Laskuharjoitus 3 Ratkaisut

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

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

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

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

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

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

Materiaalien mekaniikka

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

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

A on sauvan akselia vastaan kohtisuoran leikkauspinnan ala.

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

KERTAUSHARJOITUKSIA. 1. Rationaalifunktio a) ( ) 2 ( ) Vastaus: a) = = 267. a) a b) a. Vastaus: a) a a a a 268.

Liitos ja mitat. Lisäksi mitoitetaan 4) seinän suuntainen sideraudoitus sekä 6) terästapit vaakasuuntaisille voimille.

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

A-osio. Ilman laskinta. MAOL-taulukkokirja saa olla käytössä. Maksimissaan yksi tunti aikaa. Laske kaikki tehtävät:

Lujuusopin jatkokurssi IV.1 IV. KUORIEN KALVOTEORIAA

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

Derivointiesimerkkejä 2

10. Jännitysten ja muodonmuutosten yhteys; vaurioteoriat

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2018 Insinöörivalinnan matematiikan koe, , Ratkaisut (Sarja A)

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

PUUKERROSTALO. - Stabiliteetti - - NR-ristikkoyläpohjan jäykistys. Tero Lahtela

HTT- ja TT-LAATTOJEN SUUNNITTELUOHJE

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

MAA7 7.1 Koe Jussi Tyni Valitse kuusi tehtävää! Tee vastauspaperiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin!

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

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

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

11 MATEMAATTINEN ANALYYSI

KJR-C2001 KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET, KEVÄT 2018

4. Kertausosa. 1. a) 12

LAATTATEORIAA. Yleistä. Kuva 1.

B-OSA. 1. Valitse oikea vaihtoehto. Vaihtoehdoista vain yksi on oikea.

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

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

3. Laadi f unktioille f (x) = 2x + 6 ja g(x) = x 2 + 7x 10 merkkikaaviot. Millä muuttujan x arvolla f unktioiden arvot ovat positiivisia?

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

Aloita Ratkaise Pisteytä se itse Merkitse pisteet saanut riittävästi pisteitä voit siirtyä seuraavaan osioon ei ole riittävästi

Johdatus materiaalimalleihin

SUORAN PALKIN RASITUKSET

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

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

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

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

MEI Kontinuumimekaniikka

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 10

x = 6 x = : x = KERTAUSHARJOITUKSIA Funktion nollakohdat ja merkki 229.a) Funktio f ( x) = 2x+ Nollakohta f x b) Funktio gx ( ) = x

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

b) Määritä/Laske (ei tarvitse tehdä määritelmän kautta). (2p)

5 Rationaalifunktion kulku

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

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

Aksiaalisella tai suoralla leikkauksella kuormitettujen rakenneosien lujuusopillinen analyysi ja suunnittelu

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

Mikäli funktio on koko ajan kasvava/vähenevä jollain välillä, on se tällä välillä monotoninen.

määrittelyjoukko. log x piirretään tangentti pisteeseen, jossa käyrä leikkaa y-akselin. Määritä millä korkeudella tangentti leikkaa y-akselin.

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

Matematiikkaa kauppatieteilijöille

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoitettu optimointi Lagrangen menetelmä: yksi yhtälörajoitus Lagrangen menetelmä: monta yhtälörajoitusta

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

Kokelaan sukunimi ja kaikki etunimet selväsi kirjoitetuna. Kaava 1 b =2a 2 b =0,5a 3 b =1,5a 4 b = 1a. 4 5 b =4a 6 b = 5a

SISÄLTÖ 1. Veto-puristuskoe 2. Jännitys-venymäpiirros 3. Sitkeitten ja hauraitten materiaalien jännitysvenymäkäyttäytyminen

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

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

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

MAA02. A-osa. 1. Ratkaise. a) x 2 + 6x = 0 b) (x + 4)(x 4) = 9 a) 3x 6x

STATIIKKA. TF00BN89 5op

7. Suora leikkaus TAVOITTEET 7. Suora leikkaus SISÄLTÖ

Transkriptio:

Vastaukset palautetaan yhtenä PDF-tieostona MyCourses:iin 14.3. klo 14.00 mennessä. Maholliset asia- ja laskuvirheet ja voi ilmoittaa osoitteeseen serge.skorin@aalto.fi. Laskuharjoitus 3 Ratkaisut 1. Kuvien 1 ja 2 siltapalkin ja tuen välissä on neljä kumilevylaakeria. Kumin Poissonin luku on n. 0,5 (mikä tarkoittaa, että se on lähes kokoonpuristumatonta kuten esim. vesi). Kumin liukukerroin/-mouuli G = 1 MPa. Siltapalkin betonin lämpötilan muutoksesta johtuen siltapalkin pää siirtyy 30 mm vaakasuunnassa. Palkin painosta johtuen kumilevy puristuu 53 mm:ksi. Laske kumilevyn liukukulma, keskimääräinen lkkausjännitys, loput mitat kuormitettuna ja kokonaislkkausvoima Q. (1,5p) Kuva 1 Kumilevylaakerta käytetään elementtien liitoskohissa haitallisten muoonmuutosten ja murtumien estämiseksi Kuva 2 1

Siltapalkin kumilevyyn aiheutettu pakkosiirtymä aiheuttaa lkkausjännityksen t, jonka suuruus on verrannollinen kumin liukukertoimeen G = 1 MPa ja liukukulmaan g. Hooken lain mukaan Seuraavaksi voiaan laskea liukukulman Käyttämällä (1) ja (2) saamme lkkausjännitykselle arvon τ = Gγ. (1) tan γ = 30 53 γ = 0,5151 ra (2) τ = Gγ = 0,5151 MPa (3) Seuraavaksi lasketaan levyn puristuma, joka on L = L 7 L 9 = 53 mm 70 mm = 17 mm. Y-suuntainen venymä on siis ε = = > = @9ABB = 0,2429 (4) >? ACBB Puristuma aiheuttaa muoonmuutoksen myös x- ja z-suunnissa, eli ε G = ε H = νε = = 0,5 0,2429 = 0,1214 (5) Näin ollen kuormitetun levyn pituus l k ja leveys b k ovat l L = l + ε H l = l 1 + ε H = 392,5 mm, b L = b + ε G b = b 1 + ε G = 280,4 mm (6) ja siltapalkin kanssa kosketuksissa oleva yhtsala A k on Näin ollen kokonaislkkausvoima Q on A L = l L b L 4 = 0,44 m 7 (7) Q = τa L = 226,6 kn. (8) 2

2. Määritä kuvan 3 palkin lkkausvoimajakauma Q y(x) ja taivutusmomenttijakauma M z(x), ja osoita, että VW X G = Q VG = x. Piirrä jakaumat. (1,5p) Kuva 3 Piirretään aluksi VKK, jossa tuet on korvattu tukivoimilla: Seuraavaksi, jakautunut kuorma reusoiaan ekvivalenttivoimaksi F ekv. Kolmion muotoisen jakautuneen kuormituksen tapauksessa ekvivalenttivoiman suuruuen ja paikan laskeminen on helppoa, kun muistetaan, että ekvivalenttivoiman suuruus on jakautuneen kuorman pinta-ala ja sen paikka kyssen pinta-alan painopiste. Kolmion tapauksessa saaaan siten F [L\ = 9 q 7 CL, c = 7 L (1) _ 3

Vapaakappalekuvan perusteella voiaan kirjoittaa tasapainoyhtälöt, joista ratkeaa y-suuntaisiksi tukivoimiksi F G = A G + B G = 0 F = = A = + B = 9 7 q CL = 0 M a = 9 7 q CL 7> _ B = L = 0 (2) A = = b c>, B = = b c> _. (3) Koska tehtävä on x-suunnassa staattisesti määräämätön, x-suuntaisia tukivoimia voia määrittää yksikäsittsesti. Ratkaistaan seuraavaksi lkkausvoiman ja taivutusmomentin arvot palkin päätepistssä. Tällä kertaa palkissa ole epäjatkuvuuskohtia. Palkin pääyissä saaaan Palkin lkkausvoimajakauma on Q = 0 = A = = 9 q CL, M H = 0, (4) Q = L = B = = b c>, M _ H = 0. (5) ef g (i) = q = η = b c > η (6) ef g (i) η = b c > η η (7) Q = x Q = 0 = b c 7> x7 (8) Q = x = Q = 0 b c 7> x7 (9) Q = x = b c> Q = x = b c Taivutusmomenttijakauma saaaan yhteyestä ew X (i) b c 7> x7 (10) _Gm L + 1, 0 x L. (11) > m = Q = (η) (12) ew X (i) η = Q = η η (13) M H x M H 0 = b c> Go + x (14) > m 4

M H x = b c> Go + x, 0 x L. (15) > m Kaavojen (11) ja (15) osoittamien jakaumien tarkka piirtäminen käsin vaatii niien arvojen laskemista usssa eri pistssä, sillä ne ovat toisen ja kolmannen asteen käyriä. Tämän kurssin yhteyessä jakaumien piirtäminen tarkoittaa kuitenkin lähinnä niien ääriarvojen määrittämistä sekä oikeanlaisen muoon hahmottelua (eli esimerkiksi onko kuvaaja suora vai kaareva). Lkkausvoimajakauma (11) on alaspäin aukeava paraabeli, jonka arvot palkin pääyissä ovat (4) ja (5). Kuvaajan hahmottelemiseksi lasketaan vielä sen nollakohaksi x = L/Ö3. Taivutusmomenttikuvaajan piirtämiseksi tarvitaan sen arvot palkin päätepistssä sekä ääriarvokohassa. Lkkausvoima on taivutusmomentin erivaatta (huomaa yhteys (12)!), joten taivutusmomentin ääriarvo sijaitsee lkkausvoiman nollakohassa x = L/Ö3. > Päätepistssä taivutusmomentin arvo on nolla, joten piirretään ääriarvon M H kautta kulkeva käyrä, joka palkin päissä kaartuu takaisin nollaan. Esimerkkikuvaajat on piirretty alla. _ = b c> m p _ 5

3. Jälkijännitettyjä, yleensä paikallavalettuja betonirakentta käytetään mm. parkkihallssa ja silloissa rakentlle eullisten jännitys- ja muoonmuutostilojen, ja sitä kautta pitkien jännevälien mahollistamiseksi. Perusperiaate on, että jännepunosten aiheuttama puristusvoima lisää betonirakenteen vetolujuutta. Voima siirtyy betoniin tukilevyn kautta (Kuva 4). Kuva 4 Jännepunokset jännitetään jännitystunkin avulla, tukilevy siirtää voiman betoniin Kuva 5 Jälkijännitetyn betonipalkin periaate Tehtävän yksinkertaistamiseksi kuvan 5 betonipalkissa ole muuta rauoitusta kuin jälkijännitettävä teräsjännepunos. Oletetaan, että punoksen kimmokerroin on sama kuin teräksellä. Kuinka paljon betonin vetokapasiteetti voi kasvaa, kun betonin sallittu puristuma on 0,35 %? Kestääkö punos, kun teräksen myötöraja R e = 360 MPa? Betonin kimmokerroin on 33000 MPa ja vetolujuus 2,5 MPa. Teräksen kimmokerroin on 210 GPa ja punoksen ala on 30 cm 2. Betonipalkin mitata ovat h = 25 cm, w = 30 cm ja l = 30 m. (2p) Mitä eroa on esi- ja jälkijännitetyllä betonirakenteella? (1p) 6

Hooken lain mukaan σ = Eε [ ja ε = > > c. (1) Betonipalkissa ja jännepunoksessa vallitsevat normaalijännitykset s b ja s t ovat σ t = u a v ja σ w = u a x. (2) Betonin sallittu puristuma on 0,35 %, josta saaaan suoraan, että ε t = 0,0035. (3) Näin ollen betonin maksimipuristusjännitys on σ t = Eε t = 33000 MPa 0,0035 = 115,5 MPa, (4) eli myös betonin vetokapasiteetti kasvaa 115,5 MPa. Yhtälöistä (2) saaaan σ t A t = σ w A w, josta σ w = a v a x σ t. (5) Lasketaan betonipalkin poikkilkkauksen pinta-ala A b ja punoksen jännitys s t A t = 0,25 m 0,30 m 0,003 m 7 = 0,072 m 7, σ w = C,CA_ Bm C,CC_ B Jännepunos siis kestäisi noin suurta jännitystä. m 115,5 MPa = 2772 MPa. (6) Esijännitettyjä betonilaattaelementtejä kuten ontelolaattoja valmistetaan yleensä betonitehtaalla. Teräspunoksia jännitetään valumuotissa ennen elementin valua ja katkaistaan, kun betoni on kovettunut, jolloin tartunta tapahtuu suoraan punokseen. Esijännitetyt punokset menettävät helpommin jännitystä (jopa 13 %) kuin jälkijännitetyt, mikä tunnetaan jännitysrelaksaationa. Jälkijännitetyissä rakentssa punokset vieään rakenteen läpi suojaputkessa ja jännitetään valun ja betonin kovettumisen jälkeen. Jännittämisen jälkeen suojaputki valetaan injektiolaastilla korroosion ehkäisemiseksi. 7