Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 95
Zadatak 6
Za nosač na slici odrediti efektivne tonske mase.
Rigle tavanica su fleksiono beskonačno krute.
Podaci:
𝑀1 = 50kNs2
m 𝑀2 = 30
kNs2
m 𝑀3 = 20
kNs2
m
𝐸𝐼 = 20000 𝑘𝑁𝑚2
Rešenje
Matrica krutosti i matrica masa
𝐊 = �3.56 −1. 3̇ 0−1. 3̇ 2. 23̇ −0. 8̇
0 −0. 8̇ 0. 8̇� 𝐸𝐼 𝐌 = �
50 0 00 30 00 0 20
� kNs2
m
Oblici oscilovanja i modalna matrica
det (K − ω2M) = 0
𝐀 = [𝐀1 𝐀2 𝐀3] = �1.0 1.0 1.0
2.1937 0.4361 −1.74813.0714 −1.2811 1.0589
�
Generalisane mase 𝑀𝑖 = 𝐴𝑖𝑇𝑀 𝐴𝑖
𝑀1 = {1.0 2.1937 3.0714} �50
3020� �
1.02.19373.0714
� = 383.0485
𝑀2 = {1.0 0.4361 −1.2811} �50
3020� �
1.00.4361
−1.2811� = 88.5297
𝑀3 = {1.0 −1.7481 1.0589} �50
3020� �
1.0−1.7481
1.0589� = 164.1034
Skalarne veličine 𝐿𝑖 = 𝐴𝑖𝑇𝑀𝐵
𝐿1 = {1.0 2.1937 3.0714} �50
3020� �
1.01.01.0
� = 177.2408
𝐿2 = {1.0 0.4361 −1.2811} �50
3020� �
1.01.01.0
� = 37.4592
𝐿3 = {1.0 −1.7481 1.0589} �50
3020� �
1.01.01.0
� = 18.7346
Faktori participacije 𝛤𝑖 = 𝐿𝑖𝑀𝑖
𝛤1 =177.2408383.0485
= 0.4627 𝛤2 =37.459288.5297
= 0.4231 𝛤3 =18.7346
164.1034= 0.1142
Efektivne tonske mase 𝑀𝑖,𝑒𝑓 = 𝛤𝑖 𝐿𝑖
𝑀1,𝑒𝑓 = 0.4627 ∙ 177.2408 = 82.0093 𝑀2,𝑒𝑓 = 0.4231 ∙ 37.4592 = 15.8489 𝑀3,𝑒𝑓 = 0.1142 ∙ 18.7346 = 2.1395
96 Ratko Salatić, Marko Marinković
Koeficijenti 𝛼𝑖 =𝑀𝑖,𝑒𝑓∑𝑀𝑖
�𝑀𝑖 = 100
𝛼1 =82.0093
100= 0.8201 𝛼2 =
15.8489100
= 0.1585 𝛼3 =2.1395
100= 0.0214
Zadatak 7 Za četvorospratni ram, zadate krutosti i raporeda masa, primenom spektralne analize za dati spektar odgovora odrediti maksimalna pomeranja i maksimalne seizmičke horizontalne sile.
