1. BÄNUÅ¢ VALERIU TEODORESCU MIRCEA EUGEN
STATICA CONSTRUCÅ¢IILOR
APLICAÅ¢II
STRUCTURI STATIC NEDETERMINATE
MATRIX ROM
Bucuresti 2003
2.
3. - 3 -
INTRODUCERE
Structurile static nedeterminate sunt acele structuri care au unnumÄr de legÄturi
ā interioare Åi/sau exterioare ā mai mare decĆ¢t numÄrul minim necesar asigurÄrii
invariabilitÄÅ£ii geometrice. Ćn consecinÅ£Ä, numÄrul de necunoscute este mai mare
decĆ¢t numÄrul ecuaÅ£iilor de echilibru static. Pentru calculul unei structuri static
nedeterminate este deci necesar sÄ se stabileascÄ un numÄr suplimentar de ecuaÅ£ii.
S-a arÄtat Ć®n prima parte a acestei lucrÄri cÄ pentru rezolvarea problemelor Ć®n
Statica ConstrucÅ£iilor se utilizeazÄ douÄ dintre condiÅ£iile ce caracterizeazÄ echilibrul
structurii Ć®n poziÅ£ie deformatÄÅi anume: condiÅ£ia de echilibru static Åi condiÅ£ia de
continuitate a deformatei cu legÄturile (interioare sau exterioare).
Ćn cazul structurilor static determinate pentru calculul reacÅ£iunilor Åi eforturilor
este suficientÄ condiÅ£ia de echilibru static.
Ćn cazul structurilor static nedeterminate pentru calculul eforturilor este
necesarÄ utilizarea celor douÄ condiÅ£ii prezentate mai sus.
Ćn funcÅ£ie de ordinea care sunt utilizate aceste douÄ condiÅ£ii rezulta cele douÄ
metode generale, utilizate Ʈn calculul structurilor static nedeterminate.
DacÄ se respectÄ permanent condiÅ£ia de echilibru static iar pentru obÅ£inerea
soluÅ£iei problemei se impune condiÅ£ia de compatibilitate a deformatei cu legÄturile se
obţine metoda eforturilor (metoda forţelor).
DacÄ se respectÄ permanent condiÅ£ia de compatibilitate a deformatei cu
legÄturile iar pentru obÅ£inerea soluÅ£iei problemei se impune condiÅ£ia de echilibru
static se obÅ£ine metoda deplasÄrilor.
Utilizarea uneia sau alteia dintre cele douÄ metode depinde de avantajele pe
care le prezintÄ Ć®n calculul diferitelor tipuri de structuri.
Ćn calculul structurilor static nedeterminate o importanÅ£Ä deosebitÄ o au
teoremele de rreciprocitate a lucrurilor mecaniceale forÅ£elor exterioare, a deplasÄrilor
unitare Åi a reacÅ£iunilor unitare.
Teorema reciprocitÄÅ£ii lucrurilor mecanice ale forÅ£elor exterioare ā teorema lui
Betti ā se enunÅ£Ä astfel: ālucrul mecanic efectuat de sistemul de forÅ£e Pi parcurgĆ¢nd
deplasÄrile āij produse de sistemul de forÅ£e Pj este egal cu lucrul mecanic efectuat de
sistemul de forÅ£e Pj parcurgĆ¢nd deplasÄrile āji produse de sistemul de forÅ£e Piā.
Forma matematicÄa acestei teoreme este
āā ā=ā jijiji PP (1)
Teorema de reciprocitate a deplasÄrilor unitare (deplasÄri produse de forÅ£e sau
momente egale cu unitatea) se obţin din (1) astfel:
- se exprimÄ deplasÄrile reale āij Åi āji Ć®n funcÅ£ie de deplasÄrile unitare Ī“ij Åi Ī“ji
Åi forÅ£ele Pi Åi Pj
jijij Pā Ī“=ā ; ijiji Pā Ī“=ā (2)
- scriind relaţia (1) sub forma
4. - 4 -
i
ji
j
ij
PP
ā
=
ā
rezultÄ jiij Ī“=Ī“ (3)
ceea ce reprezintÄ expresia matematicÄ a teoremei de reciprocitate a deplasÄrilor
unitare.
EnunÅ£ul acestei teoreme este: deplasarea produsÄ pe direcÅ£ia i de o forÅ£Ä egalÄ
cu unitatea, acÅ£ionĆ¢nd pe direcÅ£ia j este egalÄ cu deplasarea produsÄ pe direcÅ£ia j de o
forÅ£Ä egalÄ cu unitatea acÅ£ionĆ¢nd pe direcÅ£ia i.
Teorema reciprocitÄÅ£ii lucrurilor mecanice Åi teorema reciprocitÄÅ£ii deplasÄrilor
unitare se aplicÄ atĆ¢t structurilor static determinate cĆ¢t Åi celor static nedeterminate.
Teorema de reciprocitate a reacţiunilor unitare este valabilanumai pentru
structuri static nedeterminate Åi se obÅ£ine tot din forma generalÄ (1) astfel:
- pe direcÅ£ia legÄturii i se imprimÄ deplasarea āi iar Ć®n legÄtura j apare
reacţiunea Rji
- direcÅ£ia legÄturii j se imprimÄ deplasarea āj iar Ć®n legÄtura i apare reacÅ£iunea
Rij
- se exprimÄ reacÅ£iunile Rij Åi Rji Ć®n funcÅ£ie de reacÅ£iunile rij Åi rji (reacÅ£iuni
produse de deplasÄri egale cu unitatea) astfel:
jijij rR āā = ; ijiji rR āā = (4)
- scriind relaţia (1) sub forma
i
ji
j
ij RR
ā
=
ā
rezulta jiij rr = (5)
ceea ce reprezintÄ forma matematicÄ ateoremei reciprocitÄÅ£ii reacÅ£iunilor unitare.
EnunÅ£ul acestei teoreme este: reacÅ£iunea produsÄ Ć®n legÄtura i de o deplasare
egalÄ cu unitatea pe direcÅ£ia legÄturii j este egalÄ cu reacÅ£iunea produsÄ Ć®n legÄtura j
de o deplasare egalÄ cu unitatea pe direcÅ£ia legÄturii j.
5. - 5 -
METODA EFORTURILOR
CAPITOLUL IX
PRINCIPIILE METODEI EFORTURILOR
Metoda eforturilor porneÅte de la analiza staticÄ a structurii Åi utilizeazÄ ca
necunoscute eforturile (forÅ£ele) din legÄturile suplimentare ale structurii static
nedeterminate. NumÄrul legÄturilor suplimentare reprezintÄ gradul de nedeterminare
staticÄ a structurii. Analiza statica a structurii se referÄ la stabilirea gradului de
nedeterminare a acesteia.
LegÄturile suplimentare pot fi exterioare, interioare sau exterioare Åi interioare
(fig. IX.1).
Fig.IX.1
Pentru grinzi drepte, cadre si arce gradul de nedeterminare staticÄ se stabileÅte
cu relaţia
S2AC3N āā= (IX.1)
unde N reprezintÄ gradul de nedeterminare staticÄ, C numÄrul de contururi Ć®nchise
(Ć®ntre bare sau Ć®ntre bare si baza de susÅ£inere), A numÄrul de articulaÅ£ii simple, S
numÄrul de reazeme simple.
Pentru grinzile cu zÄbrele plane ā la care nodurile sunt considerate articulaÅ£ii
perfecte) relaÅ£ia utilizatÄ este:
n2rbN ā+= (IX.2)
unde b reprezintÄ numÄrul de bare, r numÄrul de legÄturi simple cu baza de susÅ£inere
si n numÄrul de noduri.
DacÄ
N>0 structura este static nedeterminatÄ
N=0 structura este static determinatÄ
6. - 6 -
N<0 mecanism
In metoda eforturilor, pentru calculul unei structuri static nedeterminate, se
utilizeaza un sistem de bazÄ, obÅ£inut din structura realÄ prin eliminarea unui numÄr de
legÄturi simple egal cu gradul de nedeterminare staticÄ a structurii. Sistemul de bazÄ
este o structurÄ static determinatÄ Åi poate fi obÅ£inut Ć®n diverse moduri (fig.IX.2).
Fig.IX.2
Sistemul de bazÄ se Ć®ncarcÄ cu forÅ£ele reale Åi cu necunoscutele Xi (care
reprezintÄ echivalentul mecanic al legÄturilor Ć®ndepÄrtate). Fiind static determinat se
pot calcula eforturile si deplasÄrile pe direcÅ£iile necunoscutelor. SoluÅ£ia unicÄ a
problemei se obÅ£ine punĆ¢nd condiÅ£ia de compatibilitate a deformatei cu legÄturile
reale, adicÄ deplasarea totalÄ pe direcÅ£ia fiecÄrei necunoscute sÄ fie egalÄ cu zero,
deoarece Ć®n realitate pe aceste direcÅ£ii existÄ legÄturi fixe.
Ćn acest mod se asigurÄ condiÅ£ia ca sistemul de bazÄ sÄ se comporte identic cu
structura realÄ, adicÄ sÄ aibÄ aceeaÅi stare de eforturi Åi aceeaÅi formÄ deformatÄ.
Aceste condiÅ£ii se exprimÄ astfel:
ā1=0, ā2=0, . . . ān=0 (IX.3)
sau Ć®n formÄ dezvoltatÄ
ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“
ļ£“
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“++Ī“+Ī“
=ā+Ī“++Ī“+Ī“
=ā+Ī“++Ī“+Ī“
0X........XX
............................................................
0X........XX
0X........XX
npnnn22n11n
p2nn2222121
p1nn1212111
(IX.4)
ceea ce reprezintÄ un sistem de ecuaÅ£ii liniare.
Elemente componente ale sistemului de ecuaÅ£ii au urmÄtoarea semnificaÅ£ie
fizicÄ:
- necunoscutele X1, X2, ā¦,Xn reprezintÄ forÅ£e generalizate (forÅ£e, momente,
perechi de forţe, perechi de mpmente),
- coeficienÅ£ii necunoscutelor principale Ī“ii reprezintÄ deplasarea pe direcÅ£ia
necunoscutei Xi, cĆ¢nd sistemul de bazÄ este Ć®ncÄrcat numai cu necunoscuta
Xi=1,
- coeficienÅ£ii necunoscutelor secundare Ī“ij reprezintÄ deplasarea pe direcÅ£ia
necunoscutei Xi, cĆ¢nd sistemul de bazÄ este Ć®ncÄrcat numai cu necunoscuta
Xj=1,
P P
N=3
X3
X1
X2
P
X3
X1
X2
P
X3
X2
X1
SB SB SB
7. - 7 -
AceÅti coeficienÅ£i respectÄ condiÅ£ia Ī“ij=Ī“ji
- termenii liberi āip reprezintÄ deplasarea pe direcÅ£ia necunoscutei Xi cĆ¢nd
sistemul de bazÄ este Ć®ncÄrcat numai cu forÅ£ele reale.
Pentru grinzi drepte Åi cadre formate din bare drepte coeficienÅ£ii
necunoscutelor Åi termenii liberi au expresiile:
0dx
EI
m2
i
ii
āŖ=Ī“ ā« ; ā«=Ī“=Ī“ dx
EI
mm ji
jiij
; ā«=ā dx
EI
Mm 0
pi
ip
(IX.5)
unde mi, mj sunt diagrame unitare produse de Xi=1, Xj=1 acÅ£ionĆ¢nd separat pe
sistemul de bazÄ, iar 0
pM este digrama produsÄ de forÅ£ele reale.
Se constatÄ din expresiile coeficienÅ£ilor necunoscutelor cÄ aceÅtia depind
numai de caracteristicile structurii. Numai termenii liberi depind de Ć®ncÄrcarile reale.
DupÄ rezolvarea sistemului de ecuaÅ£ii (IX.6) se pot calcula momentele
Ć®ncovoietoare pentru structura realÄ, prin suprapunere de efecte:
nn2211
0
pp Xm...XmXmMM ā ++ā +ā += (IX.6)
ForÅ£ele tÄietoare se determinÄ din condiÅ£ia de echilibru a fiecÄrei bare, separate
din structurÄ Åi Ć®ncÄrcatÄ cu forÅ£ele reale (dacÄ existÄ pe barÄ) Åi cu momentele
Ʈncovoietoare din diagrama Mp.
ForÅ£ele axiale se calculeazÄ din condiÅ£ia de echilibru static al fiecÄrui nod,
presupus detaÅat din structurÄ.
Deoarece este posibil ca pe parcursul calculului numeric sÄ se producÄ greÅeli
este necesar sÄ se verifice rezultatul final.
CondiÅ£ia eficientÄ de verificare este condiÅ£ia de compatibilitate a deformatei cu
legÄturile reale ale structurii static nedeterminate.
Deoarece diagrama Mp respectÄ condiÅ£ia de echilibru static (fiecare diagramÄ
din (IX.6) respectĆ¢nd aceastÄ condiÅ£ie) este necesar ca aceastÄ diagramÄ sÄ respecte Åi
condiÅ£ia de compatibilitae a deformatei cu legÄturile.
Condiţia de verificare este
āi=0 (IX.7)
unde direcÅ£ia i reprezintÄ direcÅ£ia unei legÄturi existente.
Se demonstreazÄ cÄ o deplasare pe o structurÄ static nedeterminatÄ, Ć®ncÄrcatÄ
cu forÅ£e, se calculeazÄ cu relaÅ£ia
ā«ā« ==ā dx
EI
Mm
dx
EI
Mm p
0
ipi
i
(IX.8)
unde Mp este diagrama finalÄ, mi diagrama pe structura static nedeterminatÄ Ć®ncÄrcatÄ
cu o forÅ£Ä Pi=1 pe direcÅ£ia deplasÄrii, iar 0
i
m o diagramÄ obÅ£inutÄ pe orice sistem de
bazÄ (static determinat) derivat din structura realÄ Åi Ć®ncÄrcat cu forÅ£a Pi=1 pe direcÅ£ia
deplasÄrii cÄutate. A doua formÄ a relaÅ£iei (IX.8) conduce ā aÅa cum se va vedea Ć®n
aplicaÅ£ii ulterior ā la un volum de calcule mult mai mic, comparativ cu prima formÄ a
relaţiei (IX.8).
Calculul practic al structurilor static nedeterminate prin metoda eforturilor,
implicÄ parcurgerea urmÄtoarelor etape:
8. - 8 -
- se stabileÅte gradul de nedeterminare staticÄ a structurii,
- se alege sistemul de bazÄ,
- se traseazÄ diagramele unitare mi Åi 0
p
M , pe sistemul de bazÄ,
- se calculeazÄ coeficienÅ£ii necunoscutelor Ī“ii Åi Ī“ij Åi termenii liberi āip,
- se rezolvÄ sistemul de ecuaÅ£ii Åi se obÅ£in necunoscutele Xi,
- se determinÄ diagrama finalÄ de momente Ć®ncovoietoare Mp,
- se verificÄ diagrama Mp,
- se calculeazÄ forÅ£ele tÄietoare,
- se calculeazÄ forÅ£ele axiale.
APLICAÅ¢II
A SÄ se traseze diagramele de eforturila elementele sau structurile static static
nedeterminate urmÄtoare:
Problema 9.1 (fig.9.1)
Grinda este o singurÄ datÄ static
nedeterminatÄ.
