Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Kỹ thuật - Công nghệ Kiến trúc xây dựng Bài tập lớn môn cơ kết cấu 1 - đề 4 - 6...

Tài liệu Bài tập lớn môn cơ kết cấu 1 - đề 4 - 6

.DOC
24
6935
74

Mô tả:

Trường đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Bộ môn Sức bền vật liệu MÔN HỌC CƠ HỌC KẾT CẤU I Bài tập lớn số 1 TÍNH HỆ THANH PHẲNG TĨNH ĐỊNH Đề số 4.6 Bảng số liệu: STT Kích thước hình học Tải trọng L1 L2 L3 12 8 10 6 q(kN/m) P(kN) 30 120 M(kNm) 120 Sơ đồ tính hệ tĩnh định a = L 1 /4 ; b = L2 /4 ; c = L 3 /4 P P a 1.5P a 2P a a a a a b b b b c c c c c q 3m F P E M J J N q 2J 4m P 2J B A T J R J P J Q 4m C 3m D 4.5m 4.5m SV:Trương Hữu Quang 3m I K 2J M 2m 4m 2m 5m 2.5m 2.5m 2.5m Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Hình 1-1 YÊU CẦU VÀ THỨ TỰ THỰC HIỆN 1. Xác định nội lực trong hệ ghép tĩnh định 1.1. Xác định tải trọng để tính với hệ số vượt tải n=1,1 tính chung cho các loại tải trọng 1.2. Xác định phản lực tại các gối tựa 1.3. Vẽ các biểu đồ nội lực: Mx, Qy, Nz 1.4. Vẽ các đường ảnh hưởng: đahYA, đahMB, đahQB, và đahQI khi lực thẳng đứng P=1 di động trên hệ khi chưa có hệ thống mắt truyền lực. Dùng đường ảnh hưởng để kiểm tra lại các trị số YA, MB, QB, QI đã tính được bằng giải tích. 1.5. Vẽ lại các đường ảnh hưởng: đahYA, đahMB, đahQB, và đahQI khi lực thẳng đứng P=1 di động trên hệ khi có hệ thống mắt truyền lực. 1.6. Tìm vị trí bất lợi nhất của đoàn tải trọng gồm 4 lực tập trung di động trên hệ khi có mắt truyền lực để mô men uốn tại tiết diện K có giá trị tuyệt đối lớn nhất. 2. Xác định một trong các chuyển vị sau của hệ tĩnh định Chuyển vị góc xoay tại tiết diện R do tác dụng đồng thời của 2 nguyên nhân: tải trọng và chuyển vị cưỡng bức của gối tựa ( xem h.vẽ). Biết J1=2J; J2=3J; 4 E= 10.108kN/m2. J=10-6. L1 (m4); ∆=0,01L1(m) q=33kN/m q=33kN/m P=132kN F M=120kN.m N E YT T 3m 4.5m YD YP YQ YP YQ P=132kN B A P XQ I YA M YT YC Q R XT D C P q=33kN/m XT XC XP 3m YM 2m YB 7.5m 2.5m 2.5m 2m 4.5m Hình 1-2 SV:Trương Hữu Quang 2 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết BÀI LÀM I. Xác định nội lực trong hệ ghép tĩnh định I.1. Xác định tải trọng để tính với hệ số vượt tải n=1,1 q = 30.1,1 = 33 kN/m P = 120.1,1 = 132 kN M = 120.1,1 = 132 kN.m I.2. Xác định các phản lực gối tựa : *1. Đặt tên các gối tựa và các nút của khung ( Hình 1-1) *2. Phân tích hệ chính, hệ phụ, lập sơ đồ tầng ( Hình 1-2) *3. Trình tự tính toán từ hệ phụ đến hệ chính theo thứ tự : q=33kN/m 1,Tính dầm PQ ( Hình 1- 3) P ΣX = 0 <=> XP = 0 ΣY = 0 <=> YP +YQ = 0 ΣMP = 0 <=> YQ.4 – 33.4.2 = 0 Q XP =0 YQ =66kN YP=66kN <=> YQ = 66 kN YP = 66 Kn 4m Hình 1- 3 2.Tính dầm AB ( Hình 1- 4) ΣX = 0 <=> XQ = 0 ΣY = 0 <=> YA +YB = YQ + 132 ΣMA = 0 <=> YQ.2 – 132.7,5 + YB.10 YQ=66kN P=132kN B A I XQ =0 <=> YB = 85,8 kN YA = 112,2 kN YA=112,2kN 2m 7.5m =198 kN =0 YB=85,8kN 2.5m 2.5m Hình 1- 4 SV:Trương Hữu Quang 3 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết 3.Tính khung MR (Hình 1-5) ΣX = 0 <=> XT = XM ΣY = 