведенных выше простых балках должны иметь положительный знак. Отрицательный знак, проставленный на эпюрах, противоречит всем общепринятым нормам.

1. Далеко не все, кто строит, учились в ВУЗах. И почему-то такие люди, занимающиеся ремонтом в своем доме, за подбор сечения перемычки над дверным проемом в перегородке не хотят платить профессионалам. Почему? спросите у них.
2. Опечаток хватает и в бумажных изданиях учебников, но путают людей не опечатки, а слишком абстрагированное изложение материала. В данном тексте тоже, возможно, есть опечатки, но в отличие от бумажных источников они будут исправлены сразу после того, как будут обнаружены. А вот насчет грубых ошибок, вынужден вас огорчить, здесь их нет.
3. Если вы считаете, что эпюры моментов, построенные снизу оси должны иметь только положительный знак, то мне вас жаль. Во-первых, эпюра моментов достаточно условна и она лишь показывает изменение значения момента в поперечных сечениях изгибаемого элемента. При этом изгибающий момент вызывает в поперечном сечении как сжимающие так и растягивающие напряжения. Раньше было принято строить эпюру сверху оси, в таких случаях положительный знак эпюры был логичным. Затем для наглядности эпюру моментов стали строить так, как показано на рисунках, однако положительный знак эпюр сохранился по старой памяти. Но в принципе, как я уже сказал это не имеет принципиального значения для определения момента сопротивления. В статье по этому поводу сказано: «В данном случае значение момента считается отрицательным, если изгибающий момент пытается вращать балку по часовой стрелке относительно рассматриваемой точки сечения. В некоторых источниках считается наоборот, но это не более чем вопрос удобства». Впрочем объяснять это инженеру нет необходимости, лично я много раз сталкивался с различными вариантами отображения эпюр и никогда проблем это не вызывало. Но по всей видимости статью вы не читали, а ваши высказывания подтверждают, что даже основ сопромата вы не знаете, пытаясь подменить знание некими общепринятыми нормами, да еще и «всеми».

Уважаемый доктор Лом!
Вы невнимательно прочитали мое сообщение. Я говорил об ошибках в знаке изгибающих моментов «в приведенных выше примерах», а не вообще – для этого достаточно открыть любой учебник по сопротивлению материалов, технической или прикладной механике, для вузов или техникумов, для строителей или машиностроителей, написанный полвека назад, 20 лет назад или 5 лет. Во всех без исключения книгах правило знаков для изгибающих моментов в балках при прямом изгибе одно и то же. Это я и имел в виду, говоря об общепринятых нормах. А с какой стороны балки откладывать ординаты – это уже другой вопрос. Поясню свою мысль.
Знак на эпюрах ставят для того, чтобы определить направление внутреннего усилия. Но при этом необходимо договориться, какой знак – какому направлению соответствует. Эта договоренность и является так называемым правилом знаков.
Берем несколько книг, рекомендуемых в качестве основной учебной литературы.
1) Александров А.В. Сопротивление материалов, 2008, с. 34 – учебник для студентов строительных специальностей: «изгибающий момент считать положительным, если он изгибает элемент балки выпуклостью вниз, вызывая растяжение нижних волокон.». В приведенных примерах (во втором параграфе), очевидно, растягиваются нижние волокна, так почему знак на эпюре отрицательный? Или утверждение А. Александрова является чем-то особенным? Ничего подобного. Смотрим дальше.
2) Потапов В.Д. и др. Строительная механика. Статика упругих систем, 2007, с. 27 – вузовский учебник для строителей: «момент считается положительным, если он вызывает растяжение нижних волокон балки».
3) А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников. Строительная механика, 1986, с. 27 – широко известный учебник также для строителей: «при положительном изгибающем моменте верхние волокна балки испытывают сжатие (укорочение), а нижние – растяжение (удлинение);». Как видим, правило то же самое. Может быть у машиностроителей все совсем по другому? Опять же нет.
4) Г.М. Ицкович. Сопротивление материалов, 1986, с. 162 – учебник для учащихся машиностроительных техникумов: «Внешняя сила (момент), изгибающая эту часть (отсеченную часть балки) выпуклостью вниз, т.е. таким образом, что сжатые волокна находятся сверху, дает положительный изгибающий момент».
Список можно продолжить, но зачем? Любой студент, сдавший сопромат хотя бы на 4, это знает.
Вопрос, с какой стороны стержня откладывать ординаты эпюры изгибающих моментов, – это уже другое соглашение, которое может полностью заменить выше приведенное правило знаков. Поэтому при построении эпюр М в рамах знак на эпюрах не ставят, так как локальная система координат связана со стержнем, и меняет свою ориентацию при изменении положения стержня. В балках же все проще: это или горизонтальный или наклоненный под небольшим углом стержень. В балках эти два соглашения дублируют друг друга (но не противоречат при правильном понимании). И вопрос, с какой стороны откладывать ординаты, определялся не «раньше, а потом», как Вы пишите, а сложившимися традициями: строители всегда строили и строят эпюры на растянутых волокнах, а машиностроители – на сжатых (до сих пор!). Я бы мог объяснить, почему, но и так много написал. Если бы на эпюре М в приведенных задачах стоял знак «плюс», или вообще не стояло никакого знака (с указанием, что эпюра построена на растянутых волокнах – для определенности), то дискуссии вообще бы не было. А то, что знак М не влияет на прочность элементов при строительстве садового домика, так об этом никто и не спорит. Хотя и здесь можно выдумать особые ситуации.
Вообще, эта дискуссия не плодотворна в виду тривиальности задачи. Каждый год, когда ко мне приходит новый поток студентов, приходится им объяснять эти простые истины, или подправлять мозги, запутанные, что греха таить, отдельными преподавателями.
Отмечу, что из Вашего сайта я почерпнул и полезную, интересную информацию. Например, графическое сложение линий влияния опорных реакций: интересный прием, который не встречал в учебниках. Доказательство здесь элементарное: если сложить уравнения линий влияния, получим тождественно единицу. Наверное, сайт будет полезен умельцам, затеявшим строительство. Но все же, на мой взгляд, лучше пользоваться литературой, опирающейся на СНИП. Есть популярные издания, содержащие не только формулы сопромата, но и нормы проектирования. Там даны простые методики, содержащие и коэффициенты перегрузки, и сбор нормативных и расчетных нагрузок и др.