Condiţia de compatibilitate este
ā1=0
cu forma dezvoltatÄ 0X p1111 =ā+Ī“
Calculul coeficientului necunoscutei
EI
L
L
3
2
LL
2
1
EI
1
dx
EI
m 32
1
11 =ā ā ā ā ==Ī“ ā«
Calculul termenului liber
EI8
pL
L
4
3
L
2
pL
3
1
EI
1
dx
EI
Mm
4
20
p1
p1
ā=
=ā ā ā ā ā==ā ā«
0
EI8
pL
X
EI3
L 4
1
3
=ā ;
8
pL3
X1 =
Se constatÄ cÄ efortul X1 nu depinde
de produsul EI.
Momentele Ʈncovoietoare finale se
calculeazÄ prin suprapunere de efecte
8
pL
pL
8
3
2
pL
M
XmMM
2
2
2
2
11
0
pp
=ā=
+=
- Fig.9.1 -
X1
2
1
I
p
X1
L
p
L
T12
p
T21
8
pL3
8
pL5
8
pL2
8
pL2
2
pL2
+
-
SB
m1
M
0
p
M p
Tp
9. - 9 -
ForÅ£a tÄietoare se calculeazÄ considerĆ¢nd grinda Ć®ncÄrcatÄ cu forÅ£a uniform
distribuitÄ Åi cu momentul idn Ć®ncastrare Åi scriind condiÅ£ia de echilibru static.
ā = 0M1 ; 0
2
pL
8
pL
LT
22
21
=āāā ;
8
pL5
T21 = ;
8
pL3
XT 112 ==
Verificare ā = 0Yi ; 0TpLT 1221 =+ā ; 0
8
pL3
pL
8
pL5
=+ā
Momentul Ć®ncovoietor maxim Ć®n cĆ¢mp are loc Ć®n secÅ£iunea Ć®n care forÅ£a
tÄietoare se anuleazÄ.
xp
8
pL5
Tx ā ā= ; 0Tx = ; L
8
5
x = ;
128
pL9
128
L25
p
8
pL
8
L5
8
pL5
M
222
max =ā āāā =
Problema 9.2 (fig.9.2)
- Fig.9.2 -
Structura este o singurÄ datÄ static nedeterminatÄ. Sistemul de bazÄ Åi
diagramele m1 Åi 0
pM sunt date direct Ʈn figura.
CondiÅ£ia de compatibilitate este ā1=0 Åi are forma dezvoltatÄ
0X p1111 =ā+Ī“
EI
7
1
3
2
91
2
1
EI3
1
161
EI
1
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā ā +ā ā ā ==Ī“ ā«
80
1
205,715
2
1
I
X1
80kN
80
+
-
SB m1 M
0
p
M p T p
3
3I
9
6
80
X1 =1
1
480
274,285 80
22,857
22,857 N p
+ 22,857
2
22,857
80
274,285
205,715
80
205,715
22,857 22,857
10. - 10 -
EI
1920
1
3
2
4809
2
1
EI3
1
14806
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 ā=ā ā ā ā āā ā ā ā ā==ā ā«
285,274
7
1920
X
11
p1
1 ==
Ī“
ā
ā=
Momentele Ć®ncovoietoare finale se calculeazÄ cu relaÅ£ia
11
0
pp
XmMM +=
kNm715,205285,274480M
kNm285,274285,27410M
21
12
ā=āā=
=ā +=
ForÅ£ele tÄietoare se calculeazÄ scriind echilibrul barelor, iar forÅ£ele axiale
scriind echilibrul de nod.
Problema 9.3 (fig.9.3)
Fig.9.3
Structura este de douÄ ori static nedeterminata.CondiÅ£iile de compatibilitate
sunt ā1=0, ā2=0 cu forma dezvoltatÄ
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
4
30kN/m
6
+
-
SB
m1
M
0
p
M p Tp
X1=1
240
Np
2I
3I
6
4
3
X2=130
X1=1
9
X2=1
m2
19,356
50,322
+
54,193 41,807
3,226
54,678
35,387
-
-
11. - 11 -
EI
5,166
6
3
2
66
2
1
EI3
1
6
3
2
9
3
1
65
2
1
6
3
1
9
3
2
95
2
1
EI2
1
dx
EI
m2
1
11
=
=ā ā ā ā +ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
+ā ā ā +ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
+ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
40
6
3
1
9
3
2
45
2
1
EI2
1
dx
EI
mm 21
2112
ā=ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
+ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI3
40
4
3
2
45
2
1
EI2
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
1650
6
4
1
9
4
3
2405
3
1
EI2
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 ā=ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
+ā ā ā ā==ā ā«
EI
600
4
4
3
2405
3
1
EI2
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā ==ā ā«
Sistemul de ecuaţii este
ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“ļ£“
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
0
EI
600
X
EI3
40
X
EI
40
0
EI
1650
X
EI
40
X
EI
5,166
21
21
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
01800X40X120
01650X40X5,166
21
21
iar necunoscutele au urmÄtoarele valori 225,3X1 ā= ; 678,54X2 ā=
Diagrama finalÄ de moment Ć®ncovoietor se obÅ£ine prin suprapunere de efecte:
2211
0
pp
XmXmMM ā +ā +=
Åi este datÄ in figura 9.3.
Problema 9.4 (fig.9.4). Structura este aceeaÅi de la aplicaÅ£ia precedentÄ, dar se
va utiliza un alt sistem de bazÄ.
- Fig.9.4 -
X2 =1
1
9
1
m1
M
0
p
30kN /m
2I
3I
6
4
3
160
M p
19,356
50,322
SB
X230
X1
3
8
m2
9
4
9
4
120
3
80
3
80
30 9
1
X1 =1
3
2
1
13. - 13 -
Problema 9.5 (fig.9.5)
- Fig.9.5 -
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
EI
252
696
EI3
1
6
3
2
66
2
1
EI
2
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
54
6
2
1
96
EI3
1
dx
EI
mm 21
2112 ā=ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
72
6
3
2
66
2
1
EI2
1
6
3
2
69
2
1
EI3
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
1944
61629
3
2
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 ā=ā ā ā ā ā==ā ā«
EI
972
6
2
1
1629
3
2
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā ==ā ā«
X1
X2 =1
m1
M
0
p
16kN /m
2I3I
9
6
6
M p
72
SB
6
m2
3
5
3
2
1
II
X2
X1=1
6
72
6 162
34,47
_
Tp 65,874 N p
_ _
87,316
_
5,745
+
+ +
_
5,7455,745
9,19
78,126
65,874
55,14
89,61
34,47
14. - 14 -
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
0972X72X54
01944X54X252
21
21
Necunoscutele au valorile
745,5X1 = ; 19,9X2 ā=
Diagramele de moment Ć®ncovoietor, forÅ£Ä tÄietoare Åi forÅ£Ä axialÄ sunt date Ć®n
figura 9.5.
Problema 9.6 (fig.9.6) AceeaÅi structurÄ ca Ć®n cazul precedent cu o altÄ
Ć®ncÄrcare. AlegĆ¢nd acelaÅi sistem de bazÄ, diagramele unitare Åi coeficienÅ£ii
necunoscutelor nu se modificÄ ā deoarece depind numai de caracteristicile structurii ā
dar se obÅ£ine o nouÄ diagramÄ 0
p
M Åi alte valori pentru termenii liberi.
- Fig.9.6 -
Calculul termenilor liberi
EI
8640
6
3
1
9360
2
1
EI3
1
6
2
1
6
8
620
3
2
6
3
2
3606
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 20
p1
p1
ā=ā ā ā ā ā
āļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ā ā
ā
ā +ā ā ā ā==ā ā«
EI
1080
6
3
1
9360
2
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā ā==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
01080X72X54
08640X54X252
21
21
X1
M
0
p
20kN /m
2I3I
9
6
6
M p
40
SB
II
X2
40
120
152,31
13,848
193,842
207,69
20
360
15. - 15 -
Valorile necunoscutelor sunt
615,34X1 = ; 308,2X2 =
Diagrama de momente Ć®ncovoietoare pe structura realÄ este datÄ direct Ć®n figura
9.6.
Problema 9.7 (fig.9.7)
- Fig.9.7 -
CondiÅ£iile de compatibilitate ā1=0, ā2=0
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
EI
156
636
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI
2
dx
EI
m2
1
11
=ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
18
366
2
1
EI3
1
dx
EI
mm 21
2112 =ā ā ā ā ==Ī“=Ī“ ā«
EI
27
363
EI3
1
3
3
2
33
2
1
EI2
2
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
4980
63180
EI
1
6
3
2
6300
2
1
6
4
3
6180
3
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1
ā=ā ā ā ā
āļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
ā ā ā +ā ā ā ā==ā ā«
6
6
m1
M
0
p
M p
3
1 X2 =1
10
3I
6
3
2I2I
10kN /m 3
3I
I
40kN
X2SB
X1
40
X1=1
1
m2
3
180
120
300
40
5010
15
86,25
48,75
33,75
16. - 16 -
EI
1260
33006
2
1
EI3
1
3
3
2
1203
EI2
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 ā=ā ā ā ā āā ā ā ā==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+
=ā+
01260X27X18
04980X18X156
21
21
Åi valorile necunoscutelor
75,28X1 = ; 5,27X2 =
Momentele Ć®ncovoietoare pe structura realÄ au fost calculate prin suprapunere
de efecte
2211
0
pp XmXmMM ++=
Åi au fost reprezentate Ć®n figura 9.7.
Problema 9.8 (fig.9.8)
- Fig.9.8 -
CondiÅ£iile de compatibilitate ā1=0, ā2=0
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
X1
M
0
p
15kN /m
2I
2I
3
4
m1
SB
II
X2
4
3
15
X1=1
4
X2=1
m2
3
3
3
3
120
M p
22
22
30,9445,06
17. - 17 -
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenii liberi
EI3
272
464
EI2
1
4
3
2
44
2
1
EI
2
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
0dx
EI
mm 21
2112 ==Ī“=Ī“ ā« deoarece diagrama m1 este simetricÄ iar diagrama m2
este antisimetricÄ
EI
90
343
EI
2
3
3
2
33
2
1
EI2
4
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
1200
41206
2
1
EI2
1
4
4
3
4120
3
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 =ā ā ā ā +ā ā ā ā ==ā ā«
EI
660
3
3
1
3
3
2
1206
2
1
EI2
1
34120
3
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā +ā ā ā ā ==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£“ļ£³
ļ£“
ļ£²
ļ£±
=+
=+
0660X90
01200X
3
273
2
1
cu necunoscutele
235,13X1 ā= ; 334,7X2 ā=
Diagrama finalÄ de momente Ć®ncovoietoare este datÄ direct Ć®n figura 9.8.
Problema 9.9 (fig.9.9)
- Fig.9.9 -
6
X1 X2
m1
M
0
p M p
I
6
6
40kN
SB
2I I
6
40 X1=1
6 6
m2
X2 =1
6
240
60 60
120
18. - 18 -
CondiÅ£iile de compatibilitate ā1=0, ā2=0
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenii liberi
EI
108
6
3
2
66
2
1
EI2
1
6
3
2
66
2
1
EI
1
dx
EI
m2
1
11
=ā ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
36
6
3
2
66
2
1
EI2
1
dx
EI
mm 21
2112 ā=ā ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
108
6
3
2
66
2
1
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI2
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
2880
6
3
2
2406
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 =ā ā ā ā ==ā ā«
0dx
EI
Mm 0
p2
p2
==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=+ā
=+ā
0X108X36
02880X36X108
21
21
cu valorile necunoscutelor
30X1 ā= ; 10X2 ā=
Diagrama Mp este datÄ Ć®n figura 9.9.
Din analiza diagramei finale de moment Ć®ncovoietor rezultÄ urmÄtoarea
concluzie:
- Ć®n cazul unei astfel de Ć®ncÄrcÄri, structura avĆ¢nd stĆ¢lpii de aceeaÅi lungime,
momentul forÅ£ei orizontale raport cu secÅ£iunea de Ć®ncastrare ā notat cu
kN240640MH =ā = se distribuie stÄalpilor proporÅ£ional cu momentul de
inerţie al acestora.
- pentru stÄlpii marginali kNm60
I4
I
240
I4
I
MM H
=ā =ā =
- pentru stĆ¢lpul central kNm120
I4
I2
240
I4
I2
MM H =ā =ā =
20. - 20 -
Diagrama Mp este datÄ Ć®n figura 9.10.
Se constatÄ aceeaÅi distribuÅ£ie ca Ć®n cazul precedent si aceasta din cauzÄ cÄ
raportul momentelor de inerÅ£ie pe cele douÄ zone ale stĆ¢lpilor marginali si ale
stĆ¢lpului central este acelaÅi (egal cu 2 Ć®n acest caz).
DacÄ raportul momentelor de inerÅ£ie nu este acelaÅi pe ambele zone distribuÅ£ia
momentului forÅ£ei orizontale MH urmeazÄ o altÄ lege.
Problema 9.11 (fig.9.11)
- Fig.9.11 -
CondiÅ£iile de compatibilitate ā1=0, ā2=0
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenii liberi
EI
180
6
3
2
66
2
1
EI2
1
666
EI3
1
6
3
2
66
2
1
EI
1
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā ā +ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
36
666
2
1
EI3
1
dx
EI
mm 21
2112 ā=ā ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
156
636
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI3
2
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
2880
6
3
2
2406
2
1
EI2
1
62406
2
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 =ā ā ā ā +ā ā ā ā ==ā ā«
EI
960
6
3
2
2406
2
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 ā=ā ā ā ā ā==ā ā«
X1
m1
M p
1
3I
6
6
2II
33II
40kN
SB
X2
1
m2
15,486
6
40
X1=1
2
6
6
X2 =1
M
0
p
240
40
4040
147,09692,90
131,61
6
6
21. - 21 -
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+ā
=+ā
0960X156X36
02880X36X180
21
21
cu valorile necunoscutelor
484,14X1 ā= ; 581,2X2 =
Diagrama finalÄ de momente Ć®ncovoietor este datÄ Ć®n figura 9.11.
B SÄ se verifice diagrama de moment Ć®ncovoietor Åi sÄ se calculeze deplasÄrile
indicate la urmÄtoarele structuri.
Problema 9.12 (fig.9.12) TranslaÅ£ia pe verticalÄ vA.
- Fig.9.12 -
M
0
p
M p
8
1
m
0
vA
30kN /m
2I
4 4
II
35
A
2
I
2I
X1
SB
30
m1
8
5
X1 =1
8
5
1 1
8
1
18,75
18,75
41,25
60
3,75 3,75
7,5 67,75
16,34
16,34
43,66
60
8
11
2
8
5
8
5
8
1
8
1
3,854
4
1
4
5
24. - 24 -
EI
73,48
3
2
1
3
2
1
69
EI2
1
2
39
36
EI3
1
3
3
2
323
2
1
EI
1
dx
EI
mm 21
2112
ā=ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā =
+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£« +
ā ā ā āā ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
73,39
3
1
3
3
2
63
2
1
3
3
1
3
3
2
63
2
1
EI2
1
363
EI3
1
3
3
2
323
2
1
EI
1
dx
EI
m2
2
22
=ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā +
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā ā +ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
11520
93606
EI2
1
3
4
1
9
4
3
3606
3
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1
ā=ā ā ā āļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
+ā ā ā ā ā==ā ā«
EI
720
3
2
1
3
2
1
3606
EI2
1
33606
3
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā +ā ā ā ā ā==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
0720X73,39X73,48
011520X73,48X73,333
21
21
cu necunoscutele
826,38X1 = ; 500,29X2 =
Diagrama Mp este datÄ Ć®n figura 9.13.