𝐌 = 1500 �
12
23
� [kg] 𝐊 = � 800−800
−800 2400−1600
−1600 4000−2400
−2400 5600
� [kN/m]
Rešenje Kružne frekvencije, periodi oscilovanja i glavni oblici oscilovanja sistema
𝝎 = �
𝜔1𝜔2𝜔3𝜔4� = �
10.854124.217133.540645.6274
� 𝑟𝑎𝑑𝑠
𝐓 = �
𝑇1𝑇2𝑇3𝑇4
� = �0.57890.25950.18730.1377
� 𝑠
𝐀1 = �4.25423.31452.1124
1.0� 𝐀2 = �
−2.2851
0.2277 1.2337
1.0� 𝐀3 = �
1.2733− 1.4125 0.2240
1.0� 𝐀4 = �
−0.2424 0.7037 −1.5702
1.0�
𝐀 = [𝐀1 𝐀2 𝐀3 𝐀4] = �4.25423.31452.1124
1.0
−2.2851
0.2277 1.2337
1.0
1.2733 −0.2424−1.4125 0.2240
1.0
0.7037 −1.5702
1.0
�
i T [s] Sd [cm] 1 0.0 1.5 2 0.1 1.8 3 0.2 2.5 4 0.3 3.8 5 0.4 5.0 6 0.5 5.0 7 0.6 4.0 8 0.8 3.2 9 1.0 2.5 10 1.2 1.9 11 1.4 1.4 12 1.6 1.0 13 1.8 0.7
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 97
Generalisane mase 𝑀𝑖 = 𝐀𝑖𝑇𝐌 𝐀𝑖
𝑀1 = {4.2542 3.3145 2.1124 1.0} �1500
30003000
4500
� �4.25423.31452.1124
1.0� = 78139.1852 kg
𝑀2 = {−2.2851 0.2277 1.2337 1.0} �1500
30003000
4500
� � −2.2851
0.2277 1.2337
1.0� = 17054.112 kg
𝑀3 = {1.2733 −1.4125 0.2240 1.0} �1500
30003000
4500
� � 1.2733− 1.4125 0.2240
1.0� = 13067.9360 kg
𝑀4 = {−0.2424 0.7037 −1.5702 1.0} �1500
30003000
4500
� � −0.2424 0.7037 −1.5702
1.0� = 13470.3018 kg
Koeficijenti participacije 𝛤𝑖 = 𝐀𝑖𝑇𝐌𝐁𝑀𝑖
𝛤1 =1
78139.1852{4.2542 3.3145 2.1124 1.0} �
15003000
30004500
� � 1.01.01.01.0
� = 0.3481
𝛤2 =1
17054.112{−2.2851 0.2277 1.2337 1.0} �
15003000
30004500
� � 1.01.01.01.0
� = 0.3200
𝛤3 =1
13067.9360 {1.2733 −1.4125 0.2240 1.0} �
15003000
30004500
� � 1.01.01.01.0
� = 0.2177
𝛤4 =1
13470.3018 {−0.2424 0.7037 −1.5702 1.0} �
15003000
30004500
� � 1.01.01.01.0
� = 0.1141
Sa dijagrama spektra određuje se za određene periode ocilovanja:
