Определения и порядок построения эпюр
Удобные для применения на практике определения внутренних усилий в рамах – впрочем, они будут справедливы для любых плоских стержневых систем – можно получить естественным обобщением соответствующих определений из сопромата.
Изгибающий момент M в поперечном сечении стержня рамы равен сумме моментов всех сил, взятых по одну сторону от сечения, которое делит раму на две части и вычисленных относительно точки, где сечение пересекает ось стержня.
Поперечная сила Q в поперечном сечении стержня равна сумме проекций на нормаль n к оси стержня всех сил, взятых по одну сторону от сечения, которое делит раму на две части.
Продольная сила N в поперечном сечении стержня равна сумме проекций на касательную t к оси стержня всех сил, взятых по одну сторону от сечения, которое делит раму на две части.
Правило знаков – в соответствии с рис. 2.1, где показан вырезанный двумя сечениями узел рамы.
M > 0 |
n |
n |
τ |
τ |
N > 0 |
Q > 0 |
M > 0 |
N > 0 |
Q > 0 |
![Определения и порядок построения эпюр Определения и порядок построения эпюр - student2.ru](/images/matematika/opredeleniya-i-poryadok-postroeniya-yepyur-400605-2.jpg)
Рис. 2.1
Для определения знаков внутренних усилий M, Q и N в каждом сечении вводят локальную систему координат с началом в центре тяжести сечения, орты которой аналогичны обычным ортам i, j декартовой системы координат. При этом орт t направлен по внешней нормали (от тела) к плоскости поперечного сечения стержня, а орт n получается из орта tпутем его поворота по ходу часовой стрелки на угол 90°.
Как и в сопромате – см., например, [3] – внутренним усилиям N и Q соответствуют векторы N = Ntи Q = Qn так, что N > 0 соответствуют растяжению стержней, Q > 0 – вращению рассматриваемого элемента по ходу часовой стрелки; M > 0 также направлен по ходу часовой стрелки.
Отметим, что необходимость введения такой локальной системы координат вызвана тем, что для вертикальных стержней рамы становится неопределенным понятие «верхние» и «нижние» волокна. Рассмотренная система отсчета вносит здесь полную ясность: на каждом рассеченном стержне рамы «верх» и «низ» будет определяться ортом n, направленным «вверх». Нетрудно убедиться, что при этом положительные моменты в сопромате и в строительной механике совпадают и соответствуют растянутым «нижним» волокнам.
Порядок построения эпюр. При построении эпюр внутренних усилий целесообразно придерживаться следующего порядка:
1) определяем опорные реакции;
2) делим раму на участки (i, j), границами которых являются естественные границы рамы, шарниры и угловые точки, точки приложения сосредоточенных сил, моментов и границы участков распределенной нагрузки;
3) в пределах каждого участка проводим сечение на расстоянии zi от его начала и вычисляем значения M, Q, N, рассматривая равновесие отсеченной части рамы;
4) строим эпюры, откладывая положительные значения Q и N на верхних (или левых для вертикальных стержней) волокнах, а M > 0 – на «нижних», то есть в направлении, противоположном нормали n.
5) проверяем правильность построения эпюр, рассматривая равновесие вырезанных узлов или других частей рамы и контролируя, как и для балок, соблюдение дифференциальных зависимостей Журавского на каждом из ее участков.
Примечания
1. Поскольку знаки эпюр Q и N привязаны не к локальной, а к глобальной системе координат, ставить знаки у эпюры M не имеет смысла – достаточно знать, что она построена на растянутых волокнах.
2. В строительной механике, в отличие от сопромата, эпюры принято строить именно в такой последовательности: M, Q, N.