Verificarea diagramei Mp. Se calculeazÄ rotirea secÅ£iunii din Ć®ncastrare.
3
1
3
2
978,2723
2
1
EI
1
3
1
3
2
978,276
2
1
3
1
2
1
6
8
620
3
2
3
1
3
1
066,996
2
1
EI3
1
934,77
3
2
066,99
3
1
16
2
1
EI2
1
dx
EI
mM
2
0
p
1
1
ā ā ā ā ā +
+ļ£ŗļ£»
ļ£¹
ā ā ā ā +ā ā ā
ā
ā +
ļ£Æļ£°
ļ£®
+ā ā ā ā ā+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā ā ==Īø ā«
Īø
0
EI
399,28401,28
1
ā
+ā
=Īø
Calculul diagramei Mp a fost corect.
Calculul deplasÄrii uA
ConsiderĆ¢nd acelaÅi sistem de baza ca pentru calculul eforturilor se obÅ£ine:
metri
EI
406,170
934,77
3
2
066,99
3
1
66
2
1
EI2
1
dx
EI
mM
u
0
up
A
A
ā=ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā ā == ā«
25. - 25 -
Problema 9.14 (fig.9.14) Deplasarea uA
- Fig.9.14 -
CondiÅ£iile de compatibilitate ā1=0, ā2=0
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenii liberi
EI
186
636
EI2
1
636
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI3
1
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā +ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
54
636
EI2
1
dx
EI
mm 21
2112 =ā ā ā ==Ī“=Ī“ ā«
EI
78
636
EI2
1
6
3
2
66
2
1
EI3
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
6
m1
M
0
p M p
3I
6
3
2I
3
3I
I
20kN
SB
X2
X1=1
40
20kN
20
20
X1
66
1
6
m2
X2=1
66
1
180
60
180
86,088
58,692
24,78
35,22
1
1
6
3
6
1 m
0
?1 m
0
uA
1
26. - 26 -
EI
1620
2
18060
63
EI2
1
6603
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1
ā=ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£« +
ā ā ā āā ā ā ā ā==ā ā«
EI
960
3
180260
63
EI2
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2
ā=ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£« +
ā ā ā ā==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+
=ā+
01080X78X54
01620X54X186
21
21
cu necunoscutele
87,5X1 = ; 782,9X2 =
Diagrama Mp este datÄ Ć®n figura 9.14.
Verificarea diagramei Mp. Se verificÄ rotirea din Ć®ncastrare.
692,58
3
2
61
2
1
EI3
1
2
912,33088,86
31
EI2
1
dx
EI
mM 0
p
1
1
ā ā ā ā ā āļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£« ā
ā ā ā ==Īø ā«
Īø
0
EI
128,39132,39
1 ā
ā
=Īø
Calculul deplasÄrii uA
metri
EI
906,168
912,33
3
1
088,86
3
2
63
2
1
912,33
3
2
088,86
3
1
33
2
1
EI2
1
22,35
3
1
78,24
3
2
33
2
1
EI
1
dx
EI
mM
u
0
up
A
A
=ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā +
+ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā +
+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā ā ā == ā«
27. - 27 -
CAPITOLUL X
PROCEDEE PENTRU REDUCEREA
CALCULULUI NUMERIC
Rezolvarea structurilor static nedeterminate prin metoda eforturilor necesitÄ
efectuarea unui mare volum de calcule numerice, Ʈn special pentru determinarea
coeficienÅ£ilor necunoscutelor, a termenilor liberi Åi a necunoscutelor. Acest volum de
calcule creÅte rapid odatÄ cu creÅterea numÄrului de necunoscute.
Ćn vederea reducerii volumului de calcule au fost elaborate unele procedee
specifice metodei eforturilor.
Aceste procedee sunt:
a) procedeul grupÄrii necunoscutelor, care poate fi utilizat atĆ¢t pentru calculul
structurilor de formÄ oarecare cĆ¢t Åi pentru calculul structurilor simetrice;
b) procedeul ortogonalizÄrii diagramelor unitare, care poate fi utilizat pentru
structuri oarecare;
c) procedeul semistructurilor, care este utilizat numai pentru calculul
structurilor simetrice.
a) Procedeul grupÄrii necunoscutelor
Avantaje deosebite se obÅ£in prin utilizarea acestui procedeu Ć®n calculul
structurilor simetrice. CondiÅ£ia care se impune Ć®n acest caz este ca sistemul de bazÄ sÄ
fie simetric. Necunoscutele se grupeazÄ Ć®n necunoscute simetrice Åi necunoscute
antisimetrice, astfel Ć®ncĆ¢t sistemul general de ecuaÅ£ii se descompune Ć®n douĖsisteme,
unul care conÅ£ine numai necunoscute simetrice Åi unul care conÅ£ine numai
necunoscute antisimetrice.
Ćn figura 10.1 se prezintÄ un exemplu de grupare a necunoscutelor simetrice Åi
antisimetrice.
- Fig.10.1 -
Ćn cazul structurilor de formÄ oarecare ā pornind de la observaÅ£ia cÄ diagramele
unitare trebuie sÄ fie liniar independente ā se poate obÅ£ine soluÅ£ia corectÄ a problemei
chiar dacÄ se utilizeazÄ mai multe sisteme de bazÄ (a se vedea problemele 10.1 Åi
10.2).
X1N =5
3 necunosc ute
X1
X2
X3
X4
2 nec unosc ute
X4
X5
28. - 28 -
b) Procedeul ortogonalizÄrii diagramelor unitare
DouÄ diagrame unitare mi Åi mj sunt denumite ortogonale dacÄ satisfac
condiţia:
0dx
EI
mm ji
jiij
==Ī“=Ī“ ā« (X.1)
Cazul tipic de diagrame ortogonale sunt diagramele simetrice Åi antisimetrice.
Ćn cazul general procedeul conduce la un volum foarte mare de calcule Åi nu
este avantajos. Cazul Ʈn care procedeul este utilizat cu succes este cazul arcelor static
nedeterminate ā dublu Ć®ncastrate ( a se vedea Capitolul 11).
c) Procedeul semistructurilor
Pornind de la structura realÄ simetricÄ, aceasta se secÅ£ioneazÄ Ć®n axa de simetrie
obÅ£inĆ¢nd ceea ce se numeÅte semistructura. AceastÄ semistructurÄ trebuie sÄ aibÄ
aceeaÅi comportare ca Ć®n structura realÄ Åi Ć®n consecinÅ£Ä Ć®n secÅ£iunile practicate se vor
introduce niÅte legÄturi care sÄ joace rolul jumÄtÄÅ£ii de structurÄ Ć®ndepÄrtatÄ. Ćn
funcÅ£ie de Ć®ncÄrcare ā simetricÄ sau antisimetricÄ ā rezolvÄ semistructura
corespunzÄtoare.
Ćn figurile X.2 Åi X.3 se prezintÄ semistructurile corespunzÄtoare Ć®ncÄrcarii.
- Fig.X.2 -
Structura si
Ʈncarcarea
Semistructura Semistructura Conditii pentru
sectiunea de pe axa de
simetrie
H? 0, M? 0, V=0
u=0, ?=0, v? ? 0
H? 0, M? 0, V=0
u=0, ?=0, v? 0
H? 0, M? 0, V? 0
u=0, ?=0, v=0
M
H
M
H
M
H
V
29. - 29 -
- Fig.X.3 -
Ćn cazul Ć®n care axa de simetrie se suprapune peste axa unei bare,
Ć®nsemistructura corespunzÄtoare Ć®ncÄrcÄrii antisimetrice bara respectivÄ se considerÄ
cu momentul de inerÅ£ie pe jumÄtate. DupÄ obÅ£inerea diagramei de momente
Ć®ncovoietoare pe semistructurÄ, cĆ¢nd se trece la structura Ć®ntreagÄ, pe aceastÄ barÄ se
dubleazÄ valoarea momentului Ć®ncovoietor, pentru a respecta condiÅ£ia de echilibru
static al nodului structurii reale.
Structura si
Ʈncarcarea
Semistructura Semistructura Conditii pentru
sectiunea de pe axa de
simetrie
H? 0, M? 0, V=0
u=0, ?=0, v? ? 0
H? 0, M? 0, V=0
u=0, ?=0, v? 0
H? 0, M? 0, V? 0
u=0, ?=0, v=0
M
H
M
H
M
H
V
30. - 30 -
Problema 10.1 (fig.10.1) Rezolvare utilizĆ¢nd mai multe sisteme de bazÄ (a se
vedea problema 9.14).
- Fig.10.1 -
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenilor liberi
EI
156
663
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI3
2
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
24
6
3
2
66
2
1
EI3
1
dx
EI
mm 21
2112 ā=ā ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
78
636
EI2
1
6
3
2
66
2
1
EI3
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
300
6
3
2
1206
2
1
EI3
1
6
3
2
606
EI3
1
6603
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 =ā ā ā ā āā ā ā +ā ā ā ā ==ā ā«
EI
1020
6
3
2
1206
2
1
EI3
1
61203
EI2
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā +ā ā ā ==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=+ā
01020X78X24
0300X24X156
21
21
60
M
0
p
3I
6
32I 3
3I
I
20kN
20kN
6
m2
X2 =1
24,78
M p
86,088 58,692
35,22
6
m1
X1 =1
6
12020
20
33,912
31. - 31 -
Cu valorile necunoscutelor 130,4X1 ā= Åi 348,14X2 ā= s-au calculat
momentele Ć®ncovoietoare finale Mp. Se constatÄ cÄ s-au obÅ£inut aceleaÅi valori
utilizĆ¢nd mai multe sisteme de bazÄ.
Problema 10.2 (fig.10.2) Rezolvare utilizĆ¢nd mai multe sisteme de bazÄ (a se
vedea problema 9.11).
- Fig.10.2 -
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenilor liberi
EI
156
636
EI
1
6
3
2
66
2
1
EI3
2
dx
EI
m2
1
11 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
6
166
2
1
EI3
1
dx
EI
mm 21
2112 =ā ā ā ā ==Ī“=Ī“ ā«
EI
5
1
3
2
61
2
1
EI2
1
161
EI3
1
1
3
2
61
2
1
EI
1
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā ā +ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
480
6
3
1
2406
2
1
EI3
1
dx
EI
Mm 0
p1
p1 =ā ā ā ā ==ā ā«
EI
720
12406
2
1
EI3
1
1
3
2
2406
2
1
EI
1
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā +ā ā ā ā ==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=++
0720X5X6
0480X6X156
21
21
3I
6
6
2II
3
3II
40kN
m1
6
6
6
X1 =1
M p
15,486
147,09692,90
131,61
1
X2=1
m2
240
M
0
p
40
Tp
+
15,48
_
_
37,42
2,58
+
24,52
32. - 32 -
cu necunoscutele
581,2X1 = ; 097,147X2 ā=
Diagrama Mp este datÄ Ć®n figura 10.2.Se constatÄ cÄ s-au obÅ£inut aceleaÅi
eforturi ca la aplicaţia 9.11.
Problema 10.3 (fig.10.3) Rezolvare prin gruparea necunoscutelor.
- Fig.10.3 -
Structura fiind simetricÄ, sistemul de bazÄ trebuie sÄ fie simetric. Se utilizeazÄ
gruparea simetricÄ a necunoscutelor.
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+Ī“+Ī“
=ā+Ī“+Ī“
0XX
0XX
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenilor liberi. Se integreazÄ
diagramele pe jumÄtate de structurÄ Åi fiecare termen se multiplicÄ cu doi.
m1
M
0
p
20kN /m
3I
6
6
M p
m21
I
X1
1 6
1
120120
3I3I
I
20kN /m
6 6
20kN /m20kN /m
X1
X2
X1X1
1 1
66
6
1
1 1
X2 =1
360 360
6060
45 45
30 30
15 15
33. - 33 -
EI
192
6
3
2
66
2
1
EI
2
6
3
2
66
2
1
EI3
2
dx
EI
m2
1
11
=ā ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
24
1
3
2
66
2
1
EI
2
dx
EI
mm 21
2112 ā=ā ā ā ā ā==Ī“=Ī“ ā«
EI
6
161
EI3
1
6
3
2
16
2
1
EI
2
dx
EI
m2
2
22 =ā ā ā +ā ā ā ā ==Ī“ ā«
EI
10800
6
3
2
3606
2
1
EI
2
6
4
3
3606
3
1
EI3
2
dx
EI
Mm 0
p1
p1 ā=ā ā ā ā āā ā ā ā ā==ā ā«
EI
1440
1
3
2
3606
2
1
EI
2
dx
EI
Mm 0
p2
p2 =ā ā ā ā ==ā ā«
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++ā
=āā
01440X6X24
010800X24X192
21
21
cu necunoscutele 5,52X1 = Åi 30X2 ā=
Problema 10.4 (fig.10.4) Rezolvare prin gruparea necunoscutelor.
- Fig.10.4 -
30kN
30kN
M
0
p
2I
3
4
M p
m1
I
4I
2I
I
6 3
X1
1
X2 =1
3
4I
30kN
30kN
30
30
30
30
SB
X1
X2
X2
X1 =1 X1=1
1
1
1
X2=1
1
1
2
1
2
1
m2
45
45
45
45
120
120
75 75
41,298
48,702
41,298
48,702
93,132
93,132
46,332
46,332
51,834
51,834
43. - 43 -
Problema 10.10 (fig.10.13) Utilizarea procedeului semistructurilor.
- Fig.10.13 -
m 1
1
M 0
p
180
X1=1
1
X2=1
m 2
6
M p
42,866
4,286
42,866
4,286
4,286
4,286
6
10kN/m
3I
6
I
2I
3I
I
3I 3I
6
I
I
II
II
semistructura
10kN/m 10kN/m
sfertul de
structura
SB
X1
10kN/m
X2
10kN/m
10kN/m
45. - 45 -
CAPITOLUL XI
APLICAÅ¢II ALE METODEI EFORTURILOR
Ćn acest capitol se prezintÄ aplicarea principiilor metodei eforturilor Ć®n calculul
urm!toarelor elemente static nedeterminate:
- grinzi continue,
- grinzi cu zÄbrele,
- arce.
GRINZI CONTINUE
Grinzile continue reprezintÄ o categorie de elemente de rezistenÅ£Ä, static
nedeterminate, frecvent utilizate Ć®n practicÄ. Schema de calcul a grinzilor continue
conÅ£ine un reazem fix la translaÅ£ie ā articulaÅ£ie sau Ć®ncastrare ā Åi un numÄr oarecare
de reazeme simple.
Calculul grinzilor continue prin metoda eforturilor poate fi schematizat ca
urmare a alegerii judicioase a sistemului de bazÄ. Se obÅ£in ecuaÅ£ii cu cel mult trei
necunoscute, din care cauzÄ procedeul se numeÅte ecuaÅ£ia celor trei momente.
AceastÄ modalitate de rezolvare a fost stabilitÄ de Clapeyron.