𝑆𝑑,1 = 4.211 cm 𝑆𝑑,2 = 3.2735 cm 𝑆𝑑,3 = 2.4111 cm 𝑆𝑑,4 = 2.0639 cm 𝑢𝑖,𝑚𝑎𝑥 = 𝐀𝑖𝛤𝑖𝑆𝑑,𝑖
98 Ratko Salatić, Marko Marinković
𝑢1,𝑚𝑎𝑥 = �
𝑢1,𝑚𝑎𝑥 (4)𝑢1,𝑚𝑎𝑥 (3)𝑢1,𝑚𝑎𝑥 (2)𝑢1,𝑚𝑎𝑥 (1)
� = {0.3481}{4.2111} �4.25423.31452.11241.0000
� = �6.11784.76653.05451.4381
� cm
𝑢2,𝑚𝑎𝑥 = �
𝑢2,𝑚𝑎𝑥 (4)𝑢2,𝑚𝑎𝑥 (3)𝑢2,𝑚𝑎𝑥 (2)𝑢2,𝑚𝑎𝑥 (1)
� = {0.3200}{3.2735} � −2.2851
0.2277 1.2337 1.0000
� = �−2.3478 0.2339 1.2675 1.0274
� cm
𝑢3,𝑚𝑎𝑥 = �
𝑢3,𝑚𝑎𝑥(4)𝑢3,𝑚𝑎𝑥(3)𝑢3,𝑚𝑎𝑥(2)𝑢3,𝑚𝑎𝑥(1)
� = {0.2177}{2.4111} � 1.2733− 1.4125 0.2240 1.0000
� = � 0.6536−0.7250 0.1150 0.5133
� cm
𝑢4,𝑚𝑎𝑥 = �
𝑢4,𝑚𝑎𝑥(4)𝑢4,𝑚𝑎𝑥(3)𝑢4,𝑚𝑎𝑥(2)𝑢4,𝑚𝑎𝑥(1)
� = {0.1141}{2.0639} � −0.2424 0.7037 −1.5702 1.0000
� = � − 0.0575 0.1670 − 0.3727 0.2373
� cm
Maksimalna rezultujuća pomeranja po spratovima
𝑢𝑘,𝑚𝑎𝑥 ≅ ��𝑢𝑖,𝑚𝑎𝑥2𝑚
𝑖=1
𝑢4,𝑚𝑎𝑥 = �𝑢1,𝑚𝑎𝑥(4)2 + 𝑢2,𝑚𝑎𝑥(4)
2 + 𝑢3,𝑚𝑎𝑥(4)2 + 𝑢4,𝑚𝑎𝑥(4)
2 = √6.11782 + 2.34782 + 0.65362 + 0.05752 = 6.5856 cm
𝑢3,𝑚𝑎𝑥 = �𝑢1,𝑚𝑎𝑥(3)2 + 𝑢2,𝑚𝑎𝑥(3)
2 + 𝑢3,𝑚𝑎𝑥(3)2 + 𝑢4,𝑚𝑎𝑥(3)
2 = √4.76652 + 0.23392 + 0.72502 + 0.16702 = 4.8289 cm
𝑢2,𝑚𝑎𝑥 = �𝑢1,𝑚𝑎𝑥(2)2 + 𝑢2𝑚𝑎𝑥(2)
2 + 𝑢3,𝑚𝑎𝑥(2)2 + 𝑢4,𝑚𝑎𝑥(2)
2 = √3.05452 + 1.26752 + 0.11502 + 0.37272 = 3.3299 cm
𝑢1,𝑚𝑎𝑥 = �𝑢1,𝑚𝑎𝑥(1)2 + 𝑢2,𝑚𝑎𝑥(1)
2 + 𝑢3,𝑚𝑎𝑥(1)2 + 𝑢4,𝑚𝑎𝑥(1)
2 = √1.43812 + 1.02742 + 0.51332 + 0.23732 = 1.8557 cm
Rezultujuća razmicanja spratova (relativna sptatna pomeranja)
𝑟3−4=�(𝑢1,max(4) − 𝑢1,max(3))2 + (𝑢2,max(4) − 𝑢2,max(3))2 + (𝑢3,max(4) − 𝑢3,max(3))2 + (𝑢4,max(4) − 𝑢4,max(3))2 = 3.2314 cm
𝑟2−3 = �(𝑢1,max(3) − 𝑢1,max(2))2 + (𝑢2,max(3) − 𝑢2,max(2))2 + (𝑢3,max(3) − 𝑢3,max(2))2 + (𝑢4,max(3) − 𝑢4,max(2))2
= 2.2352 cm 𝑟1−2=�(𝑢1,max(2) − 𝑢1,max(1))2 + (𝑢2,max(2) − 𝑢2,max(1))2 + (𝑢3,max(2) − 𝑢3,max(1))2 + (𝑢4,max(2) − 𝑢4,max(1))2
