Skip to content

Návod: rovinná příhradová konstrukce ​

V tomto návodu sestavíte malou staticky určitou příhradovou konstrukci, ověříte síly v prutech metodou styčných bodů a průsečnou metodou a najdete nulový prut. Počítejte asi s 15 minutami.

Hotová příhradová konstrukce: normálové síly a reakce

Chcete si model jen prohlédnout? Otevřete hotový model.

Zadání ​

Geometrie, podpory a zatížení
  • Rozpětí 12 m rozdělené na tři pole po 4 m, výška 3 m.
  • Uzly dolního pásu 1–4, uzly horního pásu 5 a 6.
  • Pevný kloub v uzlu 1, posuvný kloub v uzlu 4.
  • Dvě síly po 30 kN v uzlech 2 a 3 dolního pásu.
  • Ocelové pruty o ploše A=20A = 20 cm².
UzelX [m]Z [m]PodporaZatížení
100kloub
240Fz = 30 kN
380Fz = 30 kN
4120posuvný kloub
54−3
68−3

Pruty: dolní pás 1–2, 2–3, 3–4; horní pás 5–6; krajní diagonály 1–5 a 6–4; svislice 2–5 a 3–6; prostřední diagonála 5–3.

Je konstrukce staticky určitá? Při j=6j = 6 styčnících platí m+r=9+3=12=2jm + r = 9 + 3 = 12 = 2j, takže ano: síly v prutech plynou jen z podmínek rovnováhy.

1. Materiál a průřez ​

  1. Smazat konstrukci (zaškrtněte Smazat materiály a Smazat průřezy).
  2. Materiály → Knihovna materiálů → Steel (S235).
  3. Průřezy → Přidat průřez: Plocha = 0,002, Iy = 1e-6, Výška = 0,1, Smykový součinitel = 1. U prutů s klouby na obou koncích záleží jen na ploše.

2. Nakreslete pruty s klouby ​

Příhradový prut je v EduBeamu nosníkový prvek se zaškrtnutými oběma koncovými klouby. Nástroj pro kreslení myší je nastaví za vás:

  1. Záložka Prvky → druhé tlačítko Přidat prvek (ikona kurzoru).
  2. V liště v horní části zobrazení zaškrtněte Kloub na začátku a Kloub na konci. Každý nově nakreslený prut bude mít oba klouby.
  3. Obrys nakreslete jako jednu lomenou čáru: klikněte do bodů (0, 0), (4, −3), (8, −3), (12, 0) a pak zpět po dolním pásu: (8, 0), (4, 0), (0, 0). Stiskněte Esc.
  4. Vnitřní pruty kreslete po jednom a po každém stiskněte Esc: (4, 0) → (4, −3), (4, −3) → (8, 0), (8, 0) → (8, −3).
  5. Klávesou F přizpůsobíte zobrazení.

Zkontrolujte tabulku Prvky: musí v ní být devět prvků, všechny se zaškrtnutými oběma Koncovými klouby. Čísla uzlů a prvků se mohou od obrázků lišit, na tom nezáleží.

3. Podpory a zatížení ​

  1. Klikněte na uzel v (0, 0) → Podepření uzlu → Kloub. Pak klikněte na uzel v (12, 0) → Posuvný kloub.
  2. Klikněte na uzel v (4, 0) → Přidat zatížení → Fz = 30 kN. Totéž zopakujte v (8, 0).

Kladné Fz míří dolů. Styčníky příhradové konstrukce se mohou volně pootáčet. EduBeam proto uzly, ve kterých jsou všechny pruty připojené kloubově, přijme a jejich pootočení vypíše jako 0.

4. Výsledky ​

V možnostech zobrazení vypněte Deformovaný tvar a My (x) (v příhradové konstrukci ohyb nevzniká) a zaškrtněte N (x).

Normálové síly: tah kladný

5. Ověřte ručně ​

Reakce. Zatížení je symetrické, takže R1=R4=30R_1 = R_4 = 30 kN (vzhůru) a vodorovná reakce v pevném kloubu je nulová.

Styčník 1 (metoda styčných bodů). Krajní diagonála 1–5 má délku 5 m (sinα=3/5\sin\alpha = 3/5, cosα=4/5\cos\alpha = 4/5):

∑Fz: N15⋅35=−30⇒N15=−50 kN∑Fx: N12=−N15⋅45=40 kN\sum F_z:\ N_{15} \cdot \tfrac{3}{5} = -30 \Rightarrow N_{15} = -50\ \text{kN} \qquad \sum F_x:\ N_{12} = -N_{15} \cdot \tfrac{4}{5} = 40\ \text{kN}

Styčník 2. Zatížení 30 kN může nahoru přenést jedině svislice 2–5: N25=+30N_{25} = +30 kN a N23=N12=40N_{23} = N_{12} = 40 kN.

Řez prostředním polem. Veďte řez pruty 5–6, 5–3 a 2–3 a uvažujte levou část:

  • Momentová podmínka k uzlu 3: R1⋅8−30⋅4+N56⋅3=0⇒N56=−40R_1 \cdot 8 - 30 \cdot 4 + N_{56} \cdot 3 = 0 \Rightarrow N_{56} = -40 kN.
  • Svislé síly: posouvající síla v poli je R1−30=0R_1 - 30 = 0, takže diagonála 5–3 je nulový prut: N53=0N_{53} = 0.
PrutRučněEduBeam
Dolní pás 1–2, 2–3, 3–4+40 kN (tah)40
Horní pás 5–6−40 kN (tlak)−40
Krajní diagonály 1–5, 6–4−50 kN−50
Svislice 2–5, 3–6+30 kN30
Prostřední diagonála 5–300

Průhyb uzlu 2 je 2,29 mm (Výsledky → Výsledky v uzlech). Jako cvičení ho spočítejte principem virtuálních prací, δ=∑NnL/(EA)\delta = \sum N n L / (EA).

6. Experimentujte ​

  • Přesuňte jednu sílu. Umístěte obě síly 30 kN do uzlu 2. Prostřední diagonála teď přenáší sílu: s jakým znaménkem a proč?
  • Odstraňte prostřední diagonálu. Z příhradové konstrukce se stane mechanismus; EduBeam zakroužkuje klouby, které ho způsobují, a ukáže, jak se pole zkosí.
  • Zrušte všechny klouby. Z příhradové konstrukce se stane rám s tuhými styčníky. Zaškrtněte My (x): ohybové momenty jsou ve srovnání s normálovými silami nepatrné, a proto idealizace kloubových styčníků funguje.
  • Dejte do obou podpor pevný kloub. Jedna reakce navíc udělá z konstrukce staticky neurčitou a síly v dolním pásu pak závisejí na plochách prutů.