Se considerÄ o parte dintr-o grindÄ continuÄ (fig.XI.1). Sistemul de bazÄ se
alege prin Ć®ntreruperea continuitÄÅ£ii grinzii Ć®n secÅ£iunile din dreptul reazemelor simple
intermediare. Necunoscutele sunt perechile de momente Ʈncovoietoare.
Sistemul de bazÄ fiind format din grinzi simplu rezemate, diagramele unitare se
extind doar pe douÄ deschideri. CondiÅ£ia de continuitate Ć®n secÅ£iunea j reprezintÄ
contiÅ£ia ca rotirea relativÄ sÄ fie egalÄ cu zero, deoarece Ć®n secÅ£iunea j grinda este
continuÄ.
Forma generalÄ a ecuaÅ£iei j este:
0X...XXX...XX jpnjnkjkjjjiji22j11j =ā+Ī“++Ī“+Ī“+Ī“++Ī“+Ī“ (XI.1)
Dar numai coeficienţii sunt diferiţi de zero. Se obţine astfel ecuaţia celor trei
momente
0XXX jpkjkjjjiji =ā+Ī“+Ī“+Ī“ (XI.2)
CalculĆ¢nd coeficienÅ£ii necunoscutelor Åi termenii liberi Åi multiplicĆ¢nd cu 6EI0,
unde I0 este un moment de inerÅ£ie de comparaÅ£ie, rezultÄ forma finalÄ a ecuaÅ£iei de
condiÅ£ie ājā
( )
jk
0
jk
ij
0
jikjkjjkijiji
I
I
R6
I
I
R6XX2X ā āā ā=Ī»+Ī»+Ī»+Ī» (XI.3)
Ćn ecuaÅ£ia (XI.3) au fost folosite urmÄtoarele notaÅ£ii:
46. - 46 -
-
ij
0
ijij
I
I
l ā =Ī» ,
jk
0
jkjk
I
I
l ā =Ī» Åi care sunt denumite lungimi transformate ale
deschiderilor lij Åi ljk
-
ij
gij
ijji
l
x
R ā ā¦= Åi
jk
gjk
jkjk
l
x
R ā ā¦= reprezintÄ reacÅ£iunile Ć®n reazemul j
obÅ£inute pe grinzile conjugate ij Åi jk Ć®ncÄrcate cu diagrama 0
p
M
rÄsturnatÄ.
- Fig.XI.1 -
Scriind cĆ¢te o ecuaÅ£ie de forma (XI.3) pentru fiecare secÅ£iune Ć®n care a fost
Ć®ntreruptÄ continuitatea se obÅ£ine sistemul general de ecuaÅ£ii, din a cÄrei rezolvare
rezultÄ necunoscutele Xj, care reprezintÄ valoarea realÄ a momentului Ć®ncovoietor din
secÅ£iunea de pe reazem. Ćn cĆ¢mp momentele Ć®ncovoietoare se obÅ£in prin suprapunere
de efecte ā ā += ii
0
pp XmMM .
Xi Xj Xk Xk +1Xi-1
mi
M
0
p
SB
1
P
i j k k+1i-1
Ii-1 ,i Iij Ijk Ik ,k +1
lk ,k+1ljklijli-1,i
Xi=1
Xj=1
Xk =11
1
mj
mk
P p
O jkO ijO i-1,i
Ri-1,i Ri,i-1 Ri,j Rj,i Rj,k Rk,j
xgij xgjk
47. - 47 -
Observaţie.
- Prima Åi ultima ecuaÅ£ie din sistem conÅ£in numai douÄ necunoscute;
- ReacÅ£iunile fictive Rji Åi Rjk se introduc cu semnul plus dacÄ au sensul de jos Ć®n
sus Åi cu semnul minus dacÄ au sensul de sus Ć®n jos;
- DacÄ grinda continuÄ are un capÄt Ć®ncastrat, atunci Ć®n sistemul de bazÄ se
introduce o deschidere fictivÄ (pentru pÄstrarea uniformitÄÅ£ii diagramelor
unitare) dar care are lungimea transformatÄ egalÄ cu zero. Ćn figura XI.2 s-a
notat I01=ā Åi 0
I
I
l
01
0
0101 =ā =Ī» ;
- DacÄ grinda are o consolÄ atunci pentru calculul termenului liber (al
reacÅ£iunilot fictive) se considerÄ numai diagrama 0
p
M de pe deschidere, nu Åi
aceea de pe consolÄ, dearece conjugata grinzii cu consolÄ este o grinda Gerber,
cu deschiderea 2-3 grindÄ secundarÄ Åi consola grindÄ principalÄ (fig.XI.2).
- Fig.XI.2 -
X2
m1
M
0
p
SB
1 2
1
P
R23 R32
X1
3
X1 =1
48. - 48 -
APLICAÅ¢II
SÄ se traseze diagramele de eforturi la urmÄtoarele grinzi continue:
Problema 11.1 (fig.11.1)
Lungimile transformate
Se alege I0=I
6
I
I
6 0
01
==Ī»
6
I
I
6 0
12
==Ī»
4
I2
I
8 0
23 ==Ī»
Reacţiunile fictive
5401806
2
1
01
=ā =ā¦
360906
3
2
12 =ā =ā¦
270
2
1
RR 011001 =ā¦==
180
2
1
RR 122112
=ā¦==
- Fig.11.1 -
Ecuaţiile de condiţie
X1
m 1
M 0
p
SB
1
120kN
I
8
20kN/m
R01=270=R10
633
I 2I
X2
m 2
1
90
180
R12=180=R21
ā¦12ā¦01
107,03
21,90
42,16
77,84
74,19
45,81
2,74+
_ _
+
M p
Tp
49. - 49 -
( )
( )
ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“
ļ£“
ļ£²
ļ£±
ā āā ā=Ī»+Ī»+Ī»+Ī»
ā āā ā=Ī»+Ī»+Ī»+Ī»
23
0
23
12
0
2132322312112
12
0
12
01
0
1021211201001
I
I
R6
I
I
R6XX2X
I
I
R6
I
I
R6XX2X
cu elementele calculate Åi observĆ¢nd cÄ X0=0, X3=0 Åi R23=0 rezultÄ
( )
( )ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“ļ£“
ļ£²
ļ£±
āā ā ā=++
ā ā āā ā ā=++
0
I
I
1806X462X6
I
I
1806
I
I
2706X6X662
21
21
sau
ļ£³
ļ£²
ļ£±
ā=+
ā=+
1080X20X6
2700X6X24
21
21
cu valorile necunoscutelor 03,107X1 ā= Åi 90,21X2 ā=
Reacţiunile reale din reazeme sunt
Verificare: ā = 0Yi
42VV620V120V 3210 =ā+ā ā+ā
Problema 11.2
(fig.11.2)
Lungimile transformate
Se alege I0=3I
001 =Ī»
5,13
I2
I3
912
==Ī»
12
I3
I3
1223 ==Ī»
Reacţiunile fictive
7201806
3
2
23 =ā =ā¦
360
2
1
RR 233223 =ā¦==
- Fig.11.2 -
M 0
p
SB
2I
40kN/m
1269
I 3I
180
360
ā¦23
44,60
81,24
14,87
121,33
118,67
6,77
+
_ _
M p
Tp
X1 X3X2
360
89,20
50. - 50 -
Sistemul de ecuaţii
( )
( )
( )ļ£“
ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“
ļ£“
ļ£“
ļ£²
ļ£±
āā ā ā=++
ā ā ā=+++
=+++
0
I
I3
3606X12182X18
I
I3
36060X18X185,132X5,13
0X5,13X5,13020
32
321
21
sau
ļ£“
ļ£³
ļ£“
ļ£²
ļ£±
ā=+
ā=++
=+
6480X60X18
6480X18X63X5,13
0X5,13X27
32
321
21
cu urmÄtoarele valori ale necunoscutelor 60,44X1 = , 20,89X2 ā= Åi 24,81X3 ā=
Problema 11.3 (fig.11.3)
Lungimile transformate
Se alege I0=3I
001 =Ī»
912 =Ī»
923 =Ī»
Reacţiunile fictive
12155,2029
3
2
12 =ā =ā¦
8101809
2
1
23 =ā =ā¦
5,607
2
1
RR 122112
=ā¦==
270
3
1
R 2323 =ā¦=
540
3
2
R 2332 =ā¦=
- Fig.11.3 -
M
0
p
SB
3I
20kN/m
399
3I
202,5
607,5
ā¦ 12
68,67
6,428
111,43
60
19,28
+
M p
Tp
X1 X2
180
199,286
607,5
270 540
ā¦ 23
180
+
__
60
51. - 51 -
Sistemul de ecuaţii
( )
( )ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“ļ£“
ļ£²
ļ£±
ā āā āā ā ā=++
ā ā ā=+++
I3
I3
)270(6
I3
I3
5,6076X992X9
I3
I3
5,60760X9X9020
21
21
sau
ļ£³
ļ£²
ļ£±
ā=+
ā=+
2025X36X9
3645X9X18
21
21
cu urmÄtoarele valori pentru necunoscute 286,199X1 ā= Åi 428,6X2 ā=
Diagramele de eforturi sunt prezentate Ʈn figura 11.3.
Problema 11.4 (fig.11.4)
Lungimile transformate
Pentru I0=I rezultÄ
3
I3
I
901 ==Ī» ;
3
I4
I
1212
==Ī»
6
I
I
623
==Ī» ;
Reacţiunile fictive
5401806
2
1'
01
=ā =ā¦
2701803
2
1"
01 =ā =ā¦
216018012
2
1
12
=ā =ā¦
270906
2
1tr
23
=ā =ā¦
360906
3
2p
23 =ā =ā¦
- Fig.11.4 -
( )[ ] 360227023540
9
1
R01 =ā ++ā = ; ( )[ ] 450162704540
9
1
R10 =+ā +ā =
M
0
p
SB
3I
20kN/m
366
4I
0
,
ā¦ 12
187,83
9,13
80,87
+
M p
Tp
90
,,
R12
+
_
_
3 6 6
I
90kN 60kN
X2X1
1 32
180180
ā¦ 23
ā¦ 23
p
tr
R21
tr
R23
p
R23
ā¦ 12
ā¦ 12
R01 R10
9088,70
+
_
38,26
21,74
59,8
60,2
+
60
52. - 52 -
1080
2
1
RR 122112
=ā¦==
180
3
2
R p
23
p
23 =ā¦= ; 90
3
1
R tr
23
tr
23 =ā¦= ; 9090180R23 =ā=
Sistemul de ecuaţii
( )
( )ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“ļ£“
ļ£²
ļ£±
ā ā āā ā ā=++
ā ā āā ā ā=+++
I
I
906
I4
I
10806X632X3
I4
I
10806
I3
I
4506X3X3320
21
21
sau
ļ£³
ļ£²
ļ£±
ā=+
ā=+
2160X18X3
2520X3X12
21
21
cu valorile necunoscutelor 83,187X1 ā= Åi 70,88X2 ā=
Diagramele de eforturi sunt prezentate Ʈn figura 11.4.
Problema 11.5 (fig.11.5)
Lungimile transformate
Pentru I0=I se obţine
001 =Ī»
912 =Ī»
623 =Ī»
Reacţiunile fictive
3601206
2
1
tr =ā =ā¦ ;
120
12
4
RR tr
3223
=
ā¦ā
==
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=+
=+
360X30X9
0X9X18
21
21
cu valorile necunoscutelor
06,7X1 ā=
12,14X2 +=
- Fig.11.5 -
M
0
p
SB
I
669
2I
ā¦ tr
14,12
2,35
+
M p
Tp
X1 X2
120
7,06
120
120
ā¦ tr
_
240kNm
120
127,06
112,94
21,18
3210
53. - 53 -
Problema 11.6 (fig.11.6)
Lungimile transformate
Pentru I0=I
601 =Ī» ; 812 =Ī» ; 623 =Ī»
Reacţiunile fictive
360906
3
2
01 =ā =ā¦
3
2560
1608
3
2
12 =ā =ā¦
360906
3
2
23 =ā =ā¦
180
2
1
RR 011001
=ā¦==
3
1280
2
1
RR 122112 =ā¦==
180
2
1
RR 233223 =ā¦==
- Fig.11.6 -
Ecuaţiile de
condiţie
( )
( )ļ£“
ļ£“
ļ£³
ļ£“ļ£“
ļ£²
ļ£±
ā āā ā=++
ā āā ā=+++
1806
3
1280
6X682X8
3
1280
61806X8X8620
21
21
sau
ļ£³
ļ£²
ļ£±
ā=+
ā=+
3640X28X8
3640X8X28
21
21
cu valorile necunoscutelor 11,101XX 21 ā==
Grinda continuÄ fiind simetricÄ Åi Ć®ncÄrcatÄ simetric diagrama Mp este
simetricÄ, iar diagrama Tp este antisimetricÄ.
6
X1
M
0
p
SB
I
6
20kN/m
180
8
I I
X2
16090
3
1280
ā¦ 12 ā¦ 23
76,85
43,15
+
_
M p
Tp
90
180 180 180
ā¦ 01
3
1280
101,11101,11
43,15
76,85
+
_
80
80
+
_
0 1 2 3
54. - 54 -
Problema 11.7 (fig.11.7)
- Fig.11.7 -
Grinda este o grindÄ Gerber avĆ¢nd partea principalÄ static nedeterminatÄ Åi o
parte secundarÄ. RezolvĆ¢nd grinda secundarÄ se obÅ£ine efectul acesteia asupra grinzii
principale ā respective forÅ£a de 45kN acÅ£ionĆ¢nd Ć®n capÄtul consolei.
Calculul grinzii principale ā Grinda este o singurÄ datÄ static nedeterminatÄ.
Lungimile transformate.
Pentru I0=I se obÅ£ine 601 =Ī» , 612 =Ī»
Reacţiunile fictive
360906
3
2
01 =ā =ā¦ ; 270906
2
1
12 =ā =ā¦
180
2
1
RR 011001 =ā¦== ; 90
3
1
R 1212 =ā¦= ; 180
3
2
R 12`2 =ā¦=
Ecuaţia de condiţie
)90(61806X)66(2 1 āā āā ā=+
3
M
0
p
SB
I
20kN/m
266
I
90
180
ā¦ 01
63,75
22,5
56,25
45
11,25
+
M p
Tp
X1
45
0
180
90 180
ā¦ 12
90
+
__
20kN/m
6
90
1 2
3 4
90
90
_
75
60
+
55. - 55 -
sau
540X24 1 ā=
cu necunoscuta 5,22X1 ā=
Diagramele de eforturi sunt date Ʈn figura 11.7.