0 <=> YT = YP + 33.2 = 132 kN ΣMT = 0 <=> XM.4 + YP + 33.2.4 = 0 q=33kN/m XT =-148,5kN T <=> XT = XM = -148,5 kN YT = 132 kN YP=66kN R P YT =132 M 3m YM=-148,5kN 2m Hình 1-5 4.Tính khung CD (Hình 1-6) ∑X = 0 <=> XC = XT = -148,5 ∑Y = 0 <=> YD +YC = P + q.5,4 + YT ∑MP = 0 <=> MC = YD.9 – YT + XT.4 – M – q.5,4.2,25 + 132.3 <=> YD =  132.9  148,5.4  132  33.5,4.2,25  132.3 9 = 213,18 kN YC = 132 + 33.5,4 + 132 – 213,18 = 229,02 kN q=33kN/m 3m P M=132kN.m YT =132kN 4m XT =-148,5kN 4m X C=-148,5kN 3m C D YC =229,02kN YD=213,18kN 4.5m 4.5m Hình 1-6 SV:Trương Hữu Quang 4 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết I.3.Vẽ biểu đồ nội lực 1.Dùng phương pháp mặt cắt xác định nội lực trong khung. a.Khung MR 1 F XT N 1 Qy YT q=33kN/m 1 3 YP=66kN 3 P XT =-148,5kNT 1 2 z 2 XM=-148,5kN YT =120kN M 3m MX *Mặt cắt 1-1 2m NZ = 148,5 kN QY = 132 MX = 132.z ( 0≤z≤3 ) SV:Trương Hữu Quang 5 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết z = 0 => MX = 0 z = 3 => MX = 396 *Mặt cắt 2-2 NZ MX NZ = 0 QY = -148,5 MX = -148,5.z ( 0≤z≤4 ) Qy 2 z = 0 => MX = 0 z = 4 => MX = -594 2 M z XM *Mặt cắt 3-3 NZ = 0 QY = 66 + 33.z MX = 66.z + 33.z2/2 ( 0≤z≤4 ) z = 0 => QY = 66 MX = 0 z = 4 => QY = 132 MX = 198 *Mặt cắt 1-1 SV:Trương Hữu Quang 6 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết NZ = - YC = -229,02 QY = - XC = 148,5 MX = - XC .z ( 0≤z≤8 ) z = 0 => MX = 0 z = 8 => MX = 1188 *Mặt cắt 2-2 NZ = 0 QY = - P = -132 MX = - P .z ( 0≤z≤3 ) z = 0 => MX = 0 z = 8 => MX = -132.3 = -396 *Mặt cắt 3-3 ( 0≤z≤5,4 ) NZ.cosα + QY.sinα + XC = 0 NZ.sinα – QY.cosα – P + YC = 0 MX = YC.z.cosα – P.(3+z.cosα) – XC(8+z.sinα) – q.z2/2.cosα Z = 0 <=> NZ. 4,5 5,4 + QY. 3 5,4 3 5,4 = 148,5 4,5 5,4 NZ. – QY. = P – YC = 132 – 229,02 = - 97,02 MX = -3.P – XC.8 = -3.132 + 148,5.8 = 792 kN.m <=> NZ = 69,63 kN QY = 162,85 kN Z = 5.4 <=> NZ. 4,5 5,4 + QY. 3 5,4 3 5,4 = 148,5 4,5 5,4 NZ. – QY. = 120 – 208,2 – 30.5,4 = 81,18 MX = YC.4,5 – P.7,5 – XC.11 – q.5,4.2,25 = 1273,14 kN.m <=> NZ = 168,33 kN QY = 14,8 kN *Mặt cắt 4-4 ( 0≤z≤5,4 ) SV:Trương Hữu Quang 7 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết -NZ.cosα + QY.sinα – XT = 0 NZ.sinα + QY.cosα – YT + YD = 0 MX = XT.(4 + z. sinα) + YT.z.cosα – YD.z.cosα – 132 = 0 <=> -NZ. NZ. 4,5 5,4 3 5,4 + QY. + QY. 3 5,4 4,5 5,4 = XT = -148,5 = YT – YD = 120 – 193,8 = - 81,18 3 5,4 MX = XT.(4 + z. ) + YT.z. <=> NZ = 78,4 kN QY = -149,69 kN z = 0 => MX = -462 z = 5,4 => MX = -1273,14 4,5 5,4 – YD.z. 4,5 5,4 – 132 = 0 *Mặt cắt 5-5 NZ = YT - YC = -81,18 QY = XT = -148,5 MX = XT .z ( 0≤z≤4 ) z = 0 => MX = 0 z = 4 => MX = -148,5 = -594 *Mặt cắt 6-6 NZ = - YD = -213,18 QY = 0 MX = 0 1.Các dầm thẳng vẽ biểu đồ nội lực bằng phương pháp vẽ nhanh * Đoạn PQ * Đoạn AB SV:Trương Hữu Quang 8 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu SV:Trương Hữu Quang Bài tập lớn cơ kết 9 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết q 3m P M J J N q 2J 4m P B A T 2J J R J P J Q K 2J 4m C 3m D 4.5m 4.5m I M 2m 3m 4m 2m 5m 2.5m 2.5m 2.5m 71,28 + 208,2 63,3 153,03 + 71,28 73.8 - 153 73,8 - 193,8 - 153 - 208,2 193,8 120kN 42kN 60kN 60kN 42kN 78kN 1157,4kN.m 360kN.m 720kN.m 420kN.m 1080kN.m + 540kN.m 180kN.m 120kN.m 540kN.m 60kN.m 360kN.m SV:Trương Hữu Quang 10 195kN.m Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Tách nút E 4,5 ΣX = - 148,5 + 69,63. 