Расчёт сооружений на действие подвижных и других временных нагрузок

Временными воздействиями
(нагрузками) называются такие,
действие которых на сооружение
(конструкцию) ограничено во времени.
Подвижными называются
временные нагрузки, место и/или область приложения которых
на сооружении (конструкции) изменяются.

Основные задачи расчёта сооружения (конструкции)
на действие подвижной нагрузки
1. Выявление закона изменения исследуемого фактора
напряжённо-деформированного состояния (НДС) системы (реакции внешней или внутренней связи, внутреннего
силового фактора – усилия или напряжения в сечении, перемещения, деформации и др.) в зависимости от
характеристик (координат) положения подвижной нагрузки на сооружении (конструкции).
2. Определение экстремальных значений (максимального и минимального)
исследуемого фактора и соответствующих им положений нагрузки, называемых
невыгоднейшими (опасными) положениями
подвижной нагрузки.

Пример
Требуется:
1. Выявить
закон изменения
изгибающего момента
в сечении 1-1 –
функцию М1(х).
2. Найти
М1,max и М1,min .
F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
Характерные положения подвижной нагрузки:
1) вся нагрузка за пределами балки (слева);
2) груз F2 справа от опоры А, груз F1 слева;
3) оба груза – между опорой А и сечением 1-1;
4) груз F2 справа от сечения 1-1, груз F1 слева;
5) оба груза – между сечением 1-1 и правым концом балки;
6) груз F1 – у правого конца балки, груз F2 за пределами балки (справа);
7) вся нагрузка за пределами балки (справа).
d < a;
d < l – a
A
B

Пример
F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
1-е характерное положение подвижной нагрузки:
0
0

Пример
F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
0
2-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
F2d (1 – a/l )
0

Пример
F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
3-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
F2d (1 – a/l )
0
a
0
[F2a +F1(a – d )] (1 – a/l )

Пример
F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
4-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
F2d (1 – a/l )
0
a
d
0
[F2a +F1(a – d )] (1 – a/l )
[(F2 +F1)(l – a) – F2d ] a/l

F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
5-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
[F2c +F1(c – d )]a/l
0
a
d
0
[(F2 +F1)(l – a) – F2d ] a/l
Пример

F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
6-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
F1a (c – d )/l
0
a
d
d
0
Пример
F1a c/l

F1
F2
l
d
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
x
M1(x)
7-е характерное положение подвижной нагрузки:
d
0
a
d
d
0
0
Пример

Пример - результаты
F1
F2
l
d
a
c
1
1
A
B
x
M1(x)
d
0
a
d
d
0
d
F1
F2
на М1,max
на М1,min
Невыгоднейшие (опасные) положения подвижной нагрузки
0
М1,max
М1,min
[(F2 +F1)(l – a) – F2d ] a/l
[F2c +F1(c – d )]a/l

Возможный вариант:
F1
F2
l
d
a
c
1
1
A
B
x
M1(x)
d
0
a
d
d
0
d
F1
F2
на М1,max
на М1,min
Невыгоднейшие (опасные) положения подвижной нагрузки
0
М1,max
М1,min
F1a c/l

Линией влияния
некоторого фактора НДС
Примечания:
1. Функция, выражающая зависимость
некоторого фактора НДС от координат(ы)
точки приложения единичного подвижного груза F = 1,
называется функцией влияния данного фактора.
2. Единичный груз F = 1 – безразмерный.
называется график функции,
выражающей зависимость данного фактора
от координат(ы) точки приложения
одиночного единичного подвижного груза ( F = 1 ), сохраняющего неизменное направление
линии действия при перемещении
по сооружению (конструкции).
Идея – E. Winkler ( 1867 г. )

F = 1
l
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
Пример
построения линии влияния
Требуется:
Построить
линию влияния
изгибающего момента
в сечении 1 – 1 ( Л.В. М1 ).
Характерные положения единичного подвижного груза:
1) груз F = 1 слева от сечения 1 – 1 ( );
2) груз F = 1 справа от сечения 1 – 1 ( );

F = 1
l
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
Пример
построения линии влияния
ΣmA = 0:
VB(x) = 1* x/l
M1(x) = VB(x) * b =
= x * b/l
1-е характерное положение подвижного груза F = 1:
b = l – a
0
M1(x)
x
a* b/l

F = 1
l
a
c
x
1
1
A
B
VA(x)
VB(x)
Пример
построения линии влияния
ΣmB = 0:
VA(x) = 1* (l – x)/l
M1(x) = VA(x) * a =
= a * (1 – x/l )
2-е характерное положение подвижного груза F = 1:
b = l – a
0
M1(x)
x
a* b/l
0
a* c/l
Л.В. М1

Различия
между линией влияния и эпюрой
От какой нагрузки
строится
От условной одиночной подвижной нагрузки,
равной безразмерной
единице (F=1)
От реальной неподвижной нагрузки, возможно много-компонентной, определённым образом расположенной
на сооружении
Что показывает
в целом
Значения исследуемого фактора при разных положениях единичного подвижного груза F=1
Значения исследуемого фактора в разных точках (сечениях) системы при фиксированной нагрузке
Смысл
произвольной
ординаты
Значение исследуемого фактора при расположе-нии единичного груза F=1 в том месте, где читается ордината
Что позволяет
определить
Невыгоднейшие (опасные) положения реальных подвиж-ных и других временных нагрузок и соответствующие экстремальные значения
исследуемого фактора
Точки (опасные сечения) системы и экстремальные значения исследуемого фактора в них при фиксированной нагрузке
Значение исследуемого фактора в том месте (сечении), где читается ордината