Problema 11.8 (fig.11.8)
Lungimea transformatÄ
L12 =Ī»
Reacţiunile fictive
8
PL
4
PL
L
2
1 2
12
=ā =ā¦
16
PL
2
1
RR
2
122112
=ā¦==
Ecuaţia de condiţie
16
PL
6LX2
2
1
ā=
cu necunoscuta
16
PL3
X1 ā=
Observaţie: Pentru bara
static nedeterminatÄ cu o
singurÄ deschidere, - avĆ¢nd
diferite legÄturi la capete Åi
diferite Ć®ncÄrcÄri, diagramele
de momente Ʈncovoietoare sunt
date Ʈn tabelul 11.1
- Fig.11.8 -
M
0
p
SB
ā¦ 12
16
P5
+
M p
Tp
X1
2
16
PL 2
I
P
2
L
2
L
10
16
PL 2
16
PL3
32
PL5
_
16
P11
56. - 56 -
Problema 11.9 (fig.11.9) SÄ se calculeze deplasarea pe verticalÄ a capÄtului
liber al consolei (A)
Lungimile transformate
Pentru I0=I se obţine
001 =Ī» ; 612 =Ī» ; 623 =Ī»
Reacţiunile fictive
3601206
2
1
23 =ā =ā¦
120
3
1
R 2323 =ā¦=
240
3
2
R 2332 =ā¦=
Sistemul de ecuaţii
( )
( )ļ£³
ļ£²
ļ£±
āā ā=++
=+++
)120(6X662X6
0X6X6020
21
21
sau
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=+
=+
720X24X6
0X6X12
21
21
Necunoscutele au valorile
14,17X1 ā= Åi 28,34X2 =
- Fig.11.9 -
Pentru calculul deplasÄrii se Ć®ncarcÄ sistemul de bazÄ cu o forÅ£Ä egalÄ cu
unitatea, acÅ£ionĆ¢nd Ć®n secÅ£iunea A Åi se obÅ£ine diagrama 0
Am . Se integreazÄ diagrama
Mp cu diagrama 0
Am .
metri
EI
44,571
28,34
3
1
120
3
2
26
2
1
2
3
2
1202
2
1
EI
1
vA =ļ£ŗ
ļ£»
ļ£¹
ļ£Æ
ļ£°
ļ£®
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
āā ā +ā ā =
M
0
p
SB
I
266
I
34,28
m A
M p
X1 X2
120
17,14
120 240
ā¦ 23
120
60
I A
2 31
2
0
57. - 57 -
Tabelul 11.1
Bara Diagrama de momente
Momentul de Ʈncastrare
perfectÄ
p
2
L
2
L 12
pL
MM
2
2112
==
p
2
L
2
L 8
pL
M
2
12 =
M21=0
P
2
L
2
L 8
PL
MM 2112
==
P
2
L
2
L 16
PL3
M12 =
M21=0
P P
a a
L
L
)aL(Pa
MM 2112
ā
==
P P
a a
L L2
)aL(Pa3
M12
ā
= M21=0
P
a b
L
2
2
2112
L
Pab
MM ==
58. - 58 -
GRINZI CU ZÄBRELE STATIC NEDETERMINATE
Grinzile cu zÄbrele sunt static nedeterminate exterior (fig. XI.3,a), static
nedeterminate interior (fig.IX.3,b) sau static nedeterminate exterior Åi interior
(fig.XI.3,c).
- Fig.XI.3 -
Calculul grinzilor cu zÄbrele static nedeterminate se efectueazÄ parcurgĆ¢nd
etapele obiÅnuite ale metodei eforturilor. Ćn acest caz trebuie sÄ se acorde o atenÅ£ie
deosebitÄ alegerii sistemului de bazÄ, pentru a evita sistemele critice.
Pentru grinzile cu zÄbrele static nedeterminate interior, alegerea sistemului de
bazÄ prin secÅ£ionarea diagonalelor duble, conduce la o distribuÅ£ie particularÄ de
eforturi axiale unitare (fig.XI.4). Apar eforturi axiale numai Ʈn barele panoului din
care face parte necunoscuta.
- Fig.XI.4 -
O altÄ particularitate constÄ Ć®n forma ecuaÅ£iei de condiÅ£ie. Ćn cazul unei
necunoscute reprezentĆ¢nd echivalentul mecanic al unui reazem simplu, Ć®n cazul de
mai sus necunoscuta X1, ecuaÅ£ia de condiÅ£ie are forma obiÅnuitÄ, adicÄ
a b
c
X1
X5X2 X3 X4
SB
X1=1 X2=1
59. - 59 -
0X...XX p1515212111
=ā+Ī“++Ī“+Ī“ (XI.4)
DacÄ necunoscuta reprezintÄ efortul dintr-o barÄ atunci deplasarea totalÄ nu
mai este egalÄ cu zero ci este egalÄ cu alungirea barei. De exemplu
22p2525222121 XX...XX Ļā=ā+Ī“++Ī“+Ī“ (XI.5)
unde
2
2
2
EA
l1ā
=Ļ reprezintÄ alungirea produsÄ de X2=1. Semnul minus apare pentru a
pune Ć®n concordanÅ£Ä convenÅ£ia pentru reprezentarea eforturilor Åi fenomenul fizic real
al deformÄrii axiale a barelor.
Deoarece Ć®n barele grinzilor cu zÄbrele apar numai eforturi axiale coeficienÅ£ii
necunoscutelor Åi termenii liberi se exprimÄ astfel
ā« ā
ā
==Ī“
b
1
2
i
2
i
ii
EA
ln
dx
EA
n
ā« ā
ā ā
=
ā
=Ī“
b
1
jiji
ij
EA
lnn
dx
EA
nn
(XI.6)
ā« ā
ā ā
=
ā
=ā
b
1
0
pi
0
pi
ip
EA
lNn
dx
EA
Nn
Eforturile finale se determinÄ prin suprapunere de efecte
nn2211
0
pp Xn...XnXnNN ++++= (XI.7)
Calculul grinzilor cu zÄbrele se organizeazÄ Ć®ntr-un tabel.
Problema 11.10 (fig.11.10) Se considerÄ secÅ£iunea 2A pentru tÄlpi Åi A pentru
diagonale Åi montanÅ£i.
- Fig.11.10 ā
3
1
3
2 4 6
3
7
5
33 3
8
30kN30kN 30kN30kN
X1SB
0,5 0,5
n1
3030
30 30Np
0
X1=1 Np
61. - 61 -
Problema 11.11 (fig.11.11) Aria secÅ£iunii transversale a tÄlpilor este 2A, iar a
montanÅ£ilor Åi diagonalelor este A.
- Fig.11.11 -
Tabelul 11.11
Bara A l
0
pN N1 N2
EA
ln2
1 ā
EA
ln2
1 ā
EA
lnn 21 ā
EA
lNn 0
p1 ā
EA
lNn 0
p2 ā
Np
1-2 A 3 0 2
2ā
0
EA2
3
0 0 0 0 8,694
1-3 2A 3 20 2
2ā
0
EA2
3
0 0 EA
215ā
0 28,694
1-4 A 23 220 1 0
EA
23
0 0
EA
120
0 15,99
2-3 A 23 0 1 0
EA
23
0 0 0 0 295,12ā
2-4 2A 3 -40 2
2ā
0
EA2
3
0 0
EA
230
0 306,31ā
3-4 A 3 0 2
2ā
2
2ā
EA2
3
EA2
3
EA2
3
0 0 0
3-5 2A 3 20 0
2
2ā
0
EA2
3
0 0
EA
215ā 694,8ā
3-6 A 23 0 0 1 0
EA
23
0 0 0 12,295
4-5 A 23 220 0 1 0
EA
23
0 0
EA
120ā
99,15ā
4-6 2A 3 0 0
2
2ā
0
EA2
3
0 0 0 694,8ā
5-6 A 3 0 0
2
2ā
0
EA2
3
0 0 0 694,8ā
5
3
1
2 4 6
3
3
3
40kN X1
SB Np
0
40 X2
40
20
20
40
n1
X1=1 X2=1
n2 Np
62. - 62 -
CoeficienÅ£ii necunoscutelor Åi termenii liberi
EA
985,12
EA
265,4
11
=
+
=Ī“ ;
EA
985,12
EA
265,4
22
=
+
=Ī“ ;
EA
5,1
2112 =Ī“=Ī“ ;
EA
213,141
EA
215120
p1 =
+
=ā ;
EA
213,141
EA
215120
p2 ā=
+
ā=ā
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+
=++
0213,141X985,12X5,1
0213,141X5,1X985,12
21
21
cu necunoscutele 295,12X1 ā= Åi 295,12X2 =
Eforturile finale, determinate cu relaţia 2211
0
pp
XnXnNN ++= sunt date Ʈn
tabelul 11.11.
Problema 11.12 (fig.11.12) Aria secÅ£iunii transversale a tÄlpilor este 2A, iar a
diagonalelor Åi montanÅ£ilor este A.
- Fig.11.12 -
RezolvĆ¢nd sistemul de ecuaÅ£ii au rezultat urmÄtoarele valori ale
necunoscutelor: 215,67X1 = , 130,55X2 ā= Åi 163,7X3 ā=
Eforturile finale sunt date Ʈn tabelul 11.12
Tabelul 11.12
Bara 1-2 1-3 2-3 2-4 2-5
Efortul -79,751 56,392 -24,624 -17,409 -55,130
Bara 3-4 3-5 4-5 4-6 4-7
Efortul 34,824 31,768 -23,167 8,673 -2,061
Bara 5-6 5-7 6-7 6-8 7-8
Efortul -7,163 -2.15 1,457 5.102 3,607
2
1
3
2 4 6
2
7
5
22 2
8
120kN
120
90 30Np
0
Np
n2
X2=1 X3=1
n3
120
X1
SB
X2 X3 0,5 0,5n1
X1=1
63. - 63 -
ARCE STATIC NEDETERMINATE
Arcele static nedeterminate sunt:
- arcul dublu articulat
- arcul cu tirant
- arcul dublu Ʈncastrat.
1. Arcul dublu articulat este o singurÄ datÄ static nedeterminat. CondiÅ£ia de
compatibilitate este 01 =ā sau dezvoltat
0X p1111 =ā+Ī“ (XI.8)
Ćn figura XI.5 este reprezentat arcul dublu articulat Åi sistemul de bazÄ ā arc
simplu rezemat. Eforturile unitare sunt ym1 ā= Åi Ļā= cosn1 .
- Fig.XI.5 -
Expresia coeficientului necunoscutei Åi a termenului liber conÅ£ine efectul
momentelor Ć®ncovoietoare Åi a forÅ£elor axiale.
ā«ā«ā«ā«
Ļ
+=+=Ī“ ds
EA
cos
ds
EI
y
ds
EA
n
ds
EI
m 222
1
2
1
11
ā«ā«ā«ā«
Ļ
āā=+=ā ds
EA
cosN
ds
EI
yM
ds
EA
Nn
ds
EI
Mm 0
p
0
p
0
p1
0
p1
p1
(XI.9)
AlegĆ¢nd ca elemente de comparaÅ£ie I0 Åi A0 se obÅ£ine
ā«ā« Ļ+=Ī“ dscos
A
I
dsy
I
I
EI 2020
110
ā«ā« Ļāā=ā dscosN
A
I
dsyM
I
I
EI 0
p
00
p
0
p10
(XI.10)
iar expresia necunoscutei are forma:
ā«ā«
ā«ā«
Ļ+
Ļ+
=
Ī“
ā
ā=
dscos
A
I
dsy
I
I
dscosN
A
I
dsyM
I
I
X
2020
0
p
00
p
0
11
p1
1 (XI.11)
Ćn cazul forÅ£elor gravitaÅ£ionale Åi a arcelor pleoÅtite se poate neglija efectul
forţelor axiale 0
p
N comparativ cu cel al momentelor Ʈncovoietoare 0
p
M .
a b c
y
x SB X1 X1=1y
x
H=1
64. - 64 -
DacÄ se considerÄ cazul arcului cu secÅ£iunea variabilÄ, legea de variaÅ£ie fiind
Ļ= cosAA 0 atunci integrala a doua de la numitor devine (cu Ļā = cosdsdx )
ā« ā« ā =ā =
Ļ
ā Ļ
Ļ
=Ļ LiL
A
I
cos
dx
cos
cosA
I
dscos
A
I 2
0
o
02
0
020
(XI.12)
Ćn aceste condiÅ£ii necunoscuta X1 capÄtÄ forma uzualÄ
2
0
20
0
p
0
11
p1
1
iLdsy
I
I
dsyM
I
I
X
ā +
=
Ī“
ā
=
ā«
ā«
(XI.13)
Deoarece integrarea directÄ este posibilÄ doar Ć®n cazuri simple de Ć®ncÄrcare
(regula lui VereÅciaghin nu se mai poate aplica deoarece bara este curbÄ), Ć®n practicÄ
se utilizeazÄ metode numerice de calcul.
Ćn acest scop se Ć®mparte arcul Ć®ntr-un numÄr de elemente de lungime finitÄ ās ā
elemente numite bolÅ£ari ā Åi calculĆ¢nd eforturile Ć®n centrul de greutate al bolÅ£arilor,
necunoscuta se obţine cu expresia:
2
0
2
0
p
1
iLWy
WyM
X
ā +
=
ā
ā (XI.14)
unde s
I
I
W 0
ā= .
Eforturile finale se deterrminÄ astfel:
1
0
p11
0
pp yXMXmMM ā=+=
Ļā=+= cosXNXnNN 1
0
p11
0
pp
(XI.15)
2. Arcul cu tirant (fig.XI.6) este tot o singurÄ datÄ static nedeterminat. Sistemul
de bazÄ se alege prin secÅ£ionarea tirantului.
- Fig.XI.6 -
Se obÅ£ine tot un arc simplu rezemat, dar trebuie sÄ se introducÄ Ć®n expresia
coeficientului necunoscutei Åi efectul efortului axial din tirant.
y
x
SB
X1
65. - 65 -
ā«ā«ā« ++=Ī“ dx
AE
n
ds
EA
n
ds
EI
m
tt
2
t
2
1
2
1
11
(XI.16)
sau cu notaţiile anterioare
2
t
2
0
20
110
iLiLdsy
I
I
EI ā +ā +=Ī“ ā« (XI.17)
unde s-a notat cu
tt
02
t
AE
IE
i
ā
ā
= , unde Et Åi At fiind caracteristicile tirantului, iar E Åi I0
ale arcului.
Necunoscuta are forma
)ii(ldsy
I
I
dsyM
I
I
X
2
t
2
0
20
0
p
0
1
+ā +
=
ā«
ā«
(XI.18)
3. Arcul dublu Ʈncastrat (fig.XI.7) este de trei ori static nedeterminat.
Pentru reducerea volumului de calcul se utilizeazÄ un procedeu de
ortogonalizare a diagramelor unitare, denumit procedeul transferÄrii necunoscutelor
Ć®n centrul elastic (fig. XI.7b). Ćn acest mod sistemul de ecuaÅ£ii va fi format din trei
ecuaÅ£ii fiecare ecuaÅ£ie conÅ£inĆ¢nd o singurÄ necunoscutÄ.
- Fig.XI.7 -
Deoarece sistemul de bazÄ este simetric, diagramele m1 Åi m2 sunt simetrice, iar
diagrama m3 este antisimetricÄ. Din condiÅ£ia ca 02112 =Ī“=Ī“ rezultÄ lungimea
consolelor Ć®n vĆ¢rful c!rora au fost transferate necunoscutele.