= 1.7892 cm
𝑟1−0 = �(𝑢1,𝑚𝑎𝑥 (1))2 + (𝑢2,𝑚𝑎𝑥 (1))2 + (𝑢3,𝑚𝑎𝑥 (1))2 + (𝑢4,𝑚𝑎𝑥 (1))2 = 1.8557 cm
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 99
Maksimalne sile po tonovima
𝐹𝑖,𝑚𝑎𝑥 = 𝐌𝐀𝑖𝛤𝑖𝜔𝑖2𝑆𝑑,𝑖 = 𝐌𝐀𝑖𝛤𝑖𝑆𝑝𝑎,𝑖
𝐅1,𝑚𝑎𝑥 =
⎣⎢⎢⎢⎡𝐹1,𝑚𝑎𝑥 (4)𝐹1,𝑚𝑎𝑥 (3)𝐹1,𝑚𝑎𝑥 (2)𝐹1,𝑚𝑎𝑥 (1)⎦
⎥⎥⎥⎤
= {0.3481}{10.8541}2{4.2111} �1500
30003000
4500
� �4.25423.31452.1124
1.0� = �
10.811316.846410.7366
7.6240
� kN
𝐅2,𝑚𝑎𝑥 =
⎣⎢⎢⎢⎡𝐹2,𝑚𝑎𝑥 (4)𝐹2,𝑚𝑎𝑥 (3)𝐹2,𝑚𝑎𝑥 (2)𝐹2,𝑚𝑎𝑥 (1)⎦
⎥⎥⎥⎤
= {0.3200}{24.2171}2{3.2735} �1500
30003000
4500
� � −2.2851
0.2277 1.2337
1.0� = �
−20.65334.1160
22.301027.1148
� kN
𝐅3,𝑚𝑎𝑥 =
⎣⎢⎢⎢⎡𝐹3,𝑚𝑎𝑥 (4)𝐹3,𝑚𝑎𝑥 (3)𝐹3,𝑚𝑎𝑥 (2)𝐹3,𝑚𝑎𝑥 (1)⎦
⎥⎥⎥⎤
= {0.2177}{33.5406}2{2.4111} �1500
30003000
4500
� � 1.2733− 1.4125 0.2240
1.0� = �
11.0648−24.5489
3.893126.0697
� kN
𝐅4,𝑚𝑎𝑥 =
⎣⎢⎢⎡𝐹4,𝑚𝑎𝑥(4)𝐹4,𝑚𝑎𝑥(3)𝐹4,𝑚𝑎𝑥(2)𝐹4,𝑚𝑎𝑥(1)⎦
⎥⎥⎤
= {0.1141}{45.6274}2{2.0639} �1500
30003000
4500
� � −0.2424 0.7037 −1.5702
1.0� = �
−1.7965 10.4306
−23.2743 22.2338
� kN
Rezultujuće spratne sile 𝐹𝑘,𝑚𝑎𝑥 ≅ �∑ 𝐹𝑖,𝑚𝑎𝑥2𝑚𝑖=1
𝐹4,𝑚𝑎𝑥 = �𝐹1,𝑚𝑎𝑥(4)2 + 𝐹2,𝑚𝑎𝑥(4)
2 + 𝐹3,𝑚𝑎𝑥(4)2 + 𝐹4,𝑚𝑎𝑥(4)
2 = �10.81132 + 20.65332 + 11.06482 + 1.79652 = 25.8670 kN
𝐹3,𝑚𝑎𝑥 = �𝐹1,𝑚𝑎𝑥(3)2 + 𝐹2,𝑚𝑎𝑥(3)
2 + 𝐹3,𝑚𝑎𝑥(3)2 + 𝐹4,𝑚𝑎𝑥(3)
2 = �16.84642 + 4.11602 + 24.54892 + 10.43062 = 31.8149 kN
𝐹2,𝑚𝑎𝑥 = �𝐹1,𝑚𝑎𝑥(2)2 + 𝐹2,𝑚𝑎𝑥(2)
2 + 𝐹3,𝑚𝑎𝑥(2)2 + 𝐹4,𝑚𝑎𝑥(2)
2 = �10.73662 + 22.30102 + 3.89312 + 23.27432 = 34.1973 kN
𝐹1,𝑚𝑎𝑥 = �𝐹1,𝑚𝑎𝑥(1)2 + 𝐹2,𝑚𝑎𝑥(1)
2 + 𝐹3,𝑚𝑎𝑥(1)2 + 𝐹4,𝑚𝑎𝑥(1)
2 = �7.62402 + 27.11482 + 26.06972 + 22.23382 = 44.3544 kN
102 Ratko Salatić, Marko Marinković
Podaci: 𝐸𝐼𝑠 = 64000 kNm2 𝑀1 = 120.0 kNs2/m 𝑀2 = 60.0 kNs2/m Koeficijenti: 𝑘𝑜 = 1.0 𝑘𝑠 = 0.1 𝑘𝑝 = 1.0
Napomena: Rigle tavanica smatrati da su beskonačno krute.
