Требуется:
1. Определить опорные реакции, проверить правильность определения реакций.
2. Определить значения внутренних поперечных сил в характерных сечениях балки.
3. Построить эпюру поперечных сил.
4. Определить значения внутренних изгибающих моментов в характерных сечениях балки.
5.Построить эпюру изгибающих моментов.
6. Подобрать рациональное сечение двутавровой балки, если [σ] = 160 МПа.
7. Проверить прочность выбранного сечения по нормальным напряжениям.
Рисунок 12.
Решение
1. Определение опорных реакций.
Освобождаем балку от связей (опор), заменяя их действия реакциями опор. Для полученной плоской системы сил составляем уравнения равновесия вида:
МА = 0, VB·(a+b) + M - q1·a2/2 - q2·(b+c)·[a + (b + c)/2] - F·a = 0, (1)
МB = 0, -VA·(a+b) + M + q1·a·(a/2 + b) + q2·b2/2 - q2·c2/2 + F·b = 0, (2).
Из уравнения (1), находим:
VB = [ - M + q1·a2/2 + q2·(b+c)[a + (b + c)/2] + F·a]/(a+b) = [ -10 + 10·32/2 +
+ 20·(3 +1,5)·[3+(3+1,5)/2] + 15·3]/(3+3) = 92,08 кН.
Из уравнения (2), получаем:
VA = [ M + q1·a·(a/2 + b) + q2·b2/2 - q2·c2/2 + F·b]/(a+b) = [ 10 + 10·3·(3/2 + 3) +
+ 20·32/2 - 20·1,52/2 + 15·3]/(3+3) = 42,92 кН.
Проверка: Должно выполняться условие равновесия FiY = 0.
FiY = VA+ VB - F - q1·a - q2·(b+c) = 42,92 + 92,08 - 15 - 10·3 - 20·(3+1,5) =
= 135,0 - 135,0 = 0, т.е
. условие равновесия - выполняется, следовательно опорные реакции определены - правильно.
2. Построение эпюр поперечных сил Q и изгибающих моментов М.
Разбиваем длину балки на три характерных силовых участка: I, II и III и для каждого из них составляем аналитические зависимости вида: QX = Q(x) и МХ = М(х), на основании метода сечений.
Участок I (AC): 0 ≤ х1 ≤ а = 3,0 м.
Q(x1) = VA - q1·x1 - уравнение наклонной прямой.
Q(0) = QA = VA - q1·0 = VA = 42,92 кН.
Q(3,0) = QлевC = 42,92 - 10·3,0 = 12,92 кН.
М(x1) = VA·x1 - q1·x21/2 - уравнение параболы.
М(0) = МA = VA·0 - q1·02/2 = 0,
М(3,0) = МС = 42,92·3,0 - 10·3,02/2 = 83,76 кН·м.
Участок II (CB): 0 ≤ х2 ≤ b = 3,0 м.
Q(x2) = VA - q1·a - F - q2·x2 - уравнение наклонной прямой.
Q(0) = QправC = 42,92 - 10·3,0 - 15 - q2·0 = - 2,08 кН.
Q(3,0) = QлевВ = 42,92 - 10·3,0 - 15 - 20·3,0 = - 62,08 кН