Eforturile unitare Ć®n secÅ£iunea curentÄ sunt:
ym1 ā= ; Ļā= cosn1 ;
1m2 = ; 0n2 = ; (XI.19)
xm3 = ; Ļ= sinn3
deci
ā«ā«ā« ā=+=Ī“=Ī“ ds
EI
y
ds
EA
nn
ds
EI
mm 2121
2112
sau
x
a b
y
X1
X2
X3
X1
X2
X3
x
y
yā c
y
66. - 66 -
( ) 0ds'yc
I
I
I
I 0
12
0
=ā=Ī“ ā« (XI.20)
de unde rezultÄ
ā«
ā«
=
ds
I
I
ds'y
I
I
c
0
0
(XI.21)
Å¢inĆ¢nd seama de aproximaÅ£iile fÄcute la arcul dublu articulat Åi introducĆ¢nd Åi
urmÄtoarele aproximaÅ£ii
0dssin
A
I 20
āĻā« Åi 0dssinN
A
I 0
p
0
āĻā« (XI.22)
necunoscutele vor avea expresiile
2
0
20
0
p
0
1
ildsy
I
I
dsyM
I
I
X
ā +
=
ā«
ā«
;
ā«
ā«
ā=
ds
I
I
dsM
I
I
X
0
0
p
0
2 (XI.23)
ā«
ā«
ā=
dsx
I
I
dsxM
I
I
X
20
0
p
0
3
Pentru calculul prin bolÅ£ari expresiile centrului elastic Åi ale necunoscutelor
devin:
ā
ā=
W
yW
c
2
0
2
0
p
1
ilWy
WyM
X
ā +
=
ā
ā ;
ā
āā=
W
WM
X
0
p
2 ;
ā
āā=
Wx
WxM
X 2
0
p
3 (XI.24)
DacÄ Ć®ncÄrcarea este simetricÄ 0X1 ā Åi 0X2 ā iar 0X3 = . Eforturile sunt:
21
0
p2211
0
pp XyXMXmXmMM +ā=++=
Ļā=++= cosXNXnXnNN 1
0
p2211
0
pp
(XI.25)
DacÄ Ć®ncÄrcarea este antisimetricÄ 0X1 = Åi 0X2 = iar 0X3 ā . Eforturile sunt:
3
0
p33
0
pp xXMXmMM +=+=
Ļ+=+= sinXNXnNN 3
0
p33
0
pp (XI.26)
67. - 67 -
APLICAÅ¢II
SÄ se traseze diagramele de momente Ć®ncovoietoare Åi de forÅ£Ä axialÄ la
urmÄtoarele arce
Problema 11.13 (fig.11.13) Arcul este parabolic cu secÅ£iune constantÄ
(bxh=40x60cm2
).
- Fig.11.13 -
ĆncÄrcarea fiind simplÄ se va utiliza integrarea directÄ. Expresia necunoscutei ā
Ć®n cazul secÅ£iunii constante este
2
0
2
0
p
1
iLdsy
dsyM
X
ā +
=
ā«
ā«
Expresiile momentelor Ć®ncovoietoare Ć®n secÅ£iunea curentÄ sunt: ym1 ā= ,
2
Px
M0
p = , iar 2
L
)xL(fx4
y
ā
=
ā« ā« ==ā
ā
= 10800
48
fPL5
dx
2
Px
L
)xL(fx4
2dsyM
22
L
0
2
9
p
6,57
15
Lf8
dx
L
)xL(xf16
dsy
22
L
0
4
222
2
==
ā
= ā«ā«
36,0
12
6,0
12
12
h
L
A
I
LiL
22
2
0
=ā ===ā
335,186
96,57
10800
X1 ==
6
P=240kNy
x
SB
X1y
x 120
3
P=240kN
120
2
Px
4
PL
Mp
0
6
59,25 59,25
Mp
161 216,61 216,61
220,22 220,22186,335
Np
_
68. - 68 -
Calculul momentelor Ʈncovoietoare: 1
0
pp
yXMM ā=
- secţiunea de la cheie
kNm161335,1863720Xf
4
PL
M 1c
=ā ā=ā ā=
- secţiunea de la sfertul deschiderii
kNm25,5925,419360Xf
4
3
4
L
2
P
M 1s ā=ā=ā āā =
Calculul forÅ£elor axiale: Ļā= cosXNN 1
0
pp
- secÅ£iunea de la naÅteri: 707,0cos 1 =Ļ ; 707,0sin 1 =Ļ
kN61,216cosXsin
2
P
N 1111 ā=ĻāĻā=
- secÅ£iunea de la sfert: 894,0cos s =Ļ ; 447,0sin s =Ļ
kN22,220cosXsin
2
P
N s1ss
ā=ĻāĻā=
- secÅ£iunea de la cheie: 1cos c =Ļ ; 0sin c =Ļ
kN335,186cosXN c1c ā=Ļā=
Problema 11.14 (fig.11.14) Arcul de la aplicaÅ£ia precedentÄ, Ć®ncÄrcat cu o forÅ£Ä
uniform distribuitÄ pe jumÄtate de deschidere.
- Fig.11.14 -
Arcul fiind acelaÅi se va calcula numai termenul liber (numÄrÄtorul expresiei
necunoscutei X1)
6
20kN/my
x
SB
X1y
x 90
3
20
30Mp
0
6
52,59
37,41
Mp
1,12 103,68
61,254
64,034 64,03456,627
Np
_
A
B
180
69. - 69 -
Pe prima jumÄtate a arcului 20
p
x10x90
2
x
x20x90M ā=ā=
ā« ā« =āā
ā
= 2106dx)x10x90(
L
)xL(fx4
dsyM
2
L
0
2
2
9
p
Pe jumÄtatea din dreapta a arcului x30M0
p =
ā« ā« =ā
ā
= 1350xdx30
L
)xL(fx4
dsyM
2
L
0
2
9
p
Deci
ā« =+= 345613502106dsyM9
p
Calculul necunoscutei
627,56
96,57
3456
X1 ==
Calculul momentelor Ʈncovoietoare
- secţiunea de la cheie
kNm12,1627,563180Mc =ā ā=
- secÅ£iunea de la sfert pe jumÄtatea din stĆ¢nga a arcului
kNm59,52627,563
4
3
5,1320390Ms
=ā āā ā āā =
- secÅ£iunea de la sfert pe jumÄtatea din dreapta a arcului
kNm41,37627,563
4
3
330Ms
ā=ā āā =
Calculul forţelor axiale:
- secÅ£iunea A 707,0cos A =Ļ ; 707,0sin A =Ļ
kN68,103cos627,56sin90N AA1 ā=ĻāĻā=
- secÅ£iunea de la sfert pe jumÄtatea din stĆ¢nga a arcului 894,0cos s =Ļ ;
447,0sin s =Ļ
kN034,64sin320cos627,56sin90N ssss ā=Ļā +ĻāĻā=
- secÅ£iunea de la cheie: 1cos c =Ļ ; 0sin c =Ļ
kN627,56cos627,56N cc ā=Ļā=
- secÅ£iunea de la sfert pe jumÄtatea din dreapta a arcului 894,0cos s =Ļ ;
447,0sin s =Ļ
kN034,64cos627,56sin30N sss ā=ĻāĻā=
- secÅ£iunea B 707,0cos A =Ļ ; 707,0sin A =Ļ
kN254,61cos627,56sin30N AAB ā=ĻāĻā=
Diagramele de eforturi sunt date Ʈn figura 11.14.
70. - 70 -
Problema 11.15 (fig.11.15) Arcul parabolic cu tirant are urmÄtoarele
caracteristici:
- Arcul Eb=300000daN/cm2
, bxh=40x60cm2
.
- Tirantul Et=2100000daN/cm2
, At=34cm2
.
- Fig.11.15 -
Arcul este acelaÅi de la aplicaÅ£ia 11.13. Ćn acest caz avĆ¢nd tirant se modificÄ
coeficientul necunoscutei.
ā«ā«ā« ++=Ī“ dx
AE
n
ds
EA
n
ds
EI
m
tt
2
t
2
1
2
1
11
unde ym1 ā= , Ļā= cosn1 , 1nt +=
ā«ā«ā« +Ļ+=Ī“ dx1
AE
EI
dscos
A
I
dsy
I
I
EI 2
tt
02020
110
Deoarece arcul are secÅ£iune constantÄ I0=I rezultÄ
6,57dx
L
)xL(fx4
2dsy
2
L
0
2
2
2
==ļ£ŗļ£»
ļ£¹
ļ£Æļ£°
ļ£® ā
= ā«ā«
36,0iLdscos
A
I 2
0
20
=ā =Ļā«
63,3
1034101,2
1072103
12iLds1
AE
EI
48
47
2
t
2
tt
0
=
ā ā ā
ā ā ā
=ā = ā
ā
ā«
10800dsyMEI 0
pp10 ā=ā=ā ā«
Necunoscuta, efortul din tirant, este
kN353,175
63,336,060,57
10800
X
11
p1
1 =
++
=
Ī“
ā
ā=
6
P=240kN
SB
X1
120
3
P=240kN
120Mp
0
6
34,454
Mp
193,94 208,646
208,646
210,405 210,405175,353
Np
_ 720
34,454
71. - 71 -
Se constatÄ cÄ Ć®n cazul arcului cu tirant, efortul Ć®n tirant este mai mic decĆ¢t
reacÅ£iunea orizontalÄ a arcului dublu articulat, Åi aceasta deoarece tirantul este un
element deformabil.
Calculul momentelor Ʈncovoietoare
kNm94,193353,17536120Mc =ā āā =
kNm544,34353,1753
4
3
3120Ms
ā=ā āā =
Calculul forţelor axiale
kN846,208cos353,175sin120N AAA ā=ĻāĻā=
unde 707,0cos A =Ļ ; 707,0sin A =Ļ
kN405,210cos353,175sin120N sss ā=ĻāĻā=
unde 894,0cos s =Ļ ; 447,0sin s =Ļ
kN353,175XN 1c ā=ā=
kN353,175XN 1t +=+=
Problema 11.16 (fig.11.16) Se va utiliza calculul prin bolţari. Arcul este
circular din beton armat, avĆ¢nd secÅ£iunea transversalÄ constantÄ, bxh=40x70cm2
, raza
R=22,62m Åi unghiul la centru 0
842 =Īø .
ForÅ£ele sunt aplicate simetric Ć®n secÅ£iunile 2,3,4,5 Åi 6.
- Fig.11.16 -
Calculul elementelor geometrice
m27,30669,062,222sinR2L =ā ā =Ī±=
m81,5)743,01(62,22)cos1(Rf =āā =Ī±ā=
y
x
5,81
R=22,62
20
20
20 20 20 20
20
20
20
20
16,81
ĪøĪø
30,27
1
2
0
5
4
3
76
Īø0
Īø1
Īø2
Īø3
Īø4
Īø5
Īø6
y
x
72. - 72 -
Arcul se Ć®mparte Ć®n 12 elemente de lungime constantÄ m76,2R
180
n
s =ā
Ļ
=ā .
Calculul se dezvoltÄ pe jumÄtate de arc. Coordonatele centrelor de greutate ale
bolÅ£arilor precum Åi ale secÅ£iunilor 0 Åi 7 sunt date Ć®n tabelul 11.16.1. RelaÅ£iile de
calcul sunt ii sinRsinRx ĪøāĪ±= ; Ī±āĪø= cosRcosRy ii
Tabelul 11.16.1
Sectiunea Īøi sinĪøi cosĪøi xi yi
0 420
0,669 0,743 0 0
1 380
30ā 0,622 0,784 1,065 0,924
2 310
30ā 0,522 0,853 3,327 2,485
3 240
30ā 0,415 0,910 5,748 3,774
4 170
30ā 0,301 0,954 8,327 4,769
5 100
30ā 0,182 0,983 11,018 5,425
6 30
30ā 0,061 0,998 13,755 5,764
7 0 0 1,000 15,135 5,810
Expresia necunoscutei, Ć®n condiÅ£ia .cts =ā , I=ct., este
siLy
yM
iLsy
syM
X 2
0
2
0
p
2
0
2
0
p
1
āā +
=
ā +ā
ā
=
ā
ā
ā
ā
Momentele Ʈncovoietoare 0
pM Åi eforturile axiale 0
pN calculate cu relaţiile
āāā = iji0i
0
p dPxVM
unde di este distanÅ£a de la forÅ£a curentÄ la secÅ£iunea i.
ā ĪøāĪøā= iji0i
0
p sinPsinVN
sunt date Ʈn tabelul 11.16.2.
Tabelul 11.16.2
Sectiunea
0
p
M y
0
p
yM y2
sinĪøi
0
p
N
1 106,50 0,924 98,406 0,854 0,622 -62,20
-52,20
2 332,70 2,485 826,759 6,175 0,522
-41,76
-33,20
3 526,38 3,774 1986,558 14,243 0,415
-24,90
-18,06
4 681,12 4,769 3248,261 22,743 0,301
-12,04
-7,28
5 788,76 5,425 4279,023 29,431 0,182
-3,64
-1,22
6 834,50 5,764 4810,058 33,224 0,061
0
Termenii din expresia necunoscutei se calculeazÄ pe arcul Ć®ntreg deoarece
sistemul de bazÄ este arc simplu rezemat
13,30498065,152492yM2 0
p =ā =ā 34,21367,1062y2 2
=ā =ā
74. - 74 -
Problema 11.17 (fig.11.18) Arcul este circular Åi realizat din beton armat
avĆ¢nd secÅ£iunea bxh=120x60cm2
. Deschiderea arcului este L=34,78m iar sÄgeata este
f=13,34m. Se va efectua calculul prin bolţari.
- Fig.11.18 -
Calculul elementelor geometrice ale arcului. CunoscĆ¢nd deschiderea Åi sÄgeata
se determinÄ raza arcului Åi unghiul la centru.
( )2
2
2
fR
2
L
R ā+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
= m00,18
2
f
f8
L
R
2
=+=
966,0
R2
L
sin ==Ī± 0
75=Ī±
Arcul fiind simetric calculul se va efectua pe semistructurÄ prin transferarea
necunoscutelor Ć®n centrul elastic. Semiarcul se Ć®mparte Ć®n zece bolÅ£ari de lungime
egalÄ.
Coordonatele centrelor de greutate ale bolÅ£arilor precum Åi ale secÅ£iunilor A Åi
B sunt date Ʈn tabelul 11.17.1
Relaţiile de calcul pentru coordonatele centrelor de greutate sunt:
Ī±
yā
x
i
R
L/2
f=13,34
L=34,78
P3
P3
P5 P5
P7 P7
P9
P9
PB
1
2
A
5
4
3
7
98
6
10
f
xā
Īøi
B
A
Ī±
'
i
x
'
i
y
B
y
c
X2
X1
C
75. - 75 -
i
'
i sinRx Īø= ; )cos1(Ry i
'
i Īøā=
ii sinRsinRx ĪøāĪ±= ; Ī±āĪø= cosRcosRy ii
Tabelul 11.17.1
Sectiunea Īøi sinĪøi cosĪøi
'
i
x '
i
y
A 750
0,966 0,259 17,390 13,340
1 710
15ā 0,947 0,321 17,046 12,222
2 630
45ā 0,897 0,442 16,146 10,040
3 560
15ā 0,831 0,555 14,958 8,000
4 480
45ā 0,752 0,659 13,356 6,138
5 410
15ā 0,659 0,752 11,862 4,464
6 330
45ā 0,555 0,831 10,000 3,042
7 260
15ā 0,442 0,897 7,956 1,854
8 180
45ā 0,321 0,947 5,778 0,954
9 110
15ā 0,195 0,980 3,510 0,360
10 30
45ā 0,065 0,998 1,170 0,036
B 0 0 1 0 0
PoziÅ£ia centrului elastic ( de coordonatÄ c) se determinÄ cu relaÅ£ia
ā
ā=
W
Wy
c
'
unde ss
I
I
W 0
ā=ā=
deoarece secÅ£iunea transversalÄ a arcului este constantÄ, iar lungimea bolÅ£arului este
m356,2R
180
n
s =ā
Ļ
=ā
Calculul coordonatei centrului elastic ācā, coordonatele centrelor de greutate
ale bolÅ£arilor, Ć®n sistemul de axe xCy precum Åi termenii yW Åi y2
W, necesari Ʈn
calculul necunoscutelor este prezentat Ʈn tabelul 11.17.2.