Rešenje
Tipovi 2D ramova konstrukcije
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 103
Određivanje krutosti rama u lokalnom sistemu
𝐙1 = 𝐙3 = 𝐙𝐼 = � 0.9375 −0.375−0.375 0.375� 𝐸𝐼
104 Ratko Salatić, Marko Marinković
𝐙2 = 𝐙𝐼𝐼 = � 1.125 −0.375−0.375 0.375� 𝐸𝐼
𝐙4 = 𝐙7 = 𝐙𝐼𝐼𝐼 = [0.375]𝐸𝐼
𝐙5 = 𝐙6 = 𝐙𝐼𝑉 = � 1.125 −0.5625−0.5625 0.5625� 𝐸𝐼
Obeležavanje ramova
Matrice transformacije ramova
𝐚 = �cos𝜑1 sin𝜑1 𝑟1cos𝜑2 sin𝜑2 𝑟2
�
𝑅1 ∶ 𝜑 = 0° 𝑟1 = 3.0 𝐚1 = �1.0 0.0 3.01.0 0.0 3.0
�
𝑅2 ∶ 𝜑 = 0° 𝑟1 = 0 𝐚2 = �1.0 0.0 0.01.0 0.0 0.0
�
𝑅3 ∶ 𝜑 = 0° 𝑟1 = −3.0 𝐚3 = �1.0 0.0 −3.0 1.0 0.0 −3.0
�
𝑅4 ∶ 𝜑 = 90° 𝑟1 = −12.0 𝐚4 = �0.0 1.0 −12.0 0.0 0.0 0.0
�
𝑅5 ∶ 𝜑 = 90° 𝑟1 = −4. 0 𝐚5 = �0.0 1.0 −4.0 0.0 1.0 −4.0
�
𝑅6 ∶ 𝜑 = 90° 𝑟1 = 4. 0 𝐚6 = �0.0 1.0 4.0 0.0 1.0 4.0
�
𝑅7 ∶ 𝜑 = 90° 𝑟1 = 12. 0 𝐚7 = �0.0 1.0 12.0 0.0 0.0 0.0
�
Matrica krutosti konstrukcije
𝐊𝑖 = 𝐚𝑖𝑇 ∙ 𝐙𝑖 ∙ 𝐚𝑖
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 105
▫ Matrica krutosti rama 1
𝐊1 = 𝐚1𝑇 ∙ 𝐙1 ∙ 𝐚1 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.9375 0.0 2.8125 −0.375 0.0 −1.125
0.0 0.0 0.0 0.0 0.08.4375 −1.125 0.0 −3.375
0.375 0.0 1.1250.0 0.0
3.375⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 2
𝐊2 = 𝐚2𝑇 ∙ 𝐙2 ∙ 𝐚2 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡1.125 0.0 0.0 −0.375 0.0 0.0
0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.0 0.0 0.0 0.0
0.375 0.0 0.00.0 0.0
0.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 3
𝐊3 = 𝐚3𝑇 ∙ 𝐙3 ∙ 𝐚3 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.9375 0.0 −2.8125 −0.375 0.0 1.125
0.0 0.0 0.0 0.0 0.08.4375 1.125 0.0 −3.375
0.375 0.0 −1.1250.0 0.0
3.375⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 4
𝐊4 = 𝐚4𝑇 ∙ 𝐙4 ∙ 𝐚4 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
0.375 −4.5 0.0 0.0 054.0 0.0 0.0 0.0
0.0 0.0 0.00.0 0.0
0.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 5
𝐊5 = 𝐚5𝑇 ∙ 𝐙5 ∙ 𝐚5 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
1.125 −4.5 0.0 −0.5625 2.2518.0 0.0 2.25 −9.0
0.0 0.0 0.00.5625 −2.25
9.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 6
𝐊6 = 𝐚6𝑇 ∙ 𝐙6 ∙ 𝐚6 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
1.125 4.5 0.0 −0.5625 −2.2518.0 0.0 −2.25 −9.0
0.0 0.0 0.00.5625 2.25
9.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
▫ Matrica krutosti rama 7
𝐊7 = 𝐚7𝑇 ∙ 𝐙7 ∙ 𝐚7 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
0.375 4.5 0.0 0.0 054.0 0.0 0.0 0.0
0.0 0.0 0.00.0 0.0
0.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
106 Ratko Salatić, Marko Marinković
▫ Matrica krutosti konstrukcije
𝐊 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡3.0 0.0 0.0 −1.125 0.0 0.0
3.0 0.0 0.0 −1.125 0160.875 0.0 0.0 −24.75
1.125 0.0 0.01.125 0.0
24.75⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐸𝐼
Matrica masa
𝑀1 = 120.0kNs2
m 𝑀2 = 60.0kNs2/m
𝐼𝑜 = 𝑀𝐴�𝐼𝑥 + 𝐼𝑦�
𝐼𝑜1 = 12096
(288 + 3584) = 4840
𝐼𝑜2 =𝑀𝐴�𝐼𝑦 + 𝐼𝑥� =
𝑀𝑎𝑏
�𝑎𝑏3
12+𝑏𝑎3
12� =
𝑀12
(𝑎2 + 𝑏2) =6012
(82 + 62) = 500
𝐌 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡120.0
120.04840.0
60.060.0
500.0⎦⎥⎥⎥⎥⎤
Kružne frekvencije i periodi oscilovanja
(𝐊 − 𝜔2 ∙ 𝐌) ∙ 𝐀 = 0 𝑇 = 2𝜋𝜔
𝜔1 = 𝜔2 = 22.9830 rad/ s 𝑇1 = 𝑇2 = 0.27338 s 𝜔3 = 38.7833 rad/sec 𝑇3 = 0.1620 s 𝜔4 = 𝜔5 = 47.6632 rad/ s 𝑇4 = 𝑇5 = 0.1318 s 𝜔6 = 61.5722 rad/s 𝑇6 = 0.1020 s
Oblici oscilovanja
𝐀1 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡0.4885
0.00.0
0.87260.00.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
𝐀2 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.00.4885
0.00.0
0.87260.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
𝐀3 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.00.0
0.46500.00.0
0.8853⎦⎥⎥⎥⎥⎤
𝐀4 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.00.6610
0.00.0
−0.74580.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
𝐀5 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡−0.6661
0.00.0
0.74580.00.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
𝐀6 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.00.0
0.19300.00.0
−0.9812⎦⎥⎥⎥⎥⎤
Određivanje koeficijenta dinamičnosti
▫ Oscilacije u podužnom pravcu prema oblicima oscilovanja to su oblici 𝐴1,𝐴5
𝐾𝑑 = 𝐾 𝑇⁄ → 𝐾𝑑 je veće kada je 𝑇 manje, odnosno 𝜔 veće
𝐾𝑑 = 0.5𝑇5
= 3.7936 > 1.0 → 𝐾𝑑 = 1.0
▫ Oscilacije u poprečnom pravcu oblici oscilovanja gde su dominantna pomeranja u Y pravcu 𝐴2,𝐴4
𝐾𝑑 = 0.5𝑇4
= 3.7936 > 1.0 → 𝐾𝑑 = 1.0
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 107
Određivanje seizmičkih sila ukupna težina objekta
𝐺1 = 𝑔 ∙ 𝑀1 = 9.81 ∙ 120 = 1177.2 kN 𝐺2 = 𝑔 ∙ 𝑀2 = 9.81 ∙ 60 = 588.6 kN 𝐺 = ∑ 𝐺𝑖 = 1765.82
𝑖=1 kN
ukupni seizmički koeficijent i ukupna seizmićka sila
𝐾 = 𝑘𝑜 ∙ 𝑘𝑠 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑘𝑝 = 1.0 ∙ 0.1 ∙ 1.0 ∙ 1.0 = 0.1 𝑆 = 𝐾 ∙ 𝐺 = 0.1 ∙ 1765.8 = 176.58 kN
seizmičke sile po tavanicama
𝑆𝑖 = 𝑆𝐺𝑖 ∙ 𝐻𝑖𝛴𝐺𝑖 ∙ 𝐻𝑖
𝑆1 = 176.581177.2 ∙ 4
9417.6= 88.29 kN
𝛴𝐺𝑖 ∙ 𝐻𝑖 = 1177.2 ∙ 4 + 588.6 ∙ 8 = 9417.6 𝑆2 = 176.58588.6 ∙ 89417.6
= 88.29 kN
Pomeranja tavanica podužni pravac poprečni pravac
𝐊 ∙ 𝐮 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡88.29
0.00.0
88.290.00.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
→ 𝐮 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
94.1760.00.0
172.6560.00.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
1𝐸𝐼
𝐊 ∙ 𝐮 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.088.29
0.00.0
88.290.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
→ 𝐮 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.094.176
0.00.0
172.6560.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