5,4 + 162,85. 3 5,4 =0 3 4,5 ΣY = 229,02 – 132 + 69,63. 5,4 – 162,85. 5,4 = 0 ΣM = 396 + 792 – 1188 = 0 Tách nút F 3 4,5 4,5 4,5 3 3 3 ΣX = 149,69. 5,4 + 78,4. 5,4 – 168,33. 5,4 – 14,8. 5,4 = 0 4,5 ΣY = 149,69. 5,4 – 78,4. 5,4 – 168,33. 5,4 + 14,8. 5,4 = 0 ΣM = 1157,4 – 1157,4 = 0 Tách nút tại N 3 4,5 ΣX = 149,69. 5,4 + 78,4. 5,4 – 148,5 = 0 4,5 3 ΣY = – 149,69. 5,4 + 78,4. 5,4 + 81,18 = 0 ΣM = 594 – 462 –132 = 0 Tách nút tại R ΣX = 148,5 – 148,5 = 0 ΣY = 132 – 132 = 0 ΣM = 594 – 396 – 198 = 0 1.4. Vẽ đường ảnh hưởng: đahRA, đahMB, đahQB, và đahQI . Theo sơ đồ sau: ∑ SV:Trương Hữu Quang 11 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Kiểm tra lại các trị số RA, MB, QB, QI dựa vào đường ảnh hưởng dựa theo công thức sau: S  �Pi . yi  �� q j . y ( z )dz  �M k tg k aj q j  const S  �Pi . yi  �q j q j  �M k tg k Tinh phản lực RA: RA = 132.0,25 + 33. 1,2.4 2 = 112,2 Kn Tính mô men tại B dựa vào đường ảnh hưởng MB: MB = 132.0 – 33.0 = 0 kN.m Tính lực cắt phía bên phải tại gối tựa B QBph = -132.0,75 + 33. 0,2.4 2 SV:Trương Hữu Quang = -85,8 kN 12 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Tính lực cắt phía bên trái tại gối tựa B: QBtr = 0 kN Tính lực cắt phía bên phải tại mặt cắt I: QIph= -132.0,75 + 33. 0,2.4 2 = -85,8 kN Tính lực cắt phía bên trái tại mặt cắt I: QIph= +132.0,25 + 33. 0,2.4 2 = 46,2 kN Vậy sau khi dùng đường ảnh hưởng để kiểm tra lại các trị số RA, MB, QB, QI. Kết quả hoàn toàn trùng khớp với kết quả khi tính bằng giải tích. 1.5. Vẽ lại các đường ảnh hưởng: : đahRA, đahMB, đahQB, đahQ1 khi lực thẳng đứng P=1 di động trên hệ khi có hệ thống mắt truyền lực. Hình bên SV:Trương Hữu Quang 13 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Q P K A B q 3m P M J J N q 2J 4m T 2J J R J 2J 4m C 3m P D 4.5m 4.5m B A 3m P J Q I K M 2m 2m 4m 5m 2.5m 2.5m 2.5m 0,25 0 1 1,2 1 0,75 0,25 0 dah Y 0,2 dah QB 1 1 0,75 0,25 0 0,2 dah Q I 0,25 1 2,5 dah MB 10 SV:Trương Hữu Quang 14 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết 1.6. Tìm vị trí bất lợi nhất của đoàn tải trọng gồm 4 lực tập trung di động trên hệ khi có mắt truyền lực để mô men uốn tại tiết diện K có giá trị tuyệt đối lớn nhất. 2 P 2 4 2P 1.5P P 2 4 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5 2 3 3 3 1 5 a P b P P 2P 1.5P P e 6 2P 1.5P P P P g P 1.5P P h P f 1.5P 2 P 1. P 2P 1.5P P P P 2P 1.5P P 2P d P 1.5P P 2P j P SV:Trương Hữu Quang 15 Lớp: XDCT Ngầm K53 P 1.5P GV: Dương Đức hùng cấu Bài tập lớn cơ kết Tính tang của các góc nghiêng: tg1   1 ; tg 2   1 ; tg 3  0 ; tg 4  1/ 3 3 6 Vì đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt K có cả giá trị âm và dương nên biểu đồ sẽ có cả Smax và Smin  Tính lần thứ 1- chọn tải trọng thứ 4, P=220 kN làm lực P* đặt tại đỉnh có tung độ bằng 5/6: hình( a):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 385   165  220  .  