Tabelul 11.17.2
Sectiunea yā W yāW y yW y2
W
10 0,036 2,356 0,085 4,674 11,012 51,470
9 0,360 2,356 0,850 4,350 10,249 44,581
8 0,954 2,356 2,247 3,756 8,849 33,237
7 1,854 2,356 4,368 2,856 6,728 19,217
6 3,042 2,356 7,167 1,668 3,930 6,555
5 4,464 2,356 10,517 0,246 0,579 0,142
4 6,138 2,356 14,461 -1,428 -3,364 4,804
3 8,000 2,356 18,848 -3,290 -7,751 25,501
2 10,040 2,356 23,654 -5,330 -12,557 66,931
1 12,222 2,356 28,795 -7,512 -17,698 132,949
76. - 76 -
56,23W =ā 992,110W'y =ā m710,4
56,23
992,110
W
W'y
c ===
ā
ā
Momentele Ʈncovoietoare 0
pM Åi eforturile axiale 0
pN pe sistemul de bazÄ sunt
calculate Ʈn tabelul 11.17.3.
ForÅ£ele concentrate sunt aplicate Ć®n secÅ£iunile 3,5,7,9,B Åi au valorile
P3=180kN, P5=150kN, P9=180kN PB=200kN. Pentru calculul pe semistructurÄ se ia
kN100
2
PB
= .
Tabelul 11.17.3
SecÅ£iunea ā +++ ā ā+= 1i
'
i
'
1i1ii P)xx(MM ā iP sinĪøi
0
pN
B MB=0 100 0 0
10 117170,11000M10 ā=ā ā= 100 0,065 -6,50
-19,50
9 35134,2100117M9 ā=ā āā= 280 0,195
-54,60
8 04,986268,2280351M8 ā=ā āā= 280 0,321 -89,88
-123,76
7 88,1595178,228004,986M7 ā=ā āā= 430 0,442
-190,06
6 80,2474044,243088,1595M6 ā=ā āā= 430 0,555 -238,65
-283,87
5 46,3275862,143080,2474M5 ā=ā āā= 580 0,659
-383,22
4 38,4246674,158046,3275M4 ā=ā āā= 580 0,752 -436,16
-481,98
3 14,5071422,158038,4246M3 ā=ā āā= 760 0,831
-631,56
2 02,5974188,176014,5071M2 ā=ā āā= 760 0,897 -681.72
1 02,665890,076004,5974M1 ā=ā āā= 760 0,947 -719,72
A 46,6919344,076002,6658MA ā=ā āā= 760 0,966 -734,16
Expresiile necunoscutelor sunt
2
0
2
0
p
1
iLWy
WyM
X
ā +
=
ā
ā ;
ā
āā=
W
WM
X
0
p
2
Din tabelul 11.17.2 rezultÄ
56,23W =ā
327,385Wy2
=ā
Termenul liber 2
0iLā pe semistructurÄ are valoarea
522,0
12
60,0
78,34
2
1
iL
2
1 2
2
0
=ā =ā
CeilalÅ£i termeni din expresiile necunoscutelor sunt calculaÅ£i Ć®n tabelul 11.17.4.
78. - 78 -
Problema 11.18 (fig.11.19) Se considerÄ arcul circular de la problema 11.17,
supus presiunii hidrostatice pn=30kN/m. Se cunosc 0
75=Ī± , R=18,00 m.
- Fig.11.19 -
Cu datele geometrice prevÄzute rezultÄ L=34,78m Åi f=13,34m.
PoziÅ£ia centrului elastic este datÄ de relaÅ£ia
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
ā=
Īø
ĪøĪøā
==
ā«
ā«
ā«
ā«
Ī±
Ī±
sin
1R
Rd
d)cos1(R
ds
ds'y
c
0
0
m718,4
309,1
9659,0
1818c =ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
ā=
x
f
2
L
p
Ī±R
y
c
X1
Ī±
2
L
yā
y
6,294
9,74
6,294
1,701,70
Mp
Np
_
539,813 539,813
539,427 539,427
539,277
79. - 79 -
CalculatÄ prin bolÅ£ari, poziÅ£ia centrului elastic a fost datÄ de valoarea c=4,710m
(deci o bunÄ aproximaÅ£ie).
ConsiderĆ¢nd ca sistem de bazÄ pentru Ć®ncÄrcarea āpā arcul cu trei articulaÅ£ii ā
care este arc de coincidenÅ£Ä ā rezultÄ Ć®n arc numai forÅ£Ä axialÄ de compresiune
pRN0
p ā= . Ćn aceste condiÅ£ii 0M0
p ā” Åi rezultÄ 0X1 ā , 0X2 = .
Ecuaţia de condiţie va fi
0X p1111 =ā+Ī“
Calculul coeficientului necunoscutei X1 este
ā«ā«ā«ā« Īø+=+=Ī“ dscosidsydsnidsmEI 2222
1
22
111
Deoarece ( ) ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
āĪø=Īøāāļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
ā=ā=
sin
cosRcos1R
sin
1R'ycy , iar
Īø= Rdds se obÅ£ine
90,775
2
2sin
1Ri
sin2
2
2sin
1REI 2
2
2
3
11 =ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
+Ī±+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
ā
Ī±
Ī±
+Ī±=Ī“
Calculul termenului liber
Ī±=Īøāā Īøā==ā ā«ā«
Ī±
sinipR2Rd)pR()cos(i2dsNniEI 22
0
20
p1
2
p1
=563,32
Expresia necunoscutei
723,0
90,775
32,563
2
2sin
1Ri
sin2
2
2sin
1R
sinipR2
X
2
2
2
3
22
11
p1
1 ā=ā=
ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
+Ī±+ļ£·
ļ£ø
ļ£¶
ļ£¬
ļ£
ļ£«
Ī±
Ī±
ā
Ī±
Ī±
+Ī±
Ī±
=
Ī“
ā
ā=
Calculul momentelor Ʈncovoietoare finale
- la cheie
kNm74,9723,0718,4XyXmM 1c11c =ā ā=ā==
- la naÅteri
kNm294,6723,0)718,434,13(XyXmM 1n11n ā=ā āā=ā==
- la sfertul deschiderii
kNm70,1723,0322,2XyXmM 1s11s ā=ā ā=ā==
Calculul forţei axiale
- la cheie
kN277,539723,01830XpRN 1c ā=+ā ā=+ā=
- la naÅteri
kN813,539259,0723,01830cosXpRN n1n ā=ā +ā ā=Ī±+ā=
- la sfertul deschiderii
kN427,539793,0723,01830cosXpRN s1s ā=ā +ā ā=Ī±+ā=
Diagramele de eforturi sunt date Ʈn figura 11.19.
80. - 80 -
METODA DEPLASÄRILOR
CAPITOLUL XII
PRINCIPIILE METODEI DEPLASÄRILOR
Metoda deplasÄrilor este o metodÄ generalÄ pentru calculul structurilor
alcÄtuite din bare: cadre, grinzi continue sau grinzi cu zÄbrele avĆ¢nd noduri rigide.
Starea de eforturi care se dezvoltÄ Ć®ntr-o barÄ a unei structuri poate fi determinatÄ
dacÄ se cunosc forÅ£ele ce acÅ£ioneazÄ asupra barei, precum Å£i deplasÄrile secÅ£iunilor de
la capete ā translaÅ£ii Åi rotiri. AceastÄ observaÅ£ie constituie baza calculului structurilor
prin metoda deplasÄrilor. Se reamitesc aici caractreisticile nodurilor unei structuri
alcÄtuite din bare:
- secÅ£iunile de capÄt ale barelor ce converg Ć®ntr-un nod rigid se rotesc cu acelaÅi
unghi Åi au aceeaÅi translaÅ£ie;
- secÅ£iunile de capÄt ale barelor ce converg Ć®ntr-un nod articulat au aceeaÅi
translaÅ£ie, rotirea relativÄ fiind liberÄ.
Ćn formularea clasicÄ a principiilor metodei deplasÄrilor ā Ć®n vederea reducerii
numÄrului de necunoscute se admite prin ipotezÄ cÄ lungimile barelor nu variazÄ prin
trecerea din poziÅ£ia iniÅ£ialÄ Ć®n poziÅ£ia deformatÄ.
Prin aceastÄ condiÅ£ie structurile se clasificÄ Ć®n douÄ categorii: structuri cu noduri fixe
Åi structuri cu noduri deplasabile.
Structurile cu noduri fixe sunt acele structuri la care prin deformaresub
acÅ£iunea forÅ£elor exterioare, nodurile efectueazÄ numai rotiri, translaÅ£iile fiind blocate
de legÄturile exterioare. (fig. XII.1,a).
Structurile cu noduri deplasabile sunt acele structuri la care prin deformare, sub
acÅ£iunea forÅ£elor exterioare, nodurile efectueazÄ atĆ¢t rotiri cĆ¢t Åi translaÅ£ii
(fig. XII.1,b).
- Fig.XII.1 -
Pentru a stabili cÄ o structurÄ face parte dintr-o categorie sau alta se procedeazÄ
Ć®n modul urmÄtor:
- nodurile rigide se transformÄ Ć®n noduri articulate, iar Ć®ncastrÄrile cu baza se
transformÄ Ć®n articulaÅ£ii, obÅ£inĆ¢nd structura auxiliarÄ,
- structura auxiliarÄ se analizeazÄ din punct de vedere cinematic, utilizĆ¢nd
urmÄtoarea relaÅ£ie:
a b
81. - 81 -
SA2B3W āā= (XII.1)
unde B reprezintÄ numÄrul de bare, A numÄrul de articulaÅ£ii simple, iar S numÄrul de
reazeme simple.
- dacÄ 0W ā¤ structura auxiliarÄ nu are grade de libertate cinematicÄ, iar
structura realÄ este o structurÄ cu noduri fixe (fig. XII.2,a Åi b),
- dacÄ 0W > , structura auxiliarÄ are un numÄr de grade de libertate
cinematicÄ, iar structura realÄ este o structurÄ cu noduri deplasabile, avĆ¢nd
acelaÅi numÄr de grade de libertate elasticÄ (fig.XII.2,c Åi d).
- Fig.XII.2 -
Excepţii de la regula (XII.1) sunt:
- cadrele care au un tirant (fig.XII.3,a). Deoarece tirantul este o barÄ
deformabilÄ axial, el nu suprimÄ deplasarea pe direcÅ£ia gradului de libertate, ci
o limiteazÄ la deformarea sa;
- cadrele care au o riglÄ curbÄ, au un grad de libertate Ć®n plus, comparativ cu
acelaÅi cadru care ar avea rigla rectilinie (fig.XII.3,b Åi c).
- Fig.XII.3 -
Åi Ć®n metoda deplasÄrilor calculul se conduce pe un sistem de bazÄ obÅ£inut prin
blocarea tuturor deplasÄrilor posibile ale nodurilor structurii ā rotiri Åi translaÅii
(fig.XII.4,a Åi b).
Pentru blocarea rotirii unui nod rigid se utilizeazÄ blocajul de nod, iar pentru
blocarea translaÅ£iei pe direcÅ£ia unui grad de libertate se utilizeazÄ legÄtura de grad de
libertate.
a b
c d
Structura auxiliara
06243W =ā āā =
Structura auxiliara
17253W =ā āā =
Structura auxiliara
216253W =āā āā =
e f
W =1
ca
W =2
b
W =2
82. - 82 -
Blocajul de nod este o legÄturÄ simplÄ care suprimÄ rotirea nodului, dar lasÄ
liberÄ translaÅ£ia acesteia. Echivalentul mecanic al unui blocaj de nod este o reacÅ£iune
moment.
LegÄtura de grad de libertate este o legÄturÄ simplÄ care suprimÄ translaÅ£ia
nodului Åi lasÄ liberÄ rotirea acesteia. Echivalentul mecanic alunei legÄturi de grad de
libertate este o reacÅ£iune forÅ£Ä.
- Fig.XII.4 -
Sistemul de bazÄ, Ć®n metoda deplasÄrilor, are urmÄtoarele caracteristici:
- este unic,
- este format din douÄ tipuri de bare: bare dublu Ć®ncastrate Åi bare
Ć®ncastrate la o extremitae Åi articulate la cealaltÄ,
- este multiplu static nedeterminat comparativ cu structura realÄ.
Sistemul de bazÄ va fi Ć®ncÄrcat cu forÅ£ele reale Åi cu deplasÄrile nodurilor
(iniÅ£ial necunoscute). Sub acÅ£iunea acestor Ć®ncÄrcÄri Ć®n legÄturile suplimentare vor
apÄrea reacÅ£iuni. ReacÅ£iunea totalÄ se obÅ£ine prin suprapunerea de efecte. Deoarece
aceste legÄturi suplimentare sunt fictive, condiÅ£ia ca ele sÄ nu existe este ca
echivalentul lor mecanic sÄ fie egal cu zero. Deci 0R1 = , 0R2 = , . . . , 0Rn = unde
0RZr...ZrZrR
0RZr...ZrZrR
0RZr...ZrZrR
npnnn22n11nn
p2nn22221212
p1nn12121111
=++++=
=++++=
=++++=
M
(XII.2)
Ćn sistemul de ecuaÅ£ii (XII.2), elementele componente au urmÄtoarele
semnificaţii:
- Z1, Z2, ā¦ , Zn ā sunt deplasÄrile necunoscute ale nodurilor ā rotiri Åi
translaţii,
- r11, r22, ā¦ , rnn ā coeficienÅ£ii necunoscutelor principale sunt reacÅ£iuni unitare,
produse de deplasÄri egale cu unitatea pe direcÅ£ia lor cĆ¢nd acestea acÅ£ioneazÄ
asupra sistemului de bazÄ. Aceste reacÅ£iuni sunt totdeauna pozitive.
- r12, r13, ā¦ , rij ā coeficienÅ£ii necunoscutelor secundare sunt reacÅ£iuni unitare.
Aceste reacţiuni pot fi pozitive, negative sau egale cu zero.
- R1p, R2p, ā¦ , Rnp ā termenii liberi sunt reacÅ£iuni produse Ć®n legÄturile
suplimentare de forţele exterioare. Aceste reacţiuni pot fi pozitive, negative sau
egale cu zero.
a
b
SB
Z1 P Z2
SB
Z2 Z3
Z1
P1
Z4
Z5
Z6
P2
2 necunoscute
rotiri
6 necunoscute
(4rotiri + 2 translatii)
83. - 83 -
Ćn vederea sistematizÄrii calculului prin metoda deplasÄrilor se adoptÄ o
convenÅ£ie de semne, atĆ¢t pentru rotiri de nod, rotiri de barÄ cĆ¢t Åi pentru momente
Ć®ncovoietoare. Sensul pozitiv este sensul acelor de ceasornic. Ćn figura XII.5 sunt
prezentate cĆ¢teva exemple.