отличный сайт, спасибо вам! Будьте добры, подскажите, если у меня точечая нагрузка 500 Н каждые полметра на балке длиной 1.4 м, могу я рассчитывать как равномерно распределеную нагрузку в 1000 Н/м? и чему тогда будет равно q?

Владислав
в такой форме я принимаю вашу критику, но все равно остаюсь при своем мнении. Например, есть очень старый Справочник по технической механике, под редакцией акад. А.Н. Динника, 1949, 734 с. Конечно же данный справочник давно устарел и никто им сейчас не пользуется, тем не менее в этом справочнике эпюры для балок строились на сжатых волокнах, а не так, как принято сейчас, и на эпюрах проставлялись знаки. Именно это я и имел в виду, когда говорил «раньше — потом». Еще через 20-50 лет принятые ныне критерии определения знаков эпюр могут опять поменяться, однако сути это, как вы понимаете, не изменит.
Лично мне кажется, что отрицательный знак для эпюры, расположенной ниже оси, более логичен, чем положительный, так как с начальных классов нас учат, что все, что откладывается вверх по оси ординат — положительно, все что вниз — отрицательно. А ныне принятое обозначение — одно из многочисленных, хотя и не основных препятствий к пониманию предмета. Кроме того, у некоторых материалов расчетное сопротивление растяжению намного меньше расчетного сопротивления сжатию и потому отрицательный знак наглядно показывает опасную область для конструкции из такого материала, впрочем, это мое личное мнение. Но то, что ломать копья по этому вопросу не стоит — согласен.
Согласен я и с тем, что лучше пользоваться проверенными и утвержденными источниками. Более того, именно это я постоянно советую своим читателям в начале большинства статей и добавляю, что статьи предназначены только для ознакомления и ни в коем случае не являются рекомендациями по расчетам. При этом право выбора остается за читателями, взрослые люди должны сами прекрасно понимать, что они читают, и что с этим делать.

Anna
Точечная нагрузка и равномерно распределенная нагрузка — это все-таки разные вещи и окончательные результаты расчетов для точечной нагрузки напрямую зависят от точек приложения сосредоточенной нагрузки.
Судя по вашему описанию на балку действуют только две симметрично расположенные точечные нагрузки. В этом случае намного проще воспользоваться готовыми расчетными схемами (для этого перейдите по ссылке http://doctorlom.com/item173.html), чем переводить сосредоточенную нагрузку в равномерно распределенную.

я знаю как рассчитывать, спасибо, не знаю вот какую схему взять правильней, 2 нагрузки через 0,45-0,5-0,45м или 3 через 0,2-0,5-0,5-0,2м условие сая знаю как рассчитывать, спасибо, не знаю вот какую схему взять правильней, 2 нагрузки через 0,45-0,5-0,45м или 3 через 0,2-0,5-0,5-0,2м условие самые неблагоприятные положения, опора на концах.

Если вы ищете наиболее неблагоприятное положение нагрузок, к тому же их может быть не 2 а 3, то в целях надежности имеет смысл просчитать конструкцию по обоим указанным вами вариантам. Если навскидку, то вариант с 2 нагрузками представляется наиболее неблагоприятным, но как я уже говорил, желательно проверить оба варианта. Если запас прочности важнее точности расчета, то можете принять распределенную нагрузку 1000 кг/м и умножить ее на дополнительный коэффициент 1.4-1.6, учитывающий неравномерность распределения нагрузки.

спасибо большое за подказку, ещё один вопрос: а если указанная мной нагрузка будет приложена не на балку, а на прямоугольную плоскость в 2 ряда, кот. жестко защемлена с одной большей стороны посередине, как тогда будет выглядеть эпюра или как тогда считать?

Ваше описание слишком неопределенно. Я понял так, что вы пытаетесь рассчитать нагрузку на некий листовой материал, уложенный в два слоя. Что означает «жестко защемлена с одной большей стороны посередине» я так и не понял. Возможно вы имеете в виду, что опираться этой листовой материал будет по контуру, но что тогда означает посредине? Не знаю. Если листовой материал будет защемлен на одной из опор на небольшом участке посредине, то такое защемление вообще можно не учитывать и считать балку шарнирной. Если это однопролетная балка (не важно листовой это материал или профиль металлопроката) с жестким защемлением на одной из опор, то ее так и следует рассчитывать (см. статью «Расчетные схемы для статически неопределимых балок») Если это некая плита, опертая по контуру, то принципы расчета такой плиты можно посмотреть в соответствующей статье. Если листовой материал будет укладываться в два слоя и эти слои имеют одинаковую толщину, то расчетную нагрузку можно уменьшить в два раза.
Однако листовой материал помимо всего прочего следует проверить на местное сжатие от сосредоточенной нагрузки.

Огромное Вам спасибо! за все то, что вы делаете по простому разъяснению народу, основ расчета строительных конструкций. Мне это лично очень помогло при расчетах для себя лично, хотя у меня
и законченный строительный техникум и институт, а сейчас я пенсионер и уже давно не открывал учебников и СНиПов но пришлось вот вспомнить что в молодости когда то учил и уж больно заумно в основном там все изложено и получается взрыв мозгов, а тут стало все понятно, потому что заработали старые дрожжи и пошла закваска мозгов бродить в нужном направлении. Спасибо еЩе раз.
и

Какие усилия действуют на шарнирную балку с равнораспределенной нагрузкой?

вернулась я к вам, потому что ответа так и не нашла. Попробую объясниь понятнее. Это типа балкона 140*70 cм. Сторона 140 прикручена к стене 4 болтами посередине в виде квадрата 95*46mm. Само дно балкона состоит из перфорированного по центру(50*120) листа алюминиевого сплава и под низом приварены 3 прямоугольные полые профиля, кот. начинаются от точки крепления со стеной и расхoдятся в разные стороны одна паралельно боковой стороне, т.е. прямо, а две другие разные стороны, в углы противоположно закрепленой стороны По кругу есть бардюр 15 см высотой; на балконе могут находится 2 человека по 80 кг в самых неблагоприятных положениях + равнораспределеная нагрузка в 40 кг. Балки в стену не закреплены, всё держится на болтах. Так вот, как мне расчитать какой взять профиль и толщину листа, чтобы дно не дифoрmировалось? Это ведь нельзя считать балкой, всё ведь происходит в плоскости? или как?

