Kratownice

Jesteśmy prawie na finiszu naszego pierwszego kursu Mechanika Ogólna. Tutaj zajmiemy się obliczaniem reakcji podporowych, ale również wyznaczeniem sił osiowych w prętach, nie wystarczy niestety policzyć jedynie reakcji podporowych, Wasi profesorowie będą wymagać również abyście obliczyli wartości sił w prętach. Z pojęciem sił osiowych możecie spotkać się pierwszy raz, dokładnie zapoznacie się z nim w kolejnym poradniku Wytrzymałość Materiałów.

W dużym skrócie polega to na wyznaczeniu sił wewnętrznych M - momenty, T - tnące i N - normalne jakie działają w danej konstrukcji. Nas aktualnie będą interesować te ostatnie, ponieważ z założenia wynika, że w kratownicy momenty i siły tnące wynoszą zero. Przed przystąpieniem do obliczeń, musi być dawka teorii.
Podczas obliczania wartości w prętach możemy wykorzystać dwie podstawowe metody obliczeniową oraz graficzną. Zajmijmy się metodami obliczeniowymi, tutaj następuje dalszy podział, w kratownicach do obliczenia sił przekrojowych będziemy używali następujących metod:

Metoda Rittera (przecięć)
Metoda równoważenia węzłów
Metoda równoważenia części kratownicy

Bardzo często podczas obliczania prętów kratownicy będziemy używali tych metod na zmianę. Musimy nauczyć się również rozpoznawać pręty zerowe, poniższe rysunki pokażą w jakich przypadkach występują pręty zerowe. Jest to bardzo przydatne, ponieważ mamy mniej liczenia.
Przypadki prętów zerowych:

Mamy trzy przypadki, które na prawdę warto zapamiętać!

dwa pręty, węzeł nieobciążony - oba pręty zerowe:
dwa pręty, węzeł obciążony siłą równoległą do jednego z prętów - drugi pręt zerowy
węzeł nieobciążony, trzy pręty, w tym 2 leżące na jednej prostej - trzeci pręt zerowy

Trzy łatwiutkie obrazeczki, a tak ułatwiają życie!
No dobrze zacznijmy naukę przez praktykę.
Mamy taką oto kratownicę.

Zobaczmy jak wyglądają reakcje podporowe.

1. Obliczenie reakcji podporowych.

Reakcje poziomą Hb obliczymy z rzutu sił na oś X

$\Sigma _{X} = 0$
$-H_{b} + 10,00kN =0$
$H_{b} = 10,00kN$

Kolej na reakcje pionowe, równanie momentów do punktu A.

$\Sigma M_{a} = 0$
$10,00kN * 4,00m + 20,00kN * 4,00m - V_{b} * 8,00m =0,00$
$-8,00V_{b} = -120,00 kN / :(-8 ,00)$
$V_{b} = 15,00kN$

Teraz reakcja Ra:

$\Sigma _{Y} = 0$
$R_{a} - 20,00kN + 15,00kN =0$
$R_{a} = 5,00kN$

2. Obliczenie sił przekrojowych

2.1. Metoda Rittera(przecięć).

Wykorzystując tę metodę do obliczeń sił osiowych w prętach kratownicy "myślowo" przecinamy trzy pręty lub więcej, tak aby było możliwe utworzenie punktów Rittera.

Co to jest punkt Rittera? Jest to punkt, w którym przecinają się wszystkie przecięte pręty poza jednym. Mając punkt Rittera możemy, używając sumy momentów obliczyć pręt, którego działanie nie przecina punktu Rittera.
Na rysunku poniżej, przedstawie 4 przekroje jakie stworzyłem do obliczenia poszczególnych prętów, oto one:

Stworzyłem 4 przekroje, a dokładnie: A-A, B-B, C-C oraz D-D. Podczas tworzenia przekroju rozdzielamy naszą kratownicę na dwie części, dlatego podczas obliczeń należy zaznaczyć, którą część kratownicy wybieramy lewą czy prawą. Ten wybór zależy oczywiście tylko od nas, ponieważ wyniki zawsze wyjdą takie same, niezależnie od wybranej przez nas strony przekroju. Wybierajmy jednak stronę przekroju tam gdzie jest mniej liczenia, czyli jest mniej sił, reakcji podporowych itp...

Po przecięciu kratownicy, w przeciętych prętach, powstają nam siły rozciągające i właśnie te siły musimy obliczyć.

Przekrój A-A(lewa strona kratownicy)
Widzimy, że po przecięciu prętów nr 2, 3 i 4 powstały nam siły rozciągające te pręty. Aby obliczyć siłę w pręcie nr 2 stworzymy równanie sumy momentów do punktu Rittera nr 1, ponieważ ten punkt przecinają pręty numer 4 i 3, dlatego nie bierzemy ich pod uwagę w obliczeniach. Dużą literą P z liczbą w indeksie, będę oznaczał pręty, np. P2 - pręt nr 2.