PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

Samankaltaiset tiedostot
PALKIN KIMMOVIIVA M EI. Kaarevuudelle saatiin aiemmin. Matematiikassa esitetään kaarevuudelle v. 1 v

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

7. Suora leikkaus TAVOITTEET 7. Suora leikkaus SISÄLTÖ

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

SUORAN PALKIN RASITUKSET

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

Harjoitus 6. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

A on sauvan akselia vastaan kohtisuoran leikkauspinnan ala.

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

RASITUSKUVIOT. Kuvioiden laatimisen tehostamiseksi kannattaa rasitukset poikkileikkauksissa laskea seuraavassa esitetyllä tavalla:

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2 LUJUUSOPIN PERUSKÄSITTEET Suoran sauvan veto tai puristus Jännityksen ja venymän välinen yhteys 34

2 LUJUUSOPIN PERUSKÄSITTEET Suoran sauvan veto tai puristus Jännityksen ja venymän välinen yhteys

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

8. Yhdistetyt rasitukset

RAK-C3004 Rakentamisen tekniikat

Mitoitetaan MäkeläAlu Oy:n materiaalivaraston kaksiaukkoinen hyllypalkki.

POIKKILEIKKAUSTEN MITOITUS

2. harjoitus - malliratkaisut Tehtävä 3. Tasojännitystilassa olevan kappaleen kaksiakselista rasitustilaa käytetään usein materiaalimalleissa esiintyv

MITOITUSTEHTÄVÄ: I Rakennemallin muodostaminen 1/16

Oheismateriaalin käyttö EI sallittua, mutta laskimen käyttö on sallittua Vastaukset tehtäväpaperiin, joka PALAUTETTAVA (vaikka vastaamattomana)!

Harjoitus 1. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa [a), b)] ja laske c) kohdan tehtävä.

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta Konetekniikan koulutusohjelma BK10A0401 Kandidaatintyö ja seminaari

Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

LUJUUSOPPI. TF00BN90 5op. Sisältö:

KJR-C1001: Statiikka L5 Luento : Palkin normaali- ja leikkausvoima sekä taivutusmomentti

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Oheismateriaalin käyttö EI sallittua, mutta laskimen käyttö on sallittua Vastaukset tehtäväpaperiin, joka PALAUTETTAVA (vaikka vastaamattomana)!

Ratkaisut 3. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

2 SUORA SAUVA ja PALKKI Suoran sauvan puhdas veto tai puristus Suoran palkin taivutus Harjoitustehtäviä 71

Palkin taivutus. 1 Johdanto. missä S on. määritetään taivuttamalla. man avulla.

Ratkaisut 2. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

Materiaalien mekaniikka

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

POIKKILEIKKAUSTEN MITOITUS

Palkkien mitoitus. Rak Rakenteiden suunnittelun ja mitoituksen perusteet Harjoitus 7,

ESIMERKKI 3: Märkätilan välipohjapalkki

Aksiaalisella tai suoralla leikkauksella kuormitettujen rakenneosien lujuusopillinen analyysi ja suunnittelu

OSIITAIN JA YKKIEN LIITOSTEN V AIKUTUS PORTAALIKEHAN VOI MASUUREISIIN. Rakenteiden Mekaniikka, Vol.27 No.3, 1994, s

POIKKIPINNAN GEOMETRISET SUUREET

ESIMERKKI 1: NR-ristikoiden kannatuspalkki

SIPOREX-HARKKOSEINÄÄN TUKEUTUVIEN TERÄSPALKKIEN SUUNNITTELUOHJE

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

Kerto-Tyyppihyväksynnät. Toukokuu 2001

Rak Rakenteiden lujuusoppi Tentti

Palkin teknisen taivutusteorian historiasta

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka VI. Prof. (ma) Hannu Hirsi.

MATLAB 7.1 Ohjelmointiharjoitus. Matti Lähteenmäki

Hämeenkylän koulun voimistelusalin vesikaton liimapuupalkkien kantavuustarkastelu

Tarkastellaan ympyräsylinterin käyttäytymistä eri muotoisilla tukipinnoilla. Oletetaan sylinterin vierintävastus merkityksettömäksi.

Koesuunnitelma Kimmokertoimien todentaminen

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

Koesuunnitelma KON-C3004 Kone-ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Aleksi Purkunen (426943) Joel Salonen (427269)

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

Esimerkkilaskelma. Palkin vahvistettu reikä

ESIMERKKI 2: Kehän mastopilari

ESIMERKKI 5: Päätyseinän palkki

Palkki ja laatta toimivat yhdessä siten, että laatta toimii kenttämomentille palkin puristuspintana ja vetoteräkset sijaitsevat palkin alaosassa.