Вы знаете, Anna, ваше описание очень напоминает загадку бравого солдата Швейка, которую он задал медицинской комиссии.
Не смотря на столь казалось бы подробное описание, совершенно непонятна расчетная схема, какую перфорацию имеет лист «алюминиевого сплава», как именно расположены и из какого материала изготовлены «прямоугольные полые профиля» — по контуру или от середины к углам, и что это за бардюр по кругу?. Впрочем, я не буду уподобляться медицинским светилам, входившим в состав комиссии и попробую вам ответить.
1. Лист настила все равно можно считать балкой с расчетной длиной 0.7 м. А если лист будет приварен или просто оперт по контуру, то значение изгибающего момента посредине пролета действительно будет меньше. Статьи, посвященной расчету металлического настила, у меня пока нет, но есть статья «Расчет плиты, опертой по контуру», посвященная расчету железобетонных плит. А так как с точки зрения зрения строительной механики не важно, из какого материала изготавливается рассчитываемый элемент, то вы можете воспользоваться изложенными в этой статье рекомендациями по определению максимального изгибающего момента.
2. Настил все равно будет деформироваться, так как абсолютно жесткие материалы пока еще существуют только в теории, а вот какую величину деформации считать в вашем случае допустимой, — это другой вопрос. Можете воспользоваться стандартным требованием — не более 1/250 длины пролета.

Ужасно расстраивает на самом деле вот эта путаница со знаками) Вроде бы все понял, и геомхар, и подбор сечений, и устойчивость стержней. Обожаю сам физику, в частности, механику) Но логика этих знаков. >_ если выпуклостью вниз» это логикой понятно. Но в реальном случае — в одних примерах решения задач «+», в других — «-«. И хоть ты тресни. Причем, более того, в одних и тех же случаях, например, левую реакцию RA балки по-разному, относительно другого конца, определят) Хех) Оно понятно, что разница коснется только знака «выпирающей части» конечной эпюры. Хотя. наверное, поэтому, и расстраиваться на эту тему не обязательно) Кстати, это тоже не все, иногда в примерах почему-то выбрасывают указанный момент заделки, в уравнениях РОЗУ, хотя в общем уравнении не выбрасывают) Короче, любил всегда классическую механику за идеальную точность и четкость формулировки) А тут. А это ещё теории упругости не было, не говоря о массивах)

Здравствуйте. Будьте добры Приведите пример (задачу) с размерностью Q q L,M в разделе. Рисунок №1.2. Графическое отображение изменения реакций опор в зависимости от расстояния приложения нагрузки.

Если я правильно понял, то вас интересует определение опорных реакций, поперечных сил и изгибающих моментов с помощью линий влияния. Более подробно эти вопросы рассматриваются в строительной механике, примеры можно посмотреть здесь — «Линии влияния опорных реакций для однопролетных и консольных балок»(http://knigu-besplatno.ru/item25.html) или здесь — «Линии влияния изгибающих моментов и поперечных сил для однопролетных и консольных балок»(http://knigu-besplatno.ru/item28.html).

Здравствуйте! Помогите, пожалуйста. У меня консольная балка, на нее по всей длине действует распределенная нагрузка, на крайнюю точку «снизу вверх» действует сосредоточенная сила. На расстоянии 1м от края балки крутящий момент М. Мне нужно построить эпюры поперечной силы и моментов. Не знаю как определить распределенную нагрузку в точке приложения момента. Или ее не нужно считать в этой точке?

Распределенная нагрузка потому и распределенная, что распределена по всей длине и для некоторой точки можно определить только значение поперечных сил в сечении. Это означает, что на эпюре сил никакого скачка не будет. А вот на эпюре моментов, если момент изгибающий, а не вращающий, скачок будет. Как будут выглядеть эпюры от каждой из указанных вами нагрузок вы можете посмотреть в статье «Расчетные схемы для балок» (ссылка есть в тексте статьи перед п.3)

А как же приложенная к крайней точке балки сила F? Из-за нее не будет скачка на эпюре поперечных сил?

Будет. В крайней точке (точке приложения силы) правильно построенная эпюра поперечных сил изменит свое значение с F на 0. Да это и так должно быть понятно, если вы внимательно прочитали статью.

Спасибо Вам, Доктор Лом. Врубился, как делать, все получилось. У вас очень полезные познавательные статьи! Пишите больше, премного Вам благодарен!

Спасибо Вам за статью. Мои технари не могут справится с простой задачей: есть конструкция на четырех опорах, нагрузка от каждой опоры (подпятник 200*200мм)36 000 кг, шаг опор 6 000*6 000 мм. Какая должна быть распределенная нагрузка по полу, что бы выдержать данную конструкцию? (есть варианты 4 и 8 тонн/м2 — разброс очень большой). Спасибо.

У вас задача обратного порядка, когда уже известны реакции опор, а по ним нужно определить нагрузку и тогда вопрос более правильно сформулировать так:» при какой равномерно распределенной нагрузке на перекрытие опорные реакции будут составлять 36 000 кг при шаге между опорами 6 м по оси х и по оси z?»
Ответ: «4 тонны на м^2»
Решение: сумма опорных реакций 36х4=144 т, площадь перекрытия 6х6=36 м^2, тогда равномерно распределенная нагрузка 144/36 =4 т/м^2. Это следует из уравнения (1.1), настолько простого, понять, как можно его не понять, очень трудно. И это действительно, очень простая задача.

Две (три, десять) одинаковых балок (стопка) свободно сложенные друг на друга (концы не заделаны) выдержат большую нагрузку, чем одна?

Да.
Если не учитывать силу трения, возникающую между соприкасающимися поверхностями балок, то две сложенные друг на друга с одинаковым сечением балки выдержат в 2 раза большую нагрузку, 3 балки — в 3 раза большую нагрузку и так далее. Т.е. с точки зрения строительной механики нет разницы, лежат балки рядом или одна на другой.
Однако такой подход к решению задач является неэффективным, так одна балка высотой, равной высоте двух одинаковых свободно сложенных балок, выдержит нагрузку в 2 раза большую, чем две свободно сложенные балки. А балка высотой, равной высоте 3 одинаковых свободно сложенных балок, выдержит нагрузку в 3 раза большую чем 3 свободно сложенные балки и так далее. Это следует из уравнения момента сопротивления.