1𝐸𝐼
Seizmičke sile po ramovima
𝚫𝑚 = 𝐚𝑚 ∙ 𝐮
𝐑𝑚 = 𝐙𝑚 ∙ 𝚫𝑚
Vektori pomeranja i sila rama 1
podužni pravac poprečni pravac
𝚫1 = � 94.176172.656�
1𝐸𝐼
𝐑1 = �23.544029.4300� 𝚫1 = �0.0
0.0� 𝐑1 = �0.00.0�
Vektori pomeranja i sila rama 2
podužni pravac poprečni pravac
𝚫2 = � 94.176172.656�
1𝐸𝐼
𝐑2 = �41.20229.430� 𝚫2 = �0.0
0.0� 𝐑2 = �0.00.0�
Vektori pomeranja i sila rama 3
podužni pravac poprečni pravac
𝚫3 = � 94.176172.656�
1𝐸𝐼
𝐑3 = �23.544029.4300� 𝚫3 = �0.0
0.0� 𝐑3 = �0.00.0�
Vektori pomeranja i sila rama 4
podužni pravac poprečni pravac
𝚫4 = �0.00.0� 𝐑4 = �0.0
0.0� 𝚫4 = �94.1760.0�
1𝐸𝐼
𝐑4 = �35.31570.0�
Vektori pomeranja i sila rama 5
podužni pravac poprečni pravac
𝚫5 = �0.00.0� 𝐑5 = �0.0
0.0� 𝚫5 = � 94.176172.656�
1𝐸𝐼
𝐑5 = � 8.829344.1450�
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 113
Sile po ramovima i zidovima pri delovanju seizmičke sile u poprečnom pravcu
▫ Pomeranja tavanica
𝐊
⎣⎢⎢⎢⎢⎡𝑢1𝑣1𝜃1𝑢2𝑣2𝜃2⎦⎥⎥⎥⎥⎤
=
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0𝑆100𝑆20 ⎦⎥⎥⎥⎥⎤
=
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.088.29
0.00.0
88.290.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
→
⎣⎢⎢⎢⎢⎡𝑢1𝑣1𝜃1𝑢2𝑣2𝜃2⎦⎥⎥⎥⎥⎤
=
⎣⎢⎢⎢⎢⎡
0.019.6837
0.00.0
39.93310.0⎦
⎥⎥⎥⎥⎤
1𝐸𝐼
▫ Raspodela sila po ramovima i zidovima
𝚫1 = 𝚫2 = 𝚫3 = �0.00.0�
𝐑1 = 𝐑2 = 𝐑3 = �0.00.0�
𝚫4 = �19.68370.0�
1𝐸𝐼
𝚫5 = �19.68370.0�
1𝐸𝐼
𝚫6 = �19.683739.9331�
1𝐸𝐼
𝚫7 = �19.683739.9331�
1𝐸𝐼
𝐑4 = �7.38140.0� 𝐑5 = �7.3814
0.0�
𝐑6 = �36.764244.1447� 𝐑7 = �36.7642
44.1447�
Zadatak 11 Odrediti najpovoljniji i najnepovoljniji slučaj rasporeda montažnih ramova, prema kriterijumu momenta koji se javlja u ramovima. Proveru uraditi za 𝑥 i 𝑦 pravac dejstva zemljotresa. Masu ramova zanemariti.
𝑑𝑝 = 30 cm 𝑝 = 5 kNm2 ∆𝑔 = 10
kNm2 𝐾 = 0.1
𝑏𝑑
=5050
cm 𝛾𝑏 = 25 kNm3
114 Ratko Salatić, Marko Marinković
Rešenje
Koncentrisanje mase konstrukcije u nivou tavanice
težina ploče M’
𝐺′ = 8.5 ∙ 8.5 ∙ 0.3 ∙ 25 + 8.5 ∙ 8.5 ∙52
= 722.5 kN
težina ploče M’’
𝐺′′ = 722.5 + 8.5 ∙ 8.5 ∙ 10 = 1445 kN ukupna težina ploče
𝐺 = 2 ∙ 𝐺′ + 𝐺′′ = 2890 kN
masa tavanice M’ : 𝐺′
9.81= 73.6493 kNs
2
m
masa tavanice M” : 𝐺"
9.81= 147.2987 kNs
2
m
ukupna masa M : 𝐺
9.81= 294.5973 kNs
2
m
Određivanje položaja centra mase
𝑥𝑀 =4.25 ∙ 73.6493 + 4.25 ∙ 147.2987 + 12.75 ∙ 73.6493
294.5973= 6.375 m
𝑦𝑀 =4.25 ∙ 147.2987 + 12.75 ∙ 2 ∙ 73.6493
294.5973= 8.5 m
Matrice krutosti ramova
▫ Ortogonalni ram
𝐸𝐼𝛿11 = 10. 6̇
Matrica fleksibilnosti za ceo ram
𝐷 = 2 ∙ 10. 6̇ ∙1𝐸𝐼
= 21. 3̇1𝐸𝐼
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 115
Matrica krutosti za ceo ram
𝑍 =1𝐷
= 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼
▫ Kosi ram
𝐸𝐼𝛿11 = 12.8759
Matrica fleksibilnosti za ceo ram
𝐷 = 2 ∙ 12.87591𝐸𝐼
= 25.75181𝐸𝐼
Matrica krutosti za ceo ram
𝑍 =1𝐷
= 3.8832 ∙ 10−2𝐸𝐼