ESIMERKKI 2: Asuinhuoneen välipohjapalkki

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Jigi Betonipalkin ja -pilarin laskennan kuvaus

Ovi. Ovi TP101. Perustietoja: - Hallin 1 päätyseinän tuulipilarit TP101 ovat liimapuurakenteisia. Halli 1

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

LAATTATEORIAA. Yleistä. Kuva 1.

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

Tehtävä 1. Lähtötiedot. Kylmämuovattu CHS 159 4, Kylmävalssattu nauha, Ruostumaton teräsnauha Tehtävän kuvaus

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

Suhteellinen puristuskapasiteetti arvioida likimääräisesti kaavalla 1 + Kyseisissä lausekkeissa esiintyvillä suureilla on seuraavat merkitykset:

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

1.5 KIEPAHDUS Yleistä. Kuva. Palkin kiepahdus.

ESIMERKKI 3: Nurkkapilari

SUORAN SAUVAN VETO TAI PURISTUS

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

ESIMERKKI 4: Välipohjan kehäpalkki

tutustuttaa materiaalien lujuusominaisuuksiin luentoja perusteellisemmin

Ruuvien päiden muotoja. [Decker ja esimerkiksi: ]

EN : Teräsrakenteiden suunnittelu, Levyrakenteet

Harjoitus 10. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

MEI Kontinuumimekaniikka

TERÄSRISTIKON SUUNNITTELU

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

Harjoitus 7. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

Harjoitus 4. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

10. Jännitysten ja muodonmuutosten yhteys; vaurioteoriat

Laskuharjoitus 3 Ratkaisut

3. SUUNNITTELUPERUSTEET

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

BETONITUTKIMUSSEMINAARI 2018

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 05: FEM-analyysista saatavat tulokset ja niiden käyttö.

SAATAVUUS: = varastossa, s = sinkitty, m = suojamaalattu

VÄLIPOHJA PALKKI MITOITUS 1

by1030 Käytä desimaalien merkitsemiseen pilkkua. Käytä sivussa olevia painikkeita dokumentin sisällä liikkumiseen.

Transkriptio:

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS Qx ( ) Nx ( ) 0 (puhdas taivutus) d t 0 eli taivutusmomentti on vakio dx dq eli palkilla oleva kuormitus on nolla 0 dx suora taivutus Taivutusta sanotaan suoraksi, jos kuormitustaso sisältää palkin kaikkien poikkileikkauksien toisen pääakselin. Tästä seuraa 1. Neutraaliakseli ja neutraalitaso ovat kohtisuorassa kuormitustasoa vastaan. 2. Kimmoviiva (=taipumaviiva) pysyy kuormitustasossa. Kuvan palkissa on puhdas taivutus pistevoimien välisellä osuudella. Jos kuormitustaso sisältää kaikkien poikkileikkauksien toisen pääakselin, on taivutus myös suora. 1

Teknisen taivutusteorian otaksumat: 1. Tasot, jotka ennen muodonmuutosta olivat kohtisuorassa palkin akselia vastaan, pysyvät tasoina muodonmuutoksen jälkeenkin. 2. Tasot, jotka ennen muodonmuutosta olivat kohtisuorassa palkin akselia vastaan, ovat kohtisuorassa palkin akselia vastaan. 3. Poikkileikkauksen poikittaismuodonmuutokset jätetään huomioonottamatta. Etäisyydellä y neutraaliakselista olevan viivaelementin venymä: x x ( dx) ( y) d-d dx d y Viivaelementin venymä on siis suoraan verrannollinen etäisyyteen neutraaliakselista. 2

NEUTRAALITASO JA NEUTRAALIAKSELI Puhtaassa taivutuksessa palkin pitkittäissäikeet venyvät palkin kuperalla puolella ja lyhenevät koveralla puolella, joten tietyllä kohtaa ne säilyttävät pituutensa ja ainoastaan taipuvat. Nämä säikeet muodostavat neuraalitason, joka taipuu palkin neutraalipinnaksi. Normaalijännityksen jakautuminen puhtaassa taivutuksessa: x y E x E Taivutusjännitystila 3