Спасибо.
Доказываю это конструкторам на примере десантников и стопки кирпичей, тетрадь/одинокий лист.
Не сдаются бабушки.
Армированный бетон у них подчиняется другим законам, нежели дерево.

В чем-то бабушки правы. Армированный бетон — это анизотропный материал и его действительно нельзя рассматривать как условно изотропную деревянную балку. И хотя для расчетов железобетонных конструкций часто используются специальные формулы, но суть расчета от этого не меняется. Для примера посмотрите статью «Определение момента сопротивления»

Спасибо за материал. Подскажите, пожалуйста, методику расчета одной нагрузки на 4 опоры на одной линии — 1 опора левее точки приложения нагрузки, 3 опоры — правее. Все расстояния и нагрузка известны.

Посмотрите статью «Многопролетные неразрезные балки.»

Всё это очень неплохо и довольно доходчиво. НО . у меня вопрос к линеечкам. А вы не забыли при определении момента сопротивления линейки поделить на 6? Чево-то арифметика не сходится.

А энто в какой же хвормуле не сходится? в 4.6, в 4.7, али в другой какой? Поточнее надобно мыслю выражать.

Я в шоке, -оказывается основательно подзабыл сопромат (иначе «технология материалов» ))), но позже).
Док спасибо за Ваш сайт читаю, вспоминаю, все очень интересно. Нашел случайно, — встала задача оценить что выгодней (по критерию минимальной стоимости материалов [принципиально без учета трудозатрат и расходов на оборудование/инструмент] применить в контрукции колонны из готовых профильных труб (квадрат) по расчету, либо приложить руки и сварить колонны самому(допустим из уголка). Эх тряпки-железки, студенчество, как давно это было. Да, ностальгия, есть немного.

Добрый день.Зашел на сайт в надежде понять все же «физику» перехода распределенной нагрузки в сосредоточеную и распределение нормативной нагрузки на всю плоскость площадки, но смотрю что вы и мой предыдущий вопрос с вашим ответом убрали :(( Мои расчетные металлоконструкции и так отлично работают ( беру сосредоточенную нагрузку и все по ней просчитываю-благо сфера моей деятельности эт о вспомогательные приспособления,а не архитектура,чего и хватает с головой),но все же хотелось бы б понять про распределенную нагрузку в контексте кг/м2 — кг/м . У меня нет возможности сейчас узнать у кого либо по этому вопросу ( сталкиваюсь с такими вопросами редко, а как сталкнусь начинаются рассуждения ), нашел ваш сайт — адекватно все изложено, так же я понимаю что знания стоят денег. Скажите как и куда я могу вас «отблагодарить» , всего лишь за ответ по предыдущему моему вопросу про площадку,- для меня это действительно важно. Общение можно перенести в е-mail ную форму — мое мыло «Olegggan@mail.ru». Спасибо

Я оформил нашу переписку в отдельную статью «Определение нагрузки на конструкции», все ответы там.

Спасибо, имея высшее техническое образование было приятно почитать. Небольшое замечание — центр тяжести треугольника находится на пересечении МЕДИАН! (у Вас написано биссектрис).

Все верно, замечание принимается — конечно же медиан.

Потребовалось узнать, во сколько увеличится изгибающий момент, если случайно выбить одну из промежуточных балок. Увидел квадратичную зависимость от расстояния, следовательно в 4 раза. Не пришлось лопатить учебник. Большое спасибо.

Для неразрезных балок со множеством опор, все намного сложнее, так как момент будет не только в пролете но и на промежуточных опорах (смотрите статьи по неразрезным балкам). Но для предварительной оценки несущей способности можно использовать указанную квадратичную зависимость.

Не могу понять. Как правильно рассчитать нагрузку для опалубки. Грунт ползет при копки,нужно выкопать яму под септик Д=4.5м,Ш=1.5м, В=2м. Хочу саму опалубку выполнить так: контур по периметру балка 100х100(верх, низ, середина(1м), далее доска сосна 2-сорт 2х0.15х0.05. делаем короб. Боюсь что не выдержит . т.к по моим расчетам доска выдержит 96 кг/м2. Развертка стен опалубки (4.5х2 +1.5х2)х2 = 24 м2. Обьем вынутого грунта 13500кг. 13500/24=562.5 кг/м2. Прав или нет. И какой выход

То, что стенки котлована осыпаются при такой большой глубине — это естественно и обуславливается свойствами грунта. Ничего страшного в этом нет, в таких грунтах траншеи и котлованы копаются со скосом боковых стенок. При необходимости стенки котлована укрепляются подпорными стенками и при расчете подпорных стенок действительно учитываются свойства грунта. При этом давление от грунта на подпорную стенку не постоянное по высоте, а условно равномерно изменяющееся от нуля вверху до максимального значения внизу, а вот значение этого давления зависит от свойств грунта. Если попробовать объяснить максимально просто, то чем больше угол скоса стенок котлована, то тем больше давление будет на подпорную стенку.
Вы разделили массу всего вынутого грунта на площадь стенок, а это не правильно. Этак получается, что если при той же глубине ширина или длина котлована в два раза больше, то и давление на стенки будет в два раза больше. Для расчетов Вам нужно просто определить объемный вес грунта, как — отдельный вопрос, но в принципе сделать это не сложно.
Формулу для определения давления в зависимости от высоты, объемного веса грунта и угла внутреннего трения здесь не привожу, к тому же вы вроде бы опалубку хотите рассчитать, а не подпорную стенку. В принципе давление на доски опалубки от бетонной смеси определяется по тому же принципу и даже немного проще, так как бетонную смесь можно условно рассматривать как жидкость, оказывающую одинаковое давление на дно и стенки сосуда. А если заливать стенки септика не сразу на всю высоту, а в два захода, то соответственно и максимальное давление от бетонной смеси будет в 2 раза меньше.
Далее, доска, которую вы хотите использовать для опалубки (2х0.15х0.05), способна выдерживать очень большие нагрузки. Не знаю, как именно вы определяли несущую способность доски. Посмотрите статью «Расчет деревянного перекрытия».

Спасибо доктор.Расчет я сделал не правильно, ошибку я понял. Если считать следующим образом: длина пролета 2м, доска сосна h=5см, b=15см тогда W=b*h2/6=25*15/6 = 375/6 =62.5см3
M=W*R = 62.5*130 = 8125/100 = 81.25 кгм
тогда q = 8M/l*l = 81.25*8/4 = 650/4 = 162кг/м или при шаге 1м 162кг/м2.
Я не строитель, поэтому не совсем понимаю много это или мало для котлована куда мы хотим впихнуть септик из пластика, или наша опалубка треснет и мы не успеем это все сделать. Вот такая задача, если можете что-то еще подсказать — буду вам признателен. Спасибо еще раз.

Ага. Вы все-таки хотите сделать подпорную стенку на время монтажа септика и, судя из вашего описания, собираетесь это сделать после того, как котлован будет выкопан. В этом случае нагрузка на доски будет создаваться осыпавшимся во время монтажа грунтом и потому будет минимальна и никаких особых расчетов не требуется.
Если же вы собираетесь засыпать и утрамбовать грунт обратно до монтажа септика, то расчет действительно нужен. Вот только расчетную схему вы приняли не правильную. В вашем случае доску, крепящуюся к 3 балкам 100х100, следует рассматривать как двухпролетную неразрезную балку, пролеты у такой балки будут около 90 см, а значит и максимальная нагрузка, которую сможет выдержать 1 доска, будет значительно больше, чем определенная вами, хотя при этом следует еще учесть и неравномерность распределения нагрузки от грунта в зависимости от высоты. А заодно и проверить несущую способность балок работающих по длинной стороне 4.5 м.
В принципе на сайте есть расчетные схемы, подходящие для вашего случая, а вот информации по расчету свойств грунта пока нет, впрочем это уже далеко не основы сопромата, да и по моему мнению вам такой точный расчет не нужен. Но в целом ваше стремление к пониманию сути процессов весьма похвально.

Спасибо доктор! Мысль вашу понял, надо будет еще почитать ваш материал. Да септик нужно впихнуть так чтобы не произошло обрушения. Опалубка при этом должна выдержать, т.к. рядом на расстоянии 4м еще и фундамент и можно все это запросто обрушить. Поэтому я так беспокоюсь. Еще раз спасибо, вы меня обнадежили.

Док, в конце статьи, где вы приводите пример определения момента сопротивления, в обоих случаях забыли разделить на 6. Разница все равно получится в 7,5 раз, но цифры будут другие (0,08 и 0,6) а не 0,48 и 3,6

Верно, была такая ошибка, исправил. Спасибо за внимательность.

добрый день. У меня такой вопрос, как можно посчитать нагрузку на балку. если с одной стороны закрепление жесткое с другой нет закрепленя. длина балки 6 метров. Вот надо посчитать какая должна быть балка, лучше монорельса. макс нагрузка на не закрепленной стороне 2 тонны. заранее спасибо.

Посчитайте, как консольную. Больше подробностей в статье «Расчетные схемы для балок».

Если бы я не изучал сопрамат, то я бы, честно говоря ничего не понял. Если вы пишите популярно, то вы и расписывайте популярно. А то у вас вдруг что-то появляется непонятно откуда, что за х? почему х? почему вдруг x/2 и чем он отличается от l/2 и l? Вдруг появилась q. откуда? Может опечатка и нужно было обозначить Q. Неужели нельзя потробно описать. И момент про производные. Вы понимаете, что вы описываете то, что только вы понимаете. И тот кто читает это впервые он этого не поймет. Поэтому стоило либо расписать подробно, либо вообще удалить этот абзац. Я сам со второго раза понял о чем речь.

Тут, к сожалению, ничем помочь не могу. Популярнее сущность неизвестных величин излагается только в начальных классах средней школы, и я полагаю, что хотя бы этот уровень образования читатели имеют.
Внешняя сосредоточенная нагрузка Q так же отличается от равномерно распределенной нагрузки q, как и внутренние усилия Р от внутренних напряжений р. Более того, в данном случае рассматривается внешняя линейная равномерно распределенная нагрузка, а между тем внешняя нагрузка может быть распределенной и по плоскости и по объему, при этом распределение нагрузки далеко не всегда бывает равномерным. Тем не менее любую распределенную нагрузку обозначаемую маленькой литерой, всегда можно привести к равнодействующей силе Q.
Впрочем, изложить все особенности строительной механики и теории сопротивления материалов в одной статье физически невозможно, для этого есть другие статьи. Почитайте, возможно, что-то прояснится.

Доктор! Не могли бы вы сделать пример расчета монолитного железобетонного участка как балку на 2х шарнирных опорах, при отношении сторон участка больше 2х

В разделе «Расчет железобетонных конструкций» всяких примеров хватает. К тому же постичь глубокую суть вашей формулировки вопроса я так и не смог, особенно вот это: «при отношении сторон участка больше 2х»

добрый. я первый раз встретил сапромат на вашем сайте заинтерисовался. пытаюсь разобраться в основах но понять эпюры Q не получается с М все понятно и ясно и их отличие тоже. Для распределенной Q я на веревку положил например танковый трак или каму что удобно. а на сосредоточенную Q я подвесил яблоко все логично. как на пальцах посмотреть эпюруQ. прошу не цетировать пословицу мне она не подходит я уже женат. спасибо

Для начала рекомендую вас почитать статью «Основы сопромата. Основные понятия и определения», без этого может возникнуть недопонимание изложенного ниже. А теперь продолжу.
Эпюра поперечных сил — условное название, более правильно — график, показывающий значения касательных напряжений, возникающих в поперечных сечениях балки. Таким образом по эпюре «Q» можно определить сечения, в которых значения касательных напряжений максимальны (что может понадобиться для дальнейших расчетов конструкции). Строится эпюра «Q» (как впрочем и любая другая эпюра), исходя из условий статического равновесия системы. Т.е. для определения касательных напряжений в некоторой точке часть балки в этой точке отсекается (потому и сечения), а для оставшейся части составляются уравнения равновесия системы.
Теоретически у балки бесконечное множество поперечных сечений и потому составлять уравнения и определять значения касательных напряжений можно также бесконечно. Вот только нет никакой необходимости делать это на участках, где ничего ни добавляется ни убавляется, или изменение можно описать какой-либо математической закономерностью. Таким образом значения напряжений определяются только для нескольких характерных сечений.
И еще эпюра «Q» показывает некоторое общее значение касательных напряжений для поперечных сечений. Для определения касательных напряжений по высоте поперечного сечения строится другая эпюра и вот она уже называется эпюрой касательных напряжений «т». Больше подробностей в статье «Основы сопромата. Определение касательных напряжений».

Если на пальцах, то возьмем к примеру деревянную линейку и положим ее на две книжки, при этом книжки лежат на столе так, чтобы линейка опиралась на книжки краями. Таким образом получаем балку с шарнирными опорами, на которую действует равномерно распределенная нагрузка — собственный вес балки. Если мы распилим линейку пополам (где значение эпюры «Q» равно нулю) и одну из частей уберем (при этом опорная реакция условно останется прежней), то оставшаяся часть повернется относительно шарнирной опоры и местом распила упадет на стол. Чтобы этого не случилось, в месте распила нужно приложить изгибающий момент (значение момента определяется по эпюре «М» и момент посредине — максимальный), тогда линейка останется в прежнем положении. Это означает что в поперечном сечении линейки, расположенном посредине, действуют только нормальные напряжения, а касательные равны нулю. На опорах нормальные напряжения равны нулю, а касательные — максимальны. Во всех остальных сечениях действуют как нормальные так и касательные напряжения.

Добрый день, объясните пожалуйста почему допустимая опорная реакция в балке в 2 раза больше допустимой поперечноя силы Q по эпюре

Ваш вопрос мне не понятен, так как опорная реакция соответствует значению поперечной силы по эпюре Q. А о допустимости речь можно вести только тогда, когда проверяется на прочность существующая конструкция, а на данном этапе, пока параметры балки не известны, любая нагрузка или напряжение будут допустимыми.

Здравствуйте «Чтобы не углубляться в абстракции математики рассмотрим наглядный пример:» а где сам пример?

Следующий ниже расчет балки на шарнирных опорах на действие сосредоточенной нагрузки, приложенной посредине пролета — это и есть пример применения приведенных выше формул.

Доктор Лом.
Хочу поставить мини тельфер на поворотной консоли, саму консоль прикрепить к регулируемой по высоте металлической стойки(используется в строительных лесах). У стойки есть две площадки 140*140 мм. сверху и снизу. Устанавливаю стойку на деревянный пол, креплю снизу и в распор сверху. Креплю все шпилькой на гайки М10-10мм. Сам пролет 2м, шаг 0.6м, лага пола — обрезная доска 3.5см на 200см, пол шпунтованная доска 3.5 см., потолок лага — обрезная доска 3,5см на 150см., потолок шпунтованная доска 3.5 см. Все дерево сосна, 2-ой сорт нормальной влажности. Стойка весит 10кг, тельфер — 8кг. Поворотная консоль 16 кг, стрела поворотной консоли мах 1м, на стреле крепится сам тельфер в край стрелы. Хочу поднимать до 100кг веса на высоту до 2м. При этом груз после подьема будет стрелой поворачиваться в пределах 180град. Пытался выполнить расчет, но мне это оказалось не под силу. Хотя ваши расчеты по деревянным полам вроде понял. Спасибо, Сергей.

Из вашего описания не понятно, что именно вы хотите рассчитать, по контексту можно предположить, что вы хотите проверить прочность деревянного перекрытия (параметры стойки, консоли и пр. вы определять не собираетесь).
1. Выбор расчетной схемы.
В этом случае ваш подъемный механизм следует рассматривать как сосредоточенную нагрузку, прикладываемую в месте крепления стойки. Будет ли эта нагрузка действовать на одну лагу или на две, будет зависеть от места крепления стойки. Больше подробностей смотрите в статье «Расчет пола в бильярдной комнате». Кроме того, на лаги обеих перекрытий и на доски будут действовать продольные силы и чем дальше груз будет от стойки, тем большее значение будут иметь эти силы. Как и почему объяснять долго, посмотрите статью «Определение вырывающего усилия (почему дюбель не держится в стене)».
2. Сбор нагрузок
Так как вы собираетесь поднимать грузы, то нагрузка будет не статическая, а как минимум динамическая, т.е. значение статической нагрузки от подъемного механизма следует умножить на соответствующий коэффициент (см. статью «Расчет на ударные нагрузки»). Ну при этом не стоит забывать и об остальной нагрузке (мебель, люди и др.).
Так как вы собираетесь кроме шпилек использовать распор, то определить нагрузку от распора — самое трудоемкое занятие, т.к. сначала надо будет определить прогиб конструкций, а уже из значения прогиба определять действующую нагрузку.
Примерно так.

Работаю инженером развертки сетей ИТ(не по профессии). Одна из причин моего ухода с проектирования были расчеты по формулам из области сопромата и термеха(приходилось искать подходящее по рук-вам Мельникова, Муханова итд.. :)) В институте, к лекциям по относился несерьезно. В результате получил пробелы. К моим пробелам в расчетах Гл. спецы относились безразлично, так как сильным всегда удобно когда выполняют их указания. В результате, моя мечта быть профессионалом в области проектирования не сбылась. Всегда беспокоила неуверенность в расчетах(хотя интерес был всегда), соответственно платили копейки.
Спустя годы, мне уже 30, но в душе остается осадок. Лет 5 назад, такого открытого ресурса в интернете не существовало. Когда я вижу что все понятно изложено, хочется вернуться и учиться заново!)) Сам материал просто бесценный вклад в развитие таких как я))), а их возможно и тысячи. Думаю что они как и я будут Вам сильно признательно. СПАСИБО за проделанную работу!

Не отчаивайтесь, учиться никогда не поздно. Часто в 30 лет жизнь только начинается. Рад, что смог помочь.

» М = А • х — Q (x — a) + В(х — l) (1.5)
Например, на опорах никакого изгибающего момента нет и действительно, решение уравнения (1.3) при х=0 дает нам 0 и решение уравнения (1.5) при х=l дает нам тоже 0.»

Не очень понял как решение уравнения 1.5 дает нам ноль. Если подставить l=x, то нулю равно только третье слагаемое В(x-l), а два других нет. Как же тогда М равно 0?

А вы просто подставьте имеющиеся значения в формулу. Дело в том, что момент от опорной реакции А в конце пролета, равен моменту от приложенной нагрузки Q, вот только эти члены в уравнении имеют разные знаки, поэтому и получается ноль.
Например при сосредоточенной нагрузке Q, приложенной посредине пролета опорная реакция А = В = Q/2, тогда уравнение моментов в конце пролета будет иметь следующий вид
М = lxQ/2 — Qxl/2 + 0xQ/2 = Ql/2 — Ql/2 = 0.

Если x расстояние приложения Q то, что такое а, от начала до . Н.: l=25см x=5см в цифрах на примере что будет а

х — это расстояние от начала балки до рассматриваемого поперечного сечения балки. х может изменяться от 0 до l (эль, не единица), так как мы можем рассматривать любое поперечное сечение имеющейся балки. а — это расстояние от начала балки до точки приложения сосредоточенной силы Q. Т.е. при l = 25см, а = 5см х может иметь любое значение, в том числе и 5 см.

Понял. Я почему-то рассматриваю сечение именно в точке приложения силы. Невижу необходимости рассматривать сечение между точками нагрузок так как оно испытывает меньшее воздействие чем последующая точка сосредоточенной нагрузки. Я неспорю просто мне нужно пересмотреть тему занова

Иногда есть необходимость определить значение момента, поперечной силы других параметров не только в точке приложения сосредоточенной силы, но и для других поперечных сечений. Например при расчете балок переменного сечения.

Если приложить сосредоточенную нагрузку на некотором расстоянии от левой опоры — х. Q=1 l=25 x=5, то Rлев=А=1*(25-5)/25=0,8
значение момента в любой точке нашей балки можно описать уравнением М = Р • x. Отсюда M=A*x когда x несовподает с точкой приложения силы, пусть будет рассматриваемое сечение равно x=6, то получаем
M=A*x=(1*(25-5)/25)*6=4,8. Когда я беру ручку и последовательно подставляют свои значения в формулы, то получаю путаницу. Мне надо различить иксы и одному из них присвоить другую букву. Пока я печатал разобрался основательно. Можете не публиковать, но может кому-то это понадобится.

Я уже объяснял, что это два разных икса по той причине, что для обозначения неизвестных переменных обычно используется литера «х». И используются эти иксы для решения разных задач. В первом случае — для определения значений опорной реакции, а во втором — для определения изгибающего момента. Тем не менее, я внес изменения в текст статьи, чтобы подобных вопросов больше не возникало.

Отличная статья. В памяти все восстановилось. Сегодня она была очень кстати!

Здравствуйте доктор. Скажите пожалуйста, каким образом в графическом методе определения реакций, мы определяем значение, т.е. длину прилежащего катета, т.е. длину линии обозначающую реакцию опоры?

Мы пользуемся принципом подобия прямоугольных треугольников. Т.е. треугольник, у которого один катет равен Q, а второй катет равен l, подобен треугольнику с катетами х — значение опорной реакции R и l — a (или а, в зависимости от того, какую именно опорную реакцию мы определяем), из чего следуют следующие уравнения (согласно рисунку 5.3)
Rлев = Q(l — a)/l
Rпр = Qa/l
Не знаю, понятно ли объяснил, но подробнее вроде уже некуда.

Огромное Вам спасибо за работу. Вы очень сильно помогаете многим, в том числе и мне, людям.Всё изложено просто и доходчиво

Здравствуйте. Если Вам не сложно, объясните каким образом вы получили ( вывели) данное уравнение моментов):
МB = Аl — Q(l — a) + В(l — l) (x = l) По полочкам, как говорится. Не сочтите за наглость, просто реально не понял.

Вроде итак в статье все достаточно подробно объяснено, но попробую. Нас интересует значение момента в точке В — МВ. На балку в данном случае действуют 3 сосредоточенные силы — опорные реакции А и В и сила Q. Опорная реакция А приложена в точке А на расстоянии l от опоры В, соответственно она будет создавать момент равный Аl. Сила Q приложена на расстоянии (l — a) от опоры В, соответственно она будет создавать момент — Q(l — a). Минус потому, что Q направлена в сторону, противоположную опорным реакциям. Опорная реакция В приложена в точке В и никакого момента она не создает, точнее момент от этой опорной реакции в точке В будет равен нулю из-за нулевого плеча (l — l). Складываем эти значения и получаем уравнение (6.3).
И да, l — это длина пролета, а не единица.

Здравствуйте! Спасибо за статью, всё намного понятнее и интереснее, чем в учебнике, я остановился на построении эпюры «Q» отображения изменения сил, ни как не могу понять почему эпюра слева устремляется к верху, а с права к низу, как я понял силы что на левой и на правой опоре действую зеркально, то есть сила балки (синяя) и реакции опоры (красная) должны отображаться с обеих сторон, можете объяснить?

Более подробно этот вопрос рассматривается в статье «Построение эпюр для балки», здесь же скажу, что ничего удивительно в этом нет — в месте приложения сосредоточенной силы на эпюре поперечных сил всегда есть скачок, равный значению этой силы.

День добрый! Проконсультируйте см картинка https://yadi.sk/i/CCBLk3Nl3TCAP2. Железобетонная монолитная опора с консолями. Если я консоль делаю не обрезанную, а прямоугольную то по калькулятору сосредоточенная нагрузка на краю консоли 4т при прогибе 4мм, а какая нагрузка будет на эту обрезанную консоль на картинке. Как в таком случае рассчитывается сосредоточенная и распределенная нагрузка при моем варианте. С Уважением.

Сергей, посмотрите статью «Расчет балок равного сопротивления изгибающему моменту», это конечно не ваш случай, но общие принципы расчета балок переменного сечения там изложены достаточно наглядно.

Помогите рассчитать предельную длину консольной балки до достижения жёсткой заделки напряжений равной пределу текучести материала

Добрый день. Строим качель. Хотелось бы узнать какую надо балку для качели при нагрузке в 250кг. Сечение балки у нас 85 мм? Спасибо за помощь.

Для того, чтобы ответить на ваш вопрос, нужно знать расстояние между опорами и что имеется в виду под сечением балки 85 мм. Это диаметр трубы или площадь сечения трубы или еще что-то?

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Определение реакций опор балки – решение задачи

Как определить реакции опор балки

Пример решения задачи на определение реакций опор балки

Жесткая балка, линейные размеры которой указаны на рисунке 1, закреплена в точках А и В. На балку действуют пара сил с моментом М, равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q и две силы P и G, место приложения которых показано на рисунке.
Определить реакции опор балки в точках A и B, вызываемые указанными нагрузками.

Дано:
P = 20,2 Н ; G = 22,6 Н ; q = 2 Н/м ; M = 42,8 Н·м ; a = 1,3 м ; b = 3,9 м ; α = 45° ;

Решение задачи

Проводим оси x и y системы координат. Начало системы координат поместим в точку A . Ось x направим горизонтально, вдоль балки. Ось y – вертикально. Ось z перпендикулярна плоскости рисунка и направлена на нас. На рисунке она не указана.

Силы, действующие на балку.

Отбрасываем опоры и заменяем их силами реакций.
В шарнире A , разложим силу реакции на составляющие и вдоль осей координат.
Реакция , в подвижной опоре на катках, направлена вертикально. Предполагаемые направления реакций опор выбираем по своему усмотрению, наугад. Если ошибемся с направлением реакции, то получим отрицательное значение, что будет говорить о том, что соответствующая сила реакции направлена в противоположную сторону.

Заменим равномерно распределенную нагрузку q равнодействующей . Абсолютное значение равнодействующей равно площади эпюры:
Н .
Точка приложения равнодействующей находится в центре тяжести эпюры. Поскольку эпюра представляет собой прямоугольник, то ее центр тяжести находится в точке C – посередине отрезка AD :
AC = CD = b/2 = 1,95 м .

Уравнения равновесия для сил

Определяем проекции сил на оси координат.

Разложим силу на составляющие вдоль координатных осей:
.
Абсолютные значения составляющих:
.
Вектор параллелен оси x и направлен в противоположную от нее сторону. Вектор параллелен оси y и также направлен в противоположную сторону. Поэтому проекции силы на оси координат имеют следующие значения:
.

Остальные силы параллельны осям координат. Поэтому они имеют следующие проекции:
;
;
;
;
.

Составляем уравнения равновесия для сил.
Сумма проекций всех сил на ось x равна нулю:
;
;
;
(П1) .

Сумма проекций всех сил на ось y равна нулю:
;
;
;
(П2) .

Уравнения равновесия для моментов

Итак, мы уже составили два уравнения для сил: (П1) и (П2). Но в них есть три неизвестные величины: , и . Чтобы их определить, нам нужно составить еще одно уравнение.

Составим уравнение равновесия для моментов сил. Для этого нам нужно выбрать ось, относительно которой мы будем вычислять моменты. В качестве такой оси возьмем ось, проходящую через точку A , перпендикулярно плоскости рисунка. За положительное направление выберем то, которое направлено на нас. Тогда, по правилу правого винта, положительным направлением закручивания будет направление против часовой стрелки.

Находим моменты сил относительно выбранной оси.
Силы , и пересекают ось. Поэтому их моменты равны нулю:
; ; .

Сила перпендикулярна плечу AB . Ее момент:
.
Поскольку, относительно оси A , сила направлена против часовой стрелки, то ее момент положительный.

Сила перпендикулярна плечу AK . Поскольку, относительно оси A , эта сила направлена по часовой стрелки, то ее момент имеет отрицательное значение:
.

Аналогичным способом находим моменты остальных сил:
;
.
Момент от пары сил M не зависит от точек приложения сил, входящих в пару:
.

Составляем уравнение равновесия. Сумма моментов сил относительно оси A равна нулю:
;

;
;
(П3) .

Решение уравнений равновесия

Итак, для трех неизвестных величин, мы получили три уравнения:
(П1) .
(П2) .
(П3) .

Решаем эти уравнения. Вычисляем расстояния.
м;
м;
м;
м.

Из уравнения (П1) находим:
Н.
Из уравнения (П3) находим:

Н.
Из уравнения (П2) имеем:
Н.
Абсолютное значение реакции опоры в точке A :
Н.

Проверка правильности решения

Чтобы проверить, правильно ли мы определили реакции опор балки, найдем сумму моментов сил относительно другой оси. Если мы нашли реакции правильно, то она должна равняться нулю.

Возьмем ось, проходящую через точку E . Вычисляем сумму моментов сил относительно этой оси:

.
Найдем погрешность вычисления суммы моментов. Найденные силы мы округлили до двух знаков после запятой. То есть погрешность определения реакций опор составляет 0,01 Н . Расстояния, по порядку величины, примерно равны 10 м. Тогда погрешность вычисления суммы моментов составляет около 10·0,01 = 0,1 Нм . Мы получили значение -0,03 Нм . Эта величина отличается от нуля не более, чем на величину погрешности. То есть, с учетом погрешности вычислений, сумма моментов относительно другой оси равна нулю. Значит решение правильное, силы реакций найдены верно.

Второй способ решения

Первым способом мы составили два уравнения для сил и одно – для моментов. Задачу можно решить другим способом, составив два уравнения для моментов и одно для сил.

Воспользуемся тем, что сумма моментов сил равна нулю относительно любой оси. Возьмем вторую ось, которая проходит через точку B перпендикулярно плоскости рисунка. Сумма моментов сил относительно этой равна нулю:
.
Вычисляем моменты сил относительно оси B .
; ; ;
;
;
;
;
.

Сумма моментов сил относительно оси B равна нулю:
;

;
;
(П4) ;

Итак, вторым способом, мы также имеем три уравнения:
(П1) .
(П3) ;
(П4) .

Здесь каждое уравнение содержит только одну неизвестную величину. Реакции и определяются из тех же уравнений, что и ранее. Находим силу из уравнения (П4):

Н.

Значение реакции совпало со значением, полученным первым способом из уравнения (П2).

Автор: Олег Одинцов . Опубликовано: 14-10-2017 Изменено: 28-12-2021