Научная статья на тему 'О расчете составных балок на упругом основании с двумя коэффициентами постели'

О расчете составных балок на упругом основании с двумя коэффициентами постели Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
279
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УПРУГОЕ ОСНОВАНИЕ / ELASTIC FOUNDATION / СТЕРЖЕНЬ / ROD / ПЛАСТИНКА / МЕТОД ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ АППРОКСИМАЦИЙ / METHOD OF APPROCSIMATION / PLATE

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Филатов В. В.

Рассматривается применение теории составных стержней и пластинок А.Р. Ржаницына к расчету составных балок на упругом основании с двумя коэффициентами постели. Для построения численного алгоритма используется разностная форма метода последовательных аппроксимаций. Приведен пример расчета составной балки на упругом основании, иллюстрирующий простоту и быструю сходимость решения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

on the calculation of composite beams on two-parameter elastic foundations

This article describes application of the composite bar and plate theory developed by A.R. Rzhanitsyn for calculating composite beams on two-parameter elastic foundations. Difference form of SUPROX method is used to generate some numerical algorithm. The calculation of composite beam on elastic foundations illustrates a simple and fast-convergence solution

Текст научной работы на тему «О расчете составных балок на упругом основании с двумя коэффициентами постели»

О РАСЧЕТЕ СОСТАВНЫХ БАЛОК НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ С ДВУМЯ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ПОСТЕЛИ

В.В. ФИЛАТОВ, канд. техн. наук, доцент

Московский государственный строительный университет, [email protected]

Рассматривается применение теории составных стержней и пластинок А.Р. Ржаницына к расчету составных балок на упругом основании с двумя коэффициентами постели. Для построения численного алгоритма используется разностная форма метода последовательных аппроксимаций. Приведен пример расчета составной балки на упругом основании, иллюстрирующий простоту и быструю сходимость решения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: упругое основание, стержень, пластинка, метод последовательных аппроксимаций

Обобщая теорию составных стержней А.Р. Ржаницына [1] на случай расчета составных балок, контактирующих с упругим основанием, дифференциальное уравнение равновесия балки запишем в виде

Й?2Л/°/Й6с2 =-([-г , (1)

где - изгибающий момент, воспринимаемый сечением составной балки; д -интенсивность поперечной нагрузки, изменяющейся по произвольному закону; г - отпор основания. В случае основания с двумя коэффициентами постели [2]:

г = к-у-2-Г-у", (2)

где у - прогибы балки, равные осадкам основания; у" — с!2у/с!х2 ; по [2]:

к =

Е0-8

г =

Е0- 8 Н

Н( 1-1/02) 12 • (1 + У0)

(3)

Е0, у0 - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала

основания; 8,Н - толщина, высота сжимаемого под конструкцией слоя грунта.

Подставляя (2) в (1), запишем дифференциальное уравнение (1) с учетом (3) в безразмерном виде:

й 2 т

йцг

2+С1

с12ЛУ й?(//2

■ м>

х Мг,Ь

у/ = —; т =-:

V Е1

У ЧЕ

ы =—;р =-

Е Е1

где

,1-Уо 6

Н_

Е

--Н; Е-3

£7(1-V2)

Е08

(4)

(5)

Е1 - жесткость на изгиб монолитной балки с размерами поперечного сечения рассматриваемой балки. Ниже для наглядности рассмотрим балку, составленную из двух одинаковых ветвей с размерами поперечного сечения ЬхН . Дифференциальные уравнения для определения прогибов у и сдвигающей силы Т в шве рассматриваемой балки по [1] записываются так:

¿у

йбс2

1

с12Т

2 ЕЛ.

(4°-Т-с

2

.2 Л

уЕЛ

2ЯЛ у

• т.

(6) (7)

В этих уравнениях: 1 г = ЕЪНъ/12; ЕвЕв - ЕЬН ; с - расстояние между центрами сечений ветвей (в случае нулевой толщины шва для рассматриваемой

с

2

с

балки с = Н); д - коэффициент жесткости шва.

С учетом (5) и запишем дифференциальные уравнения (6)

и (7) в безразмерном виде:

с12м> (л 1 ~

-= - 4 т---t

йц,2 У 2

где

г =-

(8) Т-сЬ

йц/1

■ = -11

2 ^т-Т

(9)

(10)

Ев1в ЕвРв

Для численного решения системы дифференциальных уравнений (4), (8), (9) используем обладающие высокой точностью разностные уравнения метода последовательных аппроксимаций (МПА). Следуя методике [3] разностные аппроксимации по МПА указанных дифференциальных уравнений для внутренней точки у равномерной сетки с шагом г при отсутствии разрывов т, м>, I. т', и р = сотХ запишем в виде:

т^ - 2т ^ + /и -+1 +

(

2 Л ' -с-,

5 2

-ТС.

12

2 Г*";

2 Л

с2 =-т Р;

12

(

Т2 ^ \-т—л2

V 12 , -2„2 ,

I + 1(Ч + У \ ( I +Щ + 6+1 -

(

- 6-1 - 1+

г2 ^ 1- — 72 • 12

V /

0+1 =

(11)

(12)

(13)

= -г2?72 (^г ■_1 + 10/и ■ + /и -+1 . Аналогично записываются разностные аппроксимации (4), (8), (9) для краевых точек сетки. В частности, разностное уравнение, соответствующее (4), для точки ] левого края сетки имеет вид:

(

т . + т ■ - + т

-2 Л

12

5 2

-2 Л

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

12

= — ^(14)

Если рассматривать составную балку, свободно лежащую на основании с двумя коэффициентами постели, согласно [2] в точке у левого края балки имеем граничные условия:

Р=1......................(15)

|ШИИ|ИИ_щ ^ 6 6

................. ^ где ^б , Бб - соответственно прогиб и обоб-

7777777777;

■77^ . 1

77/

Рис. 1

щенная поперечная сила в сечении у балки; , - осадка основания и обобщенная попе-

речная сила основания в точке у .

Выражение для безразмерной обобщенной поперечной силы в сечении у балки по [2] можно привести к виду:

= ту + С^ • . (16)

Исключая из (14) тс использованием (16), и1' - по параболической аппроксимации запишем полученное выражение, меняя знак 5б на обратный, для точки п правого края балки:

с

2

С

с

-

с

2

2

-T-sn -тп_г +mn -

24

w

n-\

1_ 24

wn= — p.(\l)

Для правого края балки по [2]: 8° - -Ъ^к/Ъ) -у°, (18)

где к, ^ определяются по (3). Умножая (18) на Е2/(Е7), перейдем к безразмер-

ному значению sn = Sn —:

EI

-Itj^- — ■ wO.

Sr

21 EI

Учитывая условие (15) и формулы (3), (5), из (19) получим при vQ = 0:

= SwJ6 = -0,4082-

w„

(19)

(20)

Рассмотрим в качестве примера двухслойную балку с нулевой толщиной шва по рис. 1. Пусть полупролет балки 2Л ; тогда г = 1. В силу симметрии рассматриваем правую половину балки с началом координат в точке 1.

Краевые условия в точке 3: т3 = 0; если положить, что возможны на торце

свободные сдвиги, то по [1] = 0 . Кроме того, для точки 3 справедливо выражение (20), которое получено с учетом условий (15). Учитывая (20), записываем уравнение (17) при п = 3; г = 1; <^=1/3; с2 = 1 / 2 ; р = 1; = 0:

-т2 - 0,02083 • - 0,2083 • + 0,8874 • = 0,5 . (21)

Дальнейший расчет балки на рисунке 1 сводится к записи уравнений (11)-(13) для точек 1, 2 с учетом краевых условий, симметрии, указанных выше параметров и г/ = 0,5 . Из решения этих шести уравнений совместно с (21) находим: т1, т2, , м?2 , ^ , ¡2. В частности, = = 1,77 > 1,67 , где 1,67 - максимальный прогиб монолитной балки с такими же размерами, что и составная, при прочих равных условиях. Отметим, что результаты численного и аналитического решений для монолитной балки практически совпадают.

В таблице приводятся основные результаты расчета рассматриваемой выше составной балки, полученные при т <1.

1 1 1 1

В еличины^^.^ 2 4 8 16

w ^max 1,7772 1,7773 1,7773 1,7773

m '"max 0,11408 0,11400 0,11399 0,11399

tmax 0,22805 0,22801 0,22800 0,22800

2

2

2

2

С\ ~

c

2

2

4

б

s

n

Результаты расчета свидетельствуют о быстрой сходимости численного решения по МПА. Разработанный алгоритм расчета составных балок на двух-параметрическом основании может быть использован в инженерной практике.

Литература

1. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластины. - М.:Стройиздат, 1986. - 316 с.

2. Леонтьев Н.Н., Леонтьев А.Н., Соболев Д.Н., Анохин Н.Н. Основы теории балок и плит на деформируемом основании// М., МИСИ, 1982. - 119 с.

3. Габбасов Р.Ф., Габбасов А.Р., Филатов В.В. Численное построение разрывных решений задач строительной механики. - М.: Изд-во АСВ, 2008 г. - 280 с.

ON THE CALCULATION OF COMPOSITE BEAMS ON TWO-PARAMETER ELASTIC FOUNDATIONS

V. V. Filatov

This article describes application of the composite bar and plate theory developed by A.R. Rzhanitsyn for calculating composite beams on two-parameter elastic foundations. Difference form of SUPROX method is used to generate some numerical algorithm. The calculation of composite beam on elastic foundations illustrates a simple and fast-convergence solution.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.