Шарнирно-опёртая балка с внецентренной нагрузкой

Нагрузки редко приходятся точно посередине. Кронштейн, привинченный сбоку, колесо, проезжающее по балке, или механизм, подвешенный вне центра, — всё это даёт внецентренную точечную нагрузку, и первое, что меняется, — распределение усилий между опорами.

На этой странице смоделирован именно такой случай: сплошная стальная пластина толщиной 10 мм и высотой 60 мм пролётом 1800 мм между шарнирной и подвижной опорами, с нагрузкой 400 Н на расстоянии 600 мм от левой опоры.

Загрузка в трети пролёта — это также стандартная схема испытания на изгиб по четырёгам точкам, когда средний участок работает на чистый изгиб и его можно измерять без влияния поперечной силы.

Калькулятор

Этот калькулятор уже настроен на задачу выше. Измените длину, нагрузку, сечение или материал — расчёт выполнится сразу, а в адресной строке сохранится ссылка на вашу точную схему.

Конфигурация
l=1,000мм
Тип крепления
0F = 101000
Исходные данные:
Конфигурация:
Длина: 1000мм
Слева: Глухое
Справа: Без крепления
Материал: Construction steel (Обычные)
Плотность: 7850 kg/m3
E: 200,000 МПа
G: 77,000 МПа
Профиль:
Ax: 78.54mm2 Jxx: 981.75mm4
Asy: 78.54mm2 Iyy 490.87mm4
Asz: 78.54mm2 Izz: 490.87mm4
Рассчет:
Смещения (мм):
# x y zz
Реакции (newtons):
# x y zz

Прямая ссылка на эту схему: https://beamcalc.net/ru/solve/simply-supported-third-point-load#v1-ASsAAOFEAAAgQQAAcEKUAQEAAAAWRAAAyEMAAAAA

Как смоделирована балка

  • Левая опора — шарнирная, правая — подвижная.
  • В 600 мм от левой опоры, то есть в трети пролёта, приложена вертикальная точечная нагрузка 400 Н.
  • Балка — сплошная прямоугольная пластина: ширина 10 мм, высота 60 мм, то есть изгиб идёт вокруг сильной оси.
  • Пролёт составляет 1800 мм, материал — конструкционная сталь.

Как читать результаты

Опора, ближайшая к нагрузке, воспринимает большую её часть: здесь левая реакция вдвое больше правой, поскольку нагрузка стоит в трети пролёта.

Изгибающий момент достигает максимума под нагрузкой, а не посередине пролёта, и равен F * a * b / L — при уменьшении меньшего плеча момент растёт.

Максимум прогиба приходится уже не точно под нагрузкой; он смещается к середине пролёта. Формула ниже даёт прогиб в точке нагружения, а калькулятор выдаёт прогиб в каждом узле, поэтому по схеме деформации виден весь изгиб и по нему можно найти максимум.

Поскольку пластина нагружена по сильной оси, сечение высокое, а не широкое: уложить её плашмя — значит сделать балку в 36 раз гибче.

Формулы

Формула Что она даёт
a = 600 мм, b = 1200 мм Расстояния от нагрузки до левой и правой опор, при этом a + b = L.
M_max = F * a * b / L Наибольший изгибающий момент в точке нагружения.
R_left = F * b / L, R_right = F * a / L Реакции опор; ближайшая к нагрузке опора нагружена сильнее.
delta_load = F * a^2 * b^2 / (3 * E * I * L) Прогиб в точке приложения нагрузки. Наибольший прогиб чуть больше и приходится немного ближе к середине пролёта.

Частые вопросы

Какая опора нагружена сильнее?

Та, что ближе к нагрузке. Реакции распределяются обратно пропорционально расстоянию до нагрузки, поэтому в трети пролёта ближняя опора несёт вдвое большую нагрузку.

Почему пластина поставлена на ребро?

Потому что момент инерции прямоугольника растёт с кубом высоты. Пластина толщиной 10 мм, поставленная на ребро высотой 60 мм, в 36 раз жёстче при изгибе, чем лежащая плашмя, поскольку ширина при этом уменьшается.

Где возникает наибольший изгибающий момент?

Непосредственно под нагрузкой, а не посередине пролёта. Для внецентренной точечной нагрузки эпюра момента имеет вид треугольника с вершиной в точке нагружения.

Как это связано с испытанием на изгиб по четырём точкам?

В таком испытании две симметричные нагрузки создают участок постоянного изгибающего момента, что позволяет измерять свойства материала без влияния поперечных напряжений. Загрузка в трети пролёта — та же семья схем.

Ещё примеры балок

Примеры расчёта балок