Samouczek: kratownica płaska
W tym samouczku zbudujesz małą statycznie wyznaczalną kratownicę, sprawdzisz siły w prętach metodą równoważenia węzłów i metodą Rittera oraz znajdziesz pręt zerowy. Zarezerwuj około 15 minut.

Otwórz gotowy model, jeśli chcesz go tylko obejrzeć.
Zadanie

- Rozpiętość 12 m podzielona na trzy przedziały po 4 m, wysokość 3 m.
- Węzły pasa dolnego 1–4, węzły pasa górnego 5 i 6.
- Podpora przegubowa nieprzesuwna w węźle 1 i przesuwna w węźle 4.
- Dwie siły po 30 kN w węzłach pasa dolnego 2 i 3.
- Pręty stalowe o polu cm².
| Węzeł | X [m] | Z [m] | Podpora | Obciążenie |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | przegubowa nieprzesuwna | |
| 2 | 4 | 0 | Fz = 30 kN | |
| 3 | 8 | 0 | Fz = 30 kN | |
| 4 | 12 | 0 | przegubowa przesuwna | |
| 5 | 4 | −3 | ||
| 6 | 8 | −3 |
Pręty: pas dolny 1–2, 2–3, 3–4; pas górny 5–6; krzyżulce skrajne 1–5 i 6–4; słupki 2–5 i 3–6; oraz krzyżulec środkowy 5–3.
Czy jest statycznie wyznaczalna? przy węzłach, więc tak: siły w prętach wynikają z samych warunków równowagi.
1. Materiał i przekrój
- Wyczyść model (zaznacz Usuń materiały i Usuń przekroje).
- Materiały → Biblioteka materiałów → Steel (S235).
- Przekroje → Dodaj przekrój:
Pole = 0,002,Iy = 1e-6,Wysokość = 0,1,Współczynnik ścinania = 1. Przy prętach z przegubami liczy się tylko pole.
2. Narysuj pręty z przegubami
Pręt kratownicy w EduBeam to element belkowy z zaznaczonymi oboma przegubami końcowymi. Narzędzie myszy może je ustawić za Ciebie:
- Zakładka Elementy → drugi przycisk Dodaj element (ikona kursora).
- Na pasku u góry widoku zaznacz Przegub na początku i Przegub na końcu. Każdy pręt, który teraz narysujesz, dostanie oba.
- Narysuj obrys jako jedną linię łamaną: kliknij (0, 0), (4, −3), (8, −3), (12, 0), a potem z powrotem wzdłuż dołu: (8, 0), (4, 0), (0, 0). Naciśnij Esc.
- Narysuj pręty wewnętrzne po jednym, naciskając Esc po każdym: (4, 0) → (4, −3), (4, −3) → (8, 0), (8, 0) → (8, −3).
- Naciśnij F, aby dopasować widok.
Sprawdź tabelę Elementy: dziewięć elementów, każdy z zaznaczonymi oboma Przegubami końcowymi. Numery Twoich węzłów i elementów mogą się różnić od tych na rysunkach; nie ma to znaczenia.
3. Podpory i obciążenia
- Kliknij węzeł w (0, 0) → Podpory węzła → Przegub. Kliknij węzeł w (12, 0) → Przegub przesuwny.
- Kliknij węzeł w (4, 0) → Dodaj obciążenie →
Fz = 30kN. To samo zrób w (8, 0).
Dodatnie Fz działa w dół. Węzły kratownicy mogą się swobodnie obracać; EduBeam akceptuje węzły, w których wszystkie pręty mają przeguby, i podaje ich obrót jako 0.
4. Wyniki
W opcjach wyświetlania odznacz Kształt odkształcony i My (x) (w kratownicy nie ma zginania) i zaznacz N (x).

5. Sprawdź ręcznie
Reakcje. Obciążenia są symetryczne, więc kN w górę, a reakcja pozioma w podporze nieprzesuwnej jest zerowa.
Węzeł 1 (metoda równoważenia węzłów). Krzyżulec skrajny 1–5 ma długość 5 m (, ):
Węzeł 2. Słupek 2–5 jest jedynym prętem, który może przenieść siłę 30 kN do góry: kN oraz kN.
Przekrój przez środkowy przedział. Przetnij pręty 5–6, 5–3 i 2–3 i rozważ lewą część:
- Suma momentów względem węzła 3: kN.
- Siły pionowe: siła tnąca w przedziale wynosi , więc krzyżulec 5–3 nie przenosi niczego: .
| Pręt | Wartość ręczna | EduBeam |
|---|---|---|
| Pas dolny 1–2, 2–3, 3–4 | +40 kN (rozciąganie) | 40 |
| Pas górny 5–6 | −40 kN (ściskanie) | −40 |
| Krzyżulce skrajne 1–5, 6–4 | −50 kN | −50 |
| Słupki 2–5, 3–6 | +30 kN | 30 |
| Krzyżulec środkowy 5–3 | 0 | 0 |
Ugięcie węzła 2 wynosi 2,29 mm (Wyniki → Wyniki węzłowe). Jako ćwiczenie oblicz je metodą prac wirtualnych, .
6. Eksperymentuj
- Przesuń jedno obciążenie. Przyłóż obie siły 30 kN w węźle 2. Krzyżulec środkowy przenosi teraz siłę: jakiego znaku i dlaczego?
- Usuń krzyżulec środkowy. Kratownica staje się mechanizmem; EduBeam zakreśla winne przeguby i pokazuje, jak przedział się ścina.
- Odznacz wszystkie przeguby. Kratownica staje się ramą o sztywnych węzłach. Zaznacz My (x): momenty zginające są znikome w porównaniu z siłami osiowymi, i dlatego idealizacja węzłów przegubowych się sprawdza.
- Zamień obie podpory na nieprzesuwne. Jedna reakcja więcej czyni układ statycznie niewyznaczalnym, a siły w pasie dolnym zależą teraz od pól przekrojów prętów.