0 dz 6 6  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz , ta có: dS �1 � � 1 � 275  165. � � 220. �  �  0 dz 6 3 6 �� � � Thỏa mãn điều kiện cực trị, tại vị trí này cho ta giá trị cực đại S max  �Rk yk  110.  y1  y2   165. y3  220. y4  1 5 1265  110.0  165.  220.   kNm  6 6 6 Tính thử lần 2- Cho tải trọng thứ 4, P=220kN làm lực P* đạt tại đỉnh có tung độ bằng -1 hình (b)  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS  110. 1   165  220  . � 1 � 110  0 � � dz 6 � 3�  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz, ta có: 1� 55 dS  220. 1  165. �   220.0   0 � � dz 6 3 � 3� Ta thấy vị trí này không thỏa mãn điều kiện cực trị. SV:Trương Hữu Quang 16 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng Bài tập lớn cơ kết cấu Tính thử lần 3- cho tải trọng thứ 4, P=220kN làm lực P*đặt tại đỉnh có tung độ bằng -1 hình(c):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: 1 � 220 dS  110.(1, 5  2, 5).0  220. �  �  0 � dz 3 3 � �  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz, ta có: 1 � 1�  220. �  � 165.0  220.  0 dz 3 � 3� Ta thấy vị trí này thỏa mãn điều kiện cực tiÓu. Đại lượng Smin tương ứng: S min  �Rk yk  P.  y1  y2   1,5 P. y3  2 P. y4  dS � 1 1�  110. �   �  165.( 1)  220.( 1)  385  kNm  3 3 � �  Tính thử lần 4- cho tải trọng thứ 2, P=110kN làm lực P*đặt tại đỉnh có tung độ bằng 5/6 hình vẽ (d):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: 1� 55 dS  2.110. 1  165. �   220.0   0 � � dz 6 3 � 3�  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz, ta có: 1� 220 dS  110. 1   110  1, 5.110  . �   220.0   0 � � dz 6 3 � 3� Ta thấy vị trí này không thỏa mãn điều kiện cực trị.  Tính thử lần 5- cho tải trọng thứ 4, P=220kN làm lực P*đặt tại đỉnh có tung độ bằng 1 hình vẽ (e):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 385  2.110.0  110.(1,5  2).  dz 3 3 SV:Trương Hữu Quang 17 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng Bài tập lớn cơ kết cấu  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz: Ta thấy đ.a.h có bước nhảy tại đầu phải bằng đ.a.h S có dạng như trên, trong đó bổ sung đoạn cuối cùng với chiều dài a � �lúc này tg 5  � Vậy khi đoàn tải trọng dịch chuyển sang phải một đoạn dz ta có dS  � 0 dz Ta thấy vị trí này thỏa mãn điều kiện cực đại. Đại lượng Smax tương ứng: S max  �Rk yk  110.  y1  y2   165. y3  220. y4  � 1�  110.  1  1  165. �  �  220.1  55  kNm  3 � �  Tính thử lần 6- cho tải trọng thứ 1, P=110kN làm lực P*đặt tại đỉnh có tung độ bằng 5/6 hình vẽ (f):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 220 �1�  110.  (110  165). �  � 220.0   0 dz 6 3 � 3�  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz, ta có: dS 220 �1�  110.2.