Внутренние усилия. Виды нагружений

Классификация внешних сил

Внешние силы подразделяются на активные и реактивные (реакции связей).

Сила есть мера взаимодействия материальных тел. В технической литературе внешние силы, действующие на элементы конструкций и сооружений, называют нагрузками. Внешними являются и реакции связей и опор.

Мера взаимодействия частей одного и того же материального тела есть внутреннее усилие. Внутренние усилия возникают в результате действия внешних сил.

Основные типы связей:

1. Шарнирно-подвижная опора, в которой может возникать только одна составляющая реакции R_A, направленная вдоль связи (рис.1.8).

Рис. 1.8

2. Шарнирно-неподвижная опора, в которой могут возникать две составляющие R_A и H_A (рис. 1.9).

Рис.1.9

3. Защемление, в котором возникают три составляющие: вертикальная и горизонтальная реакции R_A и Н_А и опорный момент М_А (рис.1.10).

Рис.1.10

Внешние силы разделяют на сосредоточенные и распределённые.

Сосредоточенная сила приложена к точке (к площадке, размеры которой малы по сравнению с размерами элемента).

Распределённая сила приложена к площадкам, размеры которых сопоставимы с размерами рассматриваемых элементов.

Нагрузки можно разделить на постоянные и временные.

Постоянные нагрузки действуют во всё время эксплуатации конструкции (например, собственный вес).

Временные нагрузки действуют лишь в течение некоторого промежутка времени (например, вес поезда на мосту).

Нагрузки можно разделить на статические и динамические. Статические нагружают конструкцию постепенно. Будучи приложены, они не меняются или меняются незначительно. При передаче статических нагрузок на конструкцию все её части находятся в равновесии − ускорения элементов конструкции отсутствуют, или ими можно пренебречь. Если же ускорения значительны, то мы имеем дело с приложением динамических нагрузок.

Примерами таких нагрузок являются внезапно-приложенные нагрузки, ударные и повторно-переменные.

Ударные нагрузки возникают при быстром изменении скорости соприкасающихся элементов конструкции.

Внезапно-приложенные нагрузки передаются на сооружение сразу и полной своей величиной.

Повторно-переменные нагрузки действуют на элементы конструкции, повторяясь значительное число раз.

Действие внешних сил вызывает изменение взаимного положения частиц материального тела. Перемещение частиц влечёт за собой изменение в силах взаимодействия между ними. Эти силы называют внутренними. Внутренние силы и по величине и по характеру воздействия соответствуют деформации тела, т.е. являются следствием результата действия внешних сил.

Внутренние усилия определяют методом сечений. Рассмотрим тело, находящееся под действием системы внешних сил в равновесии (рис.1.11,а). Мысленно рассекая тело плоскостью, отбросим правую часть. Заменим действие отброшенной части внутренними усилиями (рис.1.11,б). Поскольку тело в целом находится в равновесии, в равновесии находится и рассматриваемая часть. Характер распределения внутренних усилий неизвестен. В соответствии с принципами теоретической механики любую систему сил можно привести к главному вектору и главному моменту . За центр приведения выберем центр тяжести сечения − точку О. Воспользуемся декартовой системой координат X, Y, Z, начало которой совместим с центром тяжести сечения. Проецируя главный вектор и главный момент на эти оси, получим три силы: нормальную (или продольную), и две поперечные и , а также три момента: крутящий момент и два изгибающих и (рис1.11,б). Полученные составляющие главного вектора и главного момента называют внутренними силовыми факторами или внутренними усилиями.

Внутренние силовые факторы могут быть определены из условий равновесия рассматриваемой части материального тела:

(1.1)

(а) (б)

Рис 1.11

В зависимости от того, какие внутренние силовые факторы имеют место в сечении, различают виды нагружения.

Растяжение, сжатие − такой вид нагружения, при котором продольное усилие, все прочие отсутствуют.

Сдвиг, срез имеет место тогда, когда в поперечном сечении силы , , все прочие отсутствуют.

Кручение − такой вид нагружения, при котором в поперечном сечении имеет место только крутящий момент .

Изгиб − вид нагружения, при котором , . Все другие внутренние усилия равны нулю. Все прочие сочетания внутренних усилий относят к сложному сопротивлению.

Дата добавления: 2014-01-05