- Fig.XII.5 -
Momentele Ć®ncovoietoare produse din Ć®ncÄrcarea cu forÅ£e pe barele sistemului
de bazÄ sunt date Ć®n tabelul 11.1 (paragraful grinzi continue).
Tabelul 11.1
Bara Diagrama de moment
Ʈncovoietor
Momentul
Ʈncovoietor
Īøi
j
i Mij
Mji
iij i4M Īø=
iji i2M Īø=
1
ijĻ
i
j
Mij
Mji
ijjiij
i6MM Ļ==
Īøi
ki
Mik
iik i3M Īø=
1
ikĻ
i
k
Mik
ikik i3M Ļ=
m omente pe bara
ā
L
ā
=Ļ
m omente pe nod
+
+_ _
+
_
+_
Īøi
84. - 84 -
Pentru cazul Ć®ncÄrcÄrii cu rotiri de nod sau translaÅ£ii de nod eforturile sunt date
Ʈn tabelul XII.1, unde s-a notat
L
EI
i = (rigiditatea practicÄ a barei).
Eforturile, dupÄ rezolvarea sistemului de ecuaÅ£ii, se determinÄ astfel:
- pentru structuri cu noduri fixe ( momente pe nod)
jijiijijij i2i4M ĪøāĪøā= Ī
jijiijjiji i4i2M ĪøāĪøā= Ī
iikikik i3M Īøā= Ī
- pentru structurile cu noduri deplasabile
ijijjijiijijij i6i2i4M Ļ+ĪøāĪøā= Ī
ijijjijiijjiji i6i4i2M Ļ+ĪøāĪøā= Ī
ikikiikikik i3i3M Ļ+Īøā= Ī
Ćn relaÅ£iile (XII.3) Åi (XII.4) simbolurile Ć®Åi conÅ£in semnul, deoarece forÅ£e pot
avea sensuri diferite.
Structurile simetrice se rezolvÄ prin metoda deplasÄrilor utilizĆ¢nd procedee
cunoscute Åi anume procedeul necunoscutelor grupate Åi procedeul semistructurilor.
Un caz particular, care introduce Åi elemente specifice metodei ā este cazul
barei dublu Ć®ncastrate Åin sistemul de bazÄ, intersectate de axa de simetrie la mijlocul
deschiderii sale Åi este Ć®ncÄrcatÄ cu rotiri grupate simetric Åi grupate antisimetric
(fig.XII.6).
Gruparea simetricÄ Gruparea antisimetricÄ
iijjijiijij i2i2i4M Īøā=Īø+Īøā= iijjijiijij i6i2i4M Īøā=ĪøāĪøā=
Din cele de mai sus rezultÄ cÄ, Ć®n gruparea simetricÄ bara se comportÄ ca avĆ¢nd
rigiditatea pe jumÄtate, comparativ cu situaÅ£ia Ć®ncÄrcÄrii cu o singurÄ rotire, iar Ć®n
gruparea antisimetricÄ bara se comportÄ ca avĆ¢nd rigiditatea o datÄ Åi jumÄtate,
comparativ cu situaÅ£ia Ć®ncÄrcÄrii cu o singurÄ rotire.
85. - 85 -
APLICAÅ¢II
A. STRUCTURI CU NODURI FIXE. La structurile cu noduri fixe, sistemul de
bazÄ se obÅ£ine prin introducerea de blocaje de nod Ć®n nodurile rigide. ReacÅ£iunea
moment dintr-o asemenea legÄturÄ se obÅ£ine scriind echilibrul momentelor din jurul
fiecÄrui nod, atĆ¢t din diagramele unitare, cĆ¢t Åi din diagrama 0
pM .
SÄ se traseze diagramele de eforturi la urmÄtoarele structuri cu noduri fixe.
Problema 12.1 (fig.12.1)
- Fig.12.1 -
4
1
SB
Z1
40kN
3I
20kN/m
2I
I
2
3
64,54,5
6
2i0 2i0
i0
Z1=1
4i0
6i0
8i0
4i0
2i0
m1
M p
0
90
4545
M p
7565
35
40
10
5
16,67
23,33
72,5
47,5
+ +
_ _
_
2,5
NpTp
_
95,83
2,5
+
86. - 86 -
Din analiza structurii auxiliare rezultÄ
014233W =āā āā =
deci nu existÄ grade de libertate cinematice, iar structura realÄ este o structurÄ cu
noduri fixe.
AlegĆ¢nd o rigiditate practicÄ de comparaÅ£ie
6
EI
i0 = , pentru barele sistemului de
bazÄ se obÅ£ine:
012 i2
9
EI3
i == ; 013 i
6
EI
i == ; 014 i2
6
EI2
i ==
ĆncÄrcĆ¢nd sistemul de bazÄ cu rotirea Z1=1 rezultÄ diagrama m1, iar Ć®ncÄrcĆ¢nd
cu forÅ£ele exterioare rezultÄ diagrama 0
p
M . Momentele de Ć®ncastrare perfectÄ, produse
de forţe sunt:
kNm45
8
940
8
PL
2112 =
ā
==ā= MM ; kNm90
8
620
8
pL 22
14
=
ā
==M
Ecuaţia de condiţie are forma
0RZr p1111 =+
Calculul reacÅ£iunii r11. Se secÅ£ioneazÄ barele din jurul nodului 1 din diagrama
m1 Åi se scrie echilibrul momentelor
01100011 i18r;0i8i4i6r ==āāā
Calcul reacÅ£iunii R1p. Se secÅ£ioneazÄ barele din jurul nodului 1, Ć®n diagrama
0
pM Åi se scrie echilibrul momentelor
45;04590R p1p1 ā==ā+ R
Calculul necunoscutei
0011
p1
1
i
5,2
i18
45
r
R
Z ==ā=
Momentele Ć®ncovoietoare finale se obÅ£in prin suprapunerea efectelor:
11
0
pp ZmMM +=
kNm65
i
5,2
i845M
0
012 ā=ā āā= ; kNm35
i
5,2
i445M
0
021 +=ā ā+=
kNm10
i
5,2
i4M
0
013 ā=ā ā= ; kNm5
i
5,2
i2M
0
031 ā=ā ā=
kNm75
i
5,2
i690M
0
031 =ā ā+=
r11
6i0
4i0
8i0
R1p
9045
87. - 87 -
Observaţii:
- coeficienÅ£ii necunoscutelor depind numai de caracteristicile structurii Åi nu
depind de Ć®ncÄrcare,
- se constatÄ cÄ expresiile cu care au fost determinatemomentele Ć®ncovoietoare
sunt expresiile (XII.3),
- momentele Ć®ncovoietoare - Ć®n cazul Ć®ncÄrcÄrii structurii cu forÅ£e ā nu depind
de rigiidtatea practicÄ de comparaÅ£ie, care este aleasÄ arbitrar. Ca urmare Ć®n celelalte
aplicaţii se va considera 1i0 =
- forÅ£ele tÄietoare Åi forÅ£ele axiale se calculeazÄ dupÄ metodologia utilizatÄ la
metoda eforturilor.
Problema 12.2 (fig.12.2)
- Fig.12.2 -
4
3
2
SB
Z1
3I
20kN /m
2I
I
1
5
46
2
Z1=1 4
m1
M p
0
40
30
30
M p
6
3
8,034
23,930
7,85216,428
1,43
45,98
34,02
35,09
+
_
+
_
_
6,025
N p
Tp
_
44,55
_
I
4
2
2 2
1,51
Z2
8
2
8
6
4
m2
Z2=1
33,393
36,786
16,068
+
24,91
_ 30,935
_
1,43
24,91
88. - 88 -
Calculul rigiditÄÅ£ilor practice ale barelor. Se considerÄ 1
4
EI
i0
==
2
6
EI3
i12 == ; 1
4
EI
i14
== ; 2
4
EI2
i23
== ; 5,1
4
EI5,1
i25
==
Momentele de Ć®ncastrare perfectÄ, produse de forÅ£e sunt:
kNm30
8
460
8
PL
4114 =
ā
==ā= MM ; kNm40
8
420
8
pL 22
23 =
ā
==M
Ecuaţiile de condiţie sunt
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=++
0RZrZr
0RZrZr
p2222121
p1212111
Calculul coeficienÅ£ilor necunoscutelor Åi termenilor liberi
12r;048r 1111 ==āā
4r;04r 1212 ==ā
30R;045R p1p1 ==ā
4r;04r 2121 ==ā
20r;0866r 2222 ==āāā
40R;040R p2p2 ā==+
Sistemul de ecuaţii este
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=ā+
=++
040Z20Z4
030Z4Z12
21
21
iar necunoscutele au valorile 393,3Z1 ā= Åi 678,2Z2 ā=
Momentele Ć®ncovoietoare finale calculate cu relaÅ£ia
11
0
pp
ZmMM +=
r11
8
4
r21
4
r22
6
6
8
R2p
40
r12
4
R1p
30
89. - 89 -
sunt date direct diagrama din figura 12.2. Ćn aceeaÅi figure! Sunt prezentate Åi
diagramele de forÅ£Ä tÄietoare Åi de forÅ£Ä axialÄ.
ObservaÅ£ie: Ćn metoda deplasÄrilor verificarea eficientÄ a rezultatelor
calculelor, este satisfacerea condiţiei de echilibru static.
Problema 12.3 (fig.12.3)
Calculul rigiditÄÅ£ilor
practice ale barelor,
pentru 1
36
EI
i0 ==
8
9
EI2
i01 ==
6
6
EI
i12 ==
9
12
EI3
i23
==
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=++
0RZrZr
0RZrZr
p2222121
p1212111
Sistemul de ecuaţii
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=ā+
0120Z51Z12
0120Z12Z56
21
21
cu necunoscutele
788,2Z1 =
009,3Z2 ā=
Diagramele de eforturi
sunt date Ʈn figura 12.3.
- Fig.12.3 -
SB
0
9
m1
M p
0
M p
118,67
6,77
_
+
_Tp
2
40kN /m
1
Z1
m2
Z2
+
3
2I I 3I
8 6 9
27
24
12
Z1=1
Z2=1
12
24
16
32
120 120
89,216 81,24
44,608
14,87
121,33
6 12
90. - 90 -
Problema 12.4 (fig.12.4)
- Fig.12.4 -
Structura cu aceastÄ Ć®ncÄrcare reprezintÄ un caz particular. Deoarece Ć®n
diagrama 0
pM nu ezistÄ momente pe barele ce formeazÄ nodul rigid rezultÄ cÄ Ć®n
ecuaÅ£ia de condiÅ£ie 0RZr p1111 =+ , termenul liber 0R p1 = Åi deci 0Z1 = . Ćn
consecinÅ£Ä diagrama 0
p
M reprezintÄ diagrama finalÄ Mp.
Problema 12.5 (fig.12.5)
- Fig.12.5 -
Structura prezintÄ o singurÄ necunoscutÄ. Deoarece forÅ£a exterioarÄ este
orizontalÄ, iar direcÅ£ia ei trece prin nodul rigid, nu produce momente Ć®ncovoietoare pe
sistemul de bazÄ, deci 0M0
p
ā” Åi Ć®m consecinÅ£Ä 0Z1 = Åi 0MM p
0
p
ā”=
Ćn structurÄ apar numai eforturi axiale. Eforturile din stĆ¢lpii Ć®nclinaÅ£i se
determinÄ scriind echilibrul nodului sub acÅ£iunea forÅ£elor.
ā
ā
=
Ī±
===Ī±āĪ±ā=
==Ī±+Ī±ā=
kN100
sin2
120
NN;0sinNsinN120;0Y
NN;0cosNcosN;0X
2121i
2121i
M p
0
45
2I
10kN /m
2I
1,5I
66
I
6
SB
Z1
SB
Z1
120kN
3I 3I
2I
332
4
M p
0M p
100
N p
_+
2
2IĪ± Ī±
_
100
120
91. - 91 -
Problema 12.6 (fig.12.6)
- Fig.12.6 -
AceeaÅi structurÄ de la aplicaÅ£ia precedentÄ. Ćn acest caz diagrama 0
pM este
diferitÄ de zero, momentele de Ć®ncastrare perfectÄ pe cele douÄ rigle au aceeaÅi
valoare. Ćn consecinÅ£Ä 0R p1 = Åi ca urmare 0Z1 = Åi 0
pp MM ā”
Eforturile axiale Ć®n stĆ¢lpii Ć®nclinaÅ£i au fost calculate scriind, ca Åi Ć®n cazul
precedent, echilibrul nodului sub acţiunea forţelor
ā
ā
===ā āĪ±+Ī±=
==āĪ±=
kN125,78NN;05,622cosNcosN;0Y
NN;0sinNsinN;0X
2122i
2121i
Diagramele de forturi sunt date Ʈn figura 12.6
SB
Z1
3I 3I
2I
332
4
M p
0
M p
78,125
N p
__
2
2IĪ± Ī±
78,125
62,5
+
_
20kN /m
62,5
+
_
37,5
62,5
37,5
62,5
T p
92. - 92 -
Problema 12.7 (fig.12.7)
- Fig.12.7 -
Structura are o consolÄ. Ćn situaÅ£ia Ć®ncÄrcÄrii sistemului de bazÄ cu rotirea
1Z1 = , consola, avĆ¢nd un capÄt liber, se roteÅte ca un solid rigid, fÄrÄ sÄ se deformeze
Åi Ć®n consecinÅ£Ä nu apar eforturi pe consolÄ.
Ćn schimb, Ć®n cazul Ć®ncÄrcÄrii cu forÅ£e, pe consolÄ apare diagrama de moment
Ć®ncovoietor, moment ce intervine Ć®n calculul reacÅ£iunii p1R din blocajul de nod.
Se considerÄ 1
6
EI
i0 ==
Ecuaţiile de condiţie
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=++
0RZrZr
0RZrZr
p2222121
p1212111
CoeficienÅ£ii necunoscutelor Åi termenilor liberi sunt:
12r11 = ; 4r12 = ; 45R p1 ā=
4r21 = ; 22r22 = ; 135R p2 =
SB
Z1
3I
20kN/m
2I
I
693
6
Z2=1
4
2
8 m1
M p
0
M p
114,676
2I
Z2
Z1=1 4
4
4
8
m2
6
8
43,458
101,612
12,338
24,676
90
29,032
58,064
135 135
90
93. - 93 -
Sistemul de ecuaţii este
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=ā+
0135Z22Z4
045Z4Z12
21
21
iar necunoscutele au valorile 169,6Z1 = Åi 258,7Z2 ā=
Diagrama de moment Ć®ncovoietor este datÄ Ć®n figura 12.7.
Problema 12.8 (fig.12.8)
- Fig.12.8 -
Se considerÄ 1
6
EI
i0 ==
Sistemul de ecuaţii este
ļ£³
ļ£²
ļ£±
=++
=ā+
090Z992,12Z4
090Z4Z20
21
21
iar necunoscutele au valorile 272,6Z1 = Åi 858,8Z2 ā=
Momentele Ʈncovoietoare finale sunt date Ʈn figura 12.8.
Z1
2I
120
2I
1,5I
436
6
6
6
8
m1
M p
0 M p
44,219
2I
Z2
Z1=1 4
75,258
37,629
37,629
18,815
90
3
22
1,5 1,664
3
4
m2
Z2=1
8
4,99
90