� � (165  220).0   0 dz 3 3 � � Ta thấy vị trí này kh«ng thỏa mãn điều kiện cực tri  Tính lần thứ 7- chọn tải trọng thứ 3, 1,5P=165 kN làm lực P* đặt tại đỉnh có tung độ bằng 5/6: hình( g):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 �1�   165  110  .  220. �  � 27,5  0 dz 6 � 3� SV:Trương Hữu Quang 18 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng Bài tập lớn cơ kết cấu  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz , ta có: dS �1 � � 1�  110. � � 110.(1, 5  2) �  � 110  0 dz 6 �� � 3� Vị trí này không thỏa mãn điều kiện đạt cực trị  Tính lần thứ 8- chọn tải trọng thứ 3, 1,5 P=165 kN làm lực P* đặt tại đỉnh có tung độ bằng -1: hình( h):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 220 �1�  110.  (110  165). �  � 220.0   0 dz 6 3 � 3�  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz , ta có: dS 55 �1 � � 1�  110. � � 110. �  � 110.(1, 5  2).0   0 dz 6 3 3 �� � � Vị trí này không thỏa mãn điều kiện đạt cưc trị  Tính lần thứ 9- chọn tải trọng thứ 3, 1,5P=165 kN làm lực P* đặt tại đỉnh có tung độ bằng -1: hình( i):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: dS 1 � 1 � 110   165  110  .0  220.  110. �  � 0 dz 3 3 3 � �  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz , ta có: dS �1 � 385  110.2.0  110.(1, 5  2). � � 0 dz 3 3 �� Vị trí này không thỏa mãn điều kiện đạt cực trị  Tính lần thứ 10- chọn tải trọng thứ 2, P=110 kN làm lực P* đặt tại đỉnh có tung độ bằng -1: hình( j):  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên trái một đoạn dz, ta có: SV:Trương Hữu Quang 19 Lớp: XDCT Ngầm K53 GV: Dương Đức hùng Bài tập lớn cơ kết cấu dS 1 �1�  2.110. �  � 165.0  220.  0 dz 3 � 3�  Cho đoàn tải trọng dịch chuyển về bên phải một đoạn dz , ta có: dS 1 110 � 1�  110. �  � 110.(1  1, 5).0  220.  0 dz 3 3 � 3� Ta thấy vị trí này thỏa mãn điều kiện đạt cực đại. Đại lượng Smax tương ứng: S max  �Rk yk  110.  y1  y2   165. y3  220. y4  1 715 �1 �  110. �   1�  165.  1  220.    kNm  3 3 �3 � So sánh các giá trị MaxSmax và Max|Smin| đã tính được ở trên ta thấy giá trị lớn nhất là 385. Do đó, vị trí tương ứng cho tải trọng thứ 4 2P=220kN làm lực P*đặt tại đỉnh có tung độ bằng -1 là vị trí bất lợi nhất và có giá trị là Max|Smin|=385KNm Vậy vị trí bất lợi nhất của đoàn tải trọng gồm 4 lực tập trung di động trên hệ khi có mắt truyền lực để mô men uốn tại tiết diện K có giá trị tuyệt đối lớn nhất là khi lực thứ 4 có giá trị 220kN đặt tại tung độ -1 và có giá trị là -385(kNm).( Hình( c)) Max|Smin|=385 2. Xác định chuyển vị ngang tại H, do tác dụng đồng thời của 2 nguyên nhân tải trọng và chuyển vị cưỡng bức của gối tựa ( xem h.vẽ). Biết J1=2J; J2=3J; E= 10.108kN/m2. 4 J=10-6. L1 (m4); ∆=0,01L1(m);    / L 2 Để xác định chuyển vị ngang tại H, ta cần vẽ biểu đồ mô men uốn do tải trọng gây ra và biểu đồ mô men uốn ở trạng thái “k” do lực Pk=1 đặt tại H theo phương ngang gây ra. Xác định phản lực tại các gối tựa ở trạng thái “k” Chiều PK=1 theo chiều giả sử như hình vẽ SV:Trương Hữu Quang 20 Lớp: XDCT Ngầm K53
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan