Решение. 1. Геометрические характеристики швеллера относительно его собственных центральных осей (рис
1. Геометрические характеристики швеллера относительно его собственных центральных осей (рис. б) согласно ГОСТ 8240-72 следующие:
площадь A1 = 23,4 см2,
высота сечения h1 = 20 см,
моменты инерции , ,
абсцисса центра тяжести швеллера .
(ГОСТ прокатных профилей есть в приложениях всех литературных источников, приведённых в списке литературы).
Здесь и далее индекс в нижнем правом углу означает номер простой составляющей сечения. Например, швеллер, согласно принятой в задаче нумерации, имеет номер 1.
Геометрические характеристики прямоугольника относительно его собственных центральных осей (рис. в) следующие:
- площадь ,
- моменты инерции относительно собственных центральных осей
, .
2. Построение сечения в масштабе (см. рисунок 1, а).
3. Определение координаты центра тяжести сечения.
- Строим вспомогательную систему координат. В качестве вспомогательной системы координат выбираем центральные оси швеллера и .
- Определяем координаты центра тяжести сечения относительно вспомогательной системы координат. Для рассматриваемого сечения необходимо вычислить только одну координату , так как другая координата известна. Поскольку центр тяжести всего сечения должен лежать на прямой, соединяющей центры тяжести простых составляющих (это правило действительно для сечений, состоящих их двух частей), то в нашем случае центр тяжести лежит на оси (см. рисунок 1, а), а значит координата .
Координата центра тяжести (к. ц. т.) сечения определяется по формуле:
,
где А – площадь всего сечения; - статический момент всего сечения относительно оси . Для рассматриваемого примера статический момент сечения следует обозначить, как , так как определяется относительно оси .
Рассматриваемое сечение сложное. Для определения статического момента сложного сечения существует формула:
,
где n – число простых составляющих сложного сечения; - статический момент i –й составляющей сложного сечения; , - координата центра тяжести и площадь i –й составляющей сложного сечения. Применительно к нашей задаче формула примет следующий вид:
.
Так как координата y в прямоугольной системе координат представляет собой кратчайшее расстояние (перпендикуляр) от центра тяжести соответствующей фигуры до оси X, то:
, ;
и определены в пункте I. Подставим в формулу полученные значения:
.
Площадь сложного сечения . Тогда для рассматриваемого случая:
.
Следовательно, .
Для случая, когда неизвестной является координата , задача решается аналогично с учётом соответствующих изменений.
- Показываем на чертеже центральные оси всего сечения XC и YC. Причём эти оси строим параллельно вспомогательным осям, как показано на рис. а.
4. Проводим проверку правильности определения центра тяжести сечения.
В основе проверки лежит положение о том, что статические моменты сечения относительно центральных осей равны нулю. Значит, в нашем случае следует вычислить статические моменты сечения относительно полученных центральных осей XC и YC, при этом координаты ц. т. простых составляющих относительно этих осей:
, ;
,
.
Статические моменты сечения относительно осей XC и YC:
.
Иными словами, координаты ц. т. всего сечения вычислены правильно.
5. Определяем главные центральные моменты инерции сечения.
- Вычисляем центробежный момент инерции всего сечения.
Ось - центральная ось всего сечения и , - центральные оси простых составляющих – совпадают. Оси и - главные оси швеллера, значит центробежный момент инерции швеллера относительно них . Оси и - главные оси прямоугольника (так как оси и - оси симметрии прямоугольника), то есть . В этом случае центробежный момент инерции всего сечения в соответствии с формулой изменения центробежных моментов инерции при параллельном переносе осей (см. теорию):
.
- Находим главные оси всего сечения.
Так как центробежный момент инерции сечения относительно главных осей равен нулю, то в нашем случае оси XC и YC - главные оси инерции всего сечения.
- Вычисляем главные центральные моменты инерции всего сечения.
Поскольку главными центральными моментами инерции являются моменты инерции относительно главных центральных осей, то вычисления моментов инерции будем производить относительно осей XC и YC.
Воспользовавшись формулой определения осевых моментов инерции сложного сечения и формулой перехода между параллельными осями для осевых моментов инерции (см. теорию), получим
6. Определяем значения осевых моментов сопротивления.
Осевые моменты сопротивления в нашем случае вычисляются по формулам
; ,
где xmax и ymax - расстояния от соответствующих осей до наиболее удалённых точек сечения (см. рис. а).
Здесь: ;
;
.
Тогда: ;
;
.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 1910;