Шарнирно-опёртая балка с двумя точечными нагрузками

Две равные нагрузки, расположенные симметрично на опёртой балке, дают полезный результат: между ними изгибающий момент постоянен, а поперечная сила равна нуля. Этот участок работает на чистый изгиб, поэтому такую схему и используют в испытании на изгиб по четырём точкам.

Она же описывает множество реальных конструкций — балку, подхватываемую двумя захватами, полку с двумя кронштейнами, вал на двух подшипниках с двумя шкивами или панель пояса фермы.

Калькулятор ниже настроен на стальную трубу условного прохода DN50 пролётом 2400 мм с нагрузкой по 400 Н в 600 мм от каждой опоры.

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-two-loads#v1-ARsAABZFMzNxQgAAUkKUAQIAAAAWRAAAyEMAAAAAAQAAFkQAAMhDAAAAAA

Как смоделирована балка

  • Левая опора — шарнирная, правая — подвижная.
  • Две равные вертикальные нагрузки по 400 Н приложены в 600 мм от концов, отсчитывая слева и справа соответственно.
  • Балка — полая круглая труба: наружный диаметр 60,3 мм, внутренний 52,5 мм.
  • Пролёт составляет 2400 мм, материал — конструкционная сталь.

Как читать результаты

Каждая опора воспринимает ровно одну нагрузку, поэтому реакции опор равны 400 Н.

Эпюра изгибающего момента нарастает от опор и держится постоянной между нагрузками на уровне F * a. Этот участок и есть область чистого изгиба, и именно там балка нагружена сильнее всего.

Наибольший прогиб приходится на середину пролёта, и он меньше, чем при той же суммарной нагрузке, приложенной в одной точке по центру: распределение нагрузки на два пункта — простой способ уменьшить изгиб.

Поскольку сечение — труба, балка одинаково жёстка в обоих поперечных направлениях, поэтому те же значения справедливы и при боковой нагрузке.

Формулы

Формула Что она даёт
a = 600 мм Расстояние от каждой опоры до ближайшей нагрузки.
M_max = F * a Изгибающий момент, постоянный на участке между двумя нагрузками.
delta_mid = F * a * (3 * L^2 - 4 * a^2) / (24 * E * I) Прогиб посередине пролёта — наибольший.
R_left = R_right = F Реакции опор; каждая опора несёт одну из нагрузок.

Частые вопросы

Зачем две нагрузки вместо одной по центру?

Это уменьшает наибольший изгибающий момент и прогиб при той же суммарной нагрузке и создаёт участок постоянного момента, который заметно проще измерить или осмотреть, чем единичный пик.

Что такое чистый изгиб?

Состояние, при котором изгибающий момент постоянен, а поперечная сила равна нулю, поэтому сечение только поворачивается, а не срезается. В испытаниях материалов используют именно его, так как сдвиг искажает измерения.

Прогиб действительно меньше, чем при одной центральной нагрузке?

Да. При той же суммарной нагрузке, приложенной в одной точке посередине, прогиб в центре пролёта был бы больше; перенос нагружения к опорам укорачивает эффективную длину изгиба.

Можно ли задать неравные нагрузки?

Да, укажите для каждой нагрузки своё значение в калькуляторе. Участок чистого изгиба при этом исчезнет, а эпюра момента станет трапецией вместо ровного участка.

Ещё примеры балок

Примеры расчёта балок