Poikkileikkauksen normaalijännitysresultantti häviää puhtaassa taivutuksessa: y E E N xda E da y A Sz d 0 S 0 z LAUSE: Jos materiaali on lineaarisesti kimmoista ja isotrooppista sekä poikkileikkauksen kimmomoduuli on vakio, kulkee puhtaassa suorassa taivutuksessa neutraaliakseli poikkileikkauksen pintakeskiön kautta. Laskemalla pintaelementtiin kohdistuvan voiman xda momentti z akselin suhteen (koko poikkileikkauksen alalta) saadaan Ey y d A y A d tz x Jos kimmomoduuli E on poikkileikkauksessa vakio, niin E E y A I 2 tz d missä siis I y 2 da z z 4

Ratkaistaan eo. yhtälöstä kaarevuus 1/ (kaarevuussäteen käänteisluku) 1 EI tz z Tuloa EI z sanotaan poikkileikkauksen taivutusjäykkyydeksi. y Koska x E niin tz x y I z Tämä on puhtaan taivutuksen aiheuttama palkin akselin suuntainen normaalijännitys, jolle usein käytetään myös nimitystä taivutusjännitys. Taivutusjännityksellä on ääriarvot poikkileikkauksen ala ja yläreunassa. Näitä sanotaan reunajännityksiksi r1 ja r2. Kun käytetään reunaetäisyyksiä a 1 ja a 2, saadaan reunajännityksille lausekkeet a ( a ) I W I W t t t t r1 1 r2 2 z 1 z 2 5

Näissä on käytetty ala ja yläreunan taivutusvastuksia W 1 I a z 1 W I a z 2 2 Joissakin yhteyksissä poikkileikkauksille annetaan vain yksi taivutusvastus (kummankin pääakselin suhteen). Tällöin tarkoitetaan pienempää taivutusvastuksista (z akselin suhteen) eli W min( W, W ) z z1 z2 t max W z t ESIERKKI Valitse kuvan kaksitukiselle tasapaksulle ja homogeeniselle palkille sopiva kuumamuovattu puolileveä I profiili, joka on terästä S275JRG2 (EN10025). Varmuusluvuksi myötöön nähden halutaan 1,5. Vain taivutusjännitys otetaan huomioon. F 10kN, L2m

Tarvittava taivutusvastus RATKAISU Palkin suurin taivutusmomentti FL 10kN2m tmax 5kNm 4 4 Sallittu jännitys R e n 275Pa, sall 183Pa 15 t t max sall Wz t 5kNm 510 Nmm Wztarv 2 sall 183Pa 183Nmm 27322mm 3 I profiilit taulukon mukaan pienin poikkileikkaus, jolla taivutusvastus on vähintään tämän suuruinen, on 3 3 IPE 100 ( Wz 34, 210 mm ) jos profiili on kuvan (a) mukaisessa asennossa. Jos profiili asetettaisiin kuvan (b) mukaisesti, tulisi valita poikkileikkaukseksi 3 3 IPE 200 ( Wy 28, 510 mm ) jonka massa on melkein kolminkertainen ensimmäiseen verrattuna. 7

ESIERKKI Valitse kuvan palkiksi sopivat poikkileikkausmitat, kun palkki on puuta T30, jonka tsall 11Pa. Palkin poikkileikkaus on suorakaide b h. RATKAISU: Suorakaiteen taivutusvastus: 3 2 Iz bh / 12 bh Wz h / 2 h / 2 Palkin suurin taivutusmomentti 15kNm t max Tarvittava taivutusvastus W 15kNm 1510 Nmm 13, 10 mm t ztarv 2 sall 11Pa 11N/mm 3 Haetaan sopivaa poikkileikkausta kokeilemalla leveyden arvoilla: b 50mm 3 2 Wztarv Wztarv 13, 10 mm Wztarv bh / h 404mm b b 50mm b 75mm 1, 310 h mm 330mm 75 b 100mm 1310, h mm 285mm Valitaan b100 ja h300 100 8

ESIERKKI Kuvan teräspalkki on tehty kuumamuovatusta T profiilista T100. Laske palkin varmuus myötöön nähden, kun L 1m, q kn/m, R 220Pa o RATKAISU: Profiilille T100: A2090mm, Iz 1, 7910 mm Pienempi taivutusvastuksista on e 2 4 Iz W a 4 179, 10 mm 24, mm 3 max 72, mm 3 Itseisarvoltaan suurin taivutusmomentin arvo saadaan palkin tuella A t A qoll/2 3kNm 310 Nmm Itseisarvoltaan suurin taivutusjännitys esiintyy palkin tuella A olevan poikkileikkauksen alareunassa. Sille saadaan ta 310 Nmm tmax 121, 7Pa 3 3 W 24, 10 mm Varmuudeksi myötöön nähden tulee näin Re 220Pa n 181, tmax 121, 7Pa Tarkistetaan vielä oman painon vaikutus. 9

Omasta painosta johtuva kuormitus on kg 2 m qg Ag 7850 209010 m 9, 81 11N/m 3 2 m s Koska taivutusjännitys on suoraan verrannollinen taivutusmomentin arvoon, joka edelleen on suoraan verrannollinen kuormituksen arvoon, voidaan omasta painosta johtuva taivutusjännityksen osuus laskea verrannolla q g g 011, t tmax 121, 7 Pa 3, 27 Pa qo Oman painon osuus jännitykseen on vain noin 2, %. TEHTÄVÄ ääritä kuvan palkin taivutusjännityksen ääriarvot. Palkin poikkileikkaus on kuvan mukainen. Vast: tmax 59, 4Pa 10

TEHTÄVÄ ääritä kuvan palkin taivutusjännityksen suurin arvo. Palkin poikkileikkaus on kuvan mukainen. Vast: tmax 127Pa TEHTÄVÄ Valitse taivutusjännityksen perusteella kuvan palkiksi sopiva IPE profiili, jonka materiaali on S275JRG2 (EN10025). Varmuusluvun myötöön nähden tulee olla vähintään 1,5. Vast: IPE300 11

TEHTÄVÄ ääritä kuvan palkin taivutusjännityksen ääriarvot. Palkin poikkileikkaus on kuvan mukainen. Vast: tmax tmin tmin 57kNm, 3kNm 148Pa, 148Pa tmax TEHTÄVÄ Palkin poikkileikkaus on hitsattu kahdesta laattateräksestä kuvan mukaisesti. Teräk sen materiaali on S355JRG2 (EN10025). ääritä kuvan palkin taivutusjännityksen ääriarvot. ikä on varmuus myötöön nähden? Vast: y 4 o 4, 55mm, z 2, 1810 mm tmax tmin I 39, 38kNm, 203, 7Pa tmax 97, 10Pa, n 1, 74 12

TEHTÄVÄ ääritä kuvan palkin taivutusjännityksen ääriarvot. Palkin poikkileikkaus on kuvan mukainen. 75Pa, 90Pa Vast: tmax tmin Yhdistetty veto (tai puristus) ja taivutus Yleensä palkin poikkileikkausta rasittaa taivutuksen lisäksi myös normaalivoima ja leikkausvoima. Tarkastellaan seuraavassa normaalivoiman ja taivutusmomentin yhteisvaikutusta palkin akselin suuntaisiin normaalijännityksiin. Näiden rasitusten erikseen aiheuttamat jännitykset ovat x F tz x y A Iz 13

Yhdistetyn vedon ja taivutuksen reunajännitykset ovat N N tz tz r1, r2 A W1 A W2 ESIERKKI Kuvan lyhyen pilarin poikkileikkaus on RHS putki 150x150x teräksestä S355J2H. Kuormittava voima F 150kN ja voiman etäisyys e 300mm (pilarin keskilinjasta). Laske varmuus myötöön 2 nähden, kun pilarin poikkipinta ala A 333mm 3 3 ja taivutusvastus W ( W ) 152, 810 mm RATKAISU Vkk kuvan perusteella 3 N F 15010 N Fe4510 Nm t z y 14

Lasketaan reunajännitykset N 15010 N 4510 Nmm 3 tz r1 2 3 3 A W1 333mm 152, 810 mm N 15010 N 4510 Nmm 3 tz r2 2 3 3 A W1 333mm 152, 810 mm 249, 9Pa 339, 1Pa Varmuus myötöön nähden Re 355 n 105, 339, 1 x max TEHTÄVÄ Kuvan mukaiseen puusauvaan on tehty 10mm syvä lovi. Laske, kuinka suuri on akselin suuntainen normaalijännitys loveamattomassa sauvassa ja kuinka paljon jännitys muuttuu lovetussa kohdassa. Voima F kn Vast: r 15Pa max 15

TEHTÄVÄ Kuvan lyhyttä pilaria kuormittaa kaksi voimaa. Kuinka paljon pilarin poikkileikkauksen suurin puristusjännitys muuttuu, kun toinen voimista poistetaan. F 450kN, a150mm, c100mm 1