Заменим равномерно распределённую нагрузку равнодействующей, равной площади её эпюры.
Fq = q·(b−a)
Равнодействующая равномерной нагрузки приложена в середине загруженного отрезка.
Расчётная записка · Статически определимая балка · Единицы: м, кН, кН·м
Задача: Балка: сила, частичная q и момент. Длина L = 6 м.
Опора A: шарнирно-неподвижная, x = 0 м.
Опора B: шарнирно-подвижная, x = 6 м.
Нагрузка 1: P = -12 кН, x = 2 м.
Нагрузка 2: q = -3 кН/м, от 1 до 5 м.
Нагрузка 3: C = 8 кН·м, x = 4 м.
Рис. 1. Расчётная схема, эпюры поперечной силы Q и изгибающего момента M. Характерные сечения расположены на общих вертикалях; масштабы ординат Q и M независимы.
Внешние силы положительны вверх, внешние моменты — против часовой стрелки. Поперечная сила Q равна алгебраической сумме вертикальных сил слева. Изгибающий момент M положителен при растяжении нижних волокон. Справедливо dM/dx = Q.
На рисунке Q положительна вверх. Эпюра M отложена со стороны растянутого волокна: положительный M — ниже оси, отрицательный — выше. Штриховка проведена перпендикулярно оси балки.
В точке скачка функция имеет левый и правый пределы. Эпюры и экстремумы учитывают оба; значение в интерфейсе по умолчанию берётся справа, на правом конце — слева.
Заменим равномерно распределённую нагрузку равнодействующей, равной площади её эпюры.
Fq = q·(b−a)
Равнодействующая равномерной нагрузки приложена в середине загруженного отрезка.
xq = (a+b)/2
Центр прямоугольной эпюры нагрузки.
Определим вертикальную реакцию в опоре B. Составим уравнение равновесия моментов относительно опоры A.
ΣMₐ = 0
Центр моментов выбран в A: реакция A имеет нулевое плечо.
Определим вертикальную реакцию в опоре A. Используем условие равновесия вертикальных сил.
ΣFy = 0
Из равновесия вертикальных сил определяется оставшаяся реакция.
ΣFx = 0
В SM-01 горизонтальные нагрузки отсутствуют.
Равновесие горизонтальных сил
Горизонтальные нагрузки отсутствуют.
Равновесие вертикальных сил
Подставляем найденные реакции вместе с внешними силами.
Равновесие моментов относительно x = 0
Независимо от выбранного при решении центра проверяем моменты относительно начала балки.
Характерные координаты: 0; 1; 2; 4; 5; 6 м.
1. 0 ≤ x < 1 м.
2. 1 ≤ x < 2 м.
3. 2 ≤ x < 4 м.
4. 4 ≤ x < 5 м.
5. 5 ≤ x ≤ 6 м.
Участок 1: 0 ≤ x < 1 м.
Рассмотрим равновесие левой отсечённой части балки и составим сумму вертикальных сил.
Метод сечений: учитываются только силы слева от рассматриваемого сечения. На участке с q поперечная сила изменяется линейно.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Внутри участка Q не обращается в нуль.
Qmin = 15.333333; Qmax = 15.333333 кН.
Участок 2: 1 ≤ x < 2 м.
Рассмотрим равновесие левой отсечённой части балки и составим сумму вертикальных сил.
Метод сечений: учитываются только силы слева от рассматриваемого сечения. На участке с q поперечная сила изменяется линейно.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Внутри участка Q не обращается в нуль.
Qmin = 12.333333; Qmax = 15.333333 кН.
Участок 3: 2 ≤ x < 4 м.
Рассмотрим равновесие левой отсечённой части балки и составим сумму вертикальных сил.
Метод сечений: учитываются только силы слева от рассматриваемого сечения. На участке с q поперечная сила изменяется линейно.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Q = 0 при x = 2.1111111 м.
Qmin = -5.6666667; Qmax = 0.33333333 кН.
Участок 4: 4 ≤ x < 5 м.
Рассмотрим равновесие левой отсечённой части балки и составим сумму вертикальных сил.
Метод сечений: учитываются только силы слева от рассматриваемого сечения. На участке с q поперечная сила изменяется линейно.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Внутри участка Q не обращается в нуль.
Qmin = -8.6666667; Qmax = -5.6666667 кН.
Участок 5: 5 ≤ x ≤ 6 м.
Рассмотрим равновесие левой отсечённой части балки и составим сумму вертикальных сил.
Метод сечений: учитываются только силы слева от рассматриваемого сечения. На участке с q поперечная сила изменяется линейно.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Внутри участка Q не обращается в нуль.
Qmin = -8.6666667; Qmax = -8.6666667 кН.
Участок 1: 0 ≤ x < 1 м.
Составим сумму моментов сил левой отсечённой части относительно рассматриваемого сечения.
Каждая сила слева умножается на плечо до сечения. Внешний момент входит с противоположным знаком. При равномерной нагрузке M — квадратный полином.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Кандидаты на экстремум: границы участка.
Mmin = 0; Mmax = 15.333333 кН·м.
Участок 2: 1 ≤ x < 2 м.
Составим сумму моментов сил левой отсечённой части относительно рассматриваемого сечения.
Каждая сила слева умножается на плечо до сечения. Внешний момент входит с противоположным знаком. При равномерной нагрузке M — квадратный полином.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Кандидаты на экстремум: границы участка.
Mmin = 15.333333; Mmax = 29.166667 кН·м.
Участок 3: 2 ≤ x < 4 м.
Составим сумму моментов сил левой отсечённой части относительно рассматриваемого сечения.
Каждая сила слева умножается на плечо до сечения. Внешний момент входит с противоположным знаком. При равномерной нагрузке M — квадратный полином.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Кандидаты на экстремум: границы участка и x = 2.1111111 м (Q = 0).
Mmin = 23.833333; Mmax = 29.185185 кН·м.
Участок 4: 4 ≤ x < 5 м.
Составим сумму моментов сил левой отсечённой части относительно рассматриваемого сечения.
Каждая сила слева умножается на плечо до сечения. Внешний момент входит с противоположным знаком. При равномерной нагрузке M — квадратный полином.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Кандидаты на экстремум: границы участка.
Mmin = 8.6666667; Mmax = 15.833333 кН·м.
Участок 5: 5 ≤ x ≤ 6 м.
Составим сумму моментов сил левой отсечённой части относительно рассматриваемого сечения.
Каждая сила слева умножается на плечо до сечения. Внешний момент входит с противоположным знаком. При равномерной нагрузке M — квадратный полином.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Подстановка координаты в функцию участка
На границах приведены односторонние значения изнутри участка.
Кандидаты на экстремум: границы участка.
Mmin = 0; Mmax = 8.6666667 кН·м.
Внутри каждого участка решается линейное уравнение Q(x) = 0. Найденные точки сравниваются с обоими пределами на границах всех участков.
Q(xₑ) = q₀ + q₁·xₑ = 0
Корень лежит внутри участка и является кандидатом на экстремум M.
Qmax = 15.333333 кН при x = 1 м (справа).
Подстановка координаты глобального экстремума
Значение сравнивается со всеми границами и внутренними корнями Q.
Qmin = -8.6666667 кН при x = 5 м (слева).
Подстановка координаты глобального экстремума
Значение сравнивается со всеми границами и внутренними корнями Q.
Mmax = 29.185185 кН·м при x = 2.1111111 м (внутри).
Подстановка координаты глобального экстремума
Значение сравнивается со всеми границами и внутренними корнями Q.
Mmin = 0 кН·м при x = 0 м (справа).
Подстановка координаты глобального экстремума
Значение сравнивается со всеми границами и внутренними корнями Q.
Эпюра Q приведена под расчётной схемой на рис. 1. На участках без распределённой нагрузки Q постоянна; при постоянной q изменяется линейно. Сосредоточенная сила вызывает скачок Q, равный её алгебраической величине.
Эпюра M приведена под эпюрой Q на рис. 1. Без распределённой нагрузки M изменяется линейно; при постоянной q — по квадратной параболе. Сосредоточенный момент вызывает скачок M с противоположным знаком относительно внешнего момента. Числовые знаки усилий не зависят от выбранного направления отложения ординат.
Статически определимая схема рассчитана. Уравнения равновесия и связь dM/dx = Q выполнены в пределах указанных допусков.
SM-01 определяет опорные реакции и внутренние усилия. Прочность, жёсткость, устойчивость и подбор сечений в этой версии не рассчитываются.