1. slučaj rasporeda ramova
matrice transformacija pojedinih ramova
𝐚𝑚 = [cos𝜑𝑚 sin𝜑𝑚 𝑟𝑚] 𝐚1 = [0 1 −6.375] 𝐚2 = [0 1 10.625] 𝐚3 = [1 0 −8.5] 𝐚4 = [1 0 8.5]
matrice krutosti ramova u globalnom koordinatnom sistemu
𝐤𝑚 = 𝐚𝑚T 𝐙𝑚𝐚𝑚
𝐤1 = 𝐚1T𝐙1𝐚1 = 𝐸𝐼 �01
−6.375� ∙ [4.6875 ∙ 10−2] ∙ [0 1 −6.375 ] = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �
0 0 00 1 −6.3750 −6.375 40.6406
�
𝐤2 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 10.6250 10.625 112.8906
� 𝐤3 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 −8.50 0 0
−8.5 0 72.25�
𝐤4 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 8.50 0 0
8.5 0 72.25�
𝐊 = �𝐤i
4
i=1
= 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �2 0 00 2 4.250 4.25 298.0312
�
Proračun seizmičkih uticaja
𝑆𝑥 = 𝑆𝑦 = 𝐾 ∙ 𝐺 = 0.1 ∙ 2890 = 289 kN
raspodela seizmičkih sila na pojedine ramove
▫ 𝑋 pravac
𝐒 = 𝐊 ∙ 𝐮
116 Ratko Salatić, Marko Marinković
�289
00� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 00 0.09375 0.199220 0.19922 13.97021
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�3082. 6̇
00
�
∆i= 𝐚𝑖 ∙ 𝐮
∆3= 𝐸𝐼[1 0 −8.5] ∙ �3082. 6̇
00
� =1𝐸𝐼
∙ 3082. 6̇ = ∆4
𝐑i = 𝐙i ∙ ∆𝑖
𝐑3 = 𝐑4 = 𝐙3 ∙ ∆3= 4.6875 ∙ 10−2 ∙ 3082. 6̇ = 144.5 kN
▫ Y pravac
�0
2890� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 00 0.09375 0.199220 0.19922 13.97021
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�
03179.0013−45.3337
�
∆1= 𝐸𝐼[0 1 −6.375] ∙ �0
3179.0013−45.3337
� =1𝐸𝐼
∙ 3468.0033 ∆2=1𝐸𝐼
∙ 2697.3312
𝐑1 = 𝐙1 ∙ ∆1= 4.6875 ∙ 10−2 ∙ 3468.0033 = 162.5625 kN
𝐑2 = 𝐙2 ∙ ∆2= 4.6875 ∙ 10−2 ∙ 2697.3312 = 126.4375 kN
2. slučaj rasporeda ramova 𝐙1 = 𝐙2 = 4.6875 ∙ 10−2 𝐙3 = 3.8832 ∙ 10−2
matrice transformacija pojedinih ramova
𝐚1 = [0 1 10.625] 𝐚2 = [1 0 −8.5] 𝐚3 = [−0.7071 0.7071 1.5026]
matrice krutosti ramova u globalnom koordinatnom sistemu
𝐤1 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 10.6250 10.625 112.8906
�
𝐤2 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 −8.50 0 0
−8.5 0 72.25�
𝐤3 = 3.8832 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0.5 −0.5 −1.0625−0.5 0.5 1.0625
−1.0625 1.0625 2.2578�
𝐊 = 𝐸𝐼 �0.06629 −0.01942 0.4397−0.01942 0.06629 0.4568
0.4397 0.4568 8.76614�
Proračun seizmičkih uticaja
𝑆𝑥 = 𝑆𝑦 = 289 kN raspodela seizmičkih sila na pojedine ramove ramove
▫ 𝑋 pravac
�289
00� = 𝐸𝐼 �
0.06629 −0.01942 0.4397−0.01942 0.06629 0.4568
0.4397 0.4568 8.76614� ∙ �
𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�
6.8039−1.56890.4378
� ∙ 103
∆2=1𝐸𝐼
∙ 3082.6635 ∆3= −1𝐸𝐼
∙ 5262.5678
𝐑2 = 𝐙2 ∙ ∆2= 144.5 kN 𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= −204.356 kN
𝐑3x = 0.7071 ∙ (−204.356) = −144.5 kN
𝐑2 + 𝐑3x = 289 kN
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 117
▫ Y pravac
�0
2890� = 𝐸𝐼 �
0.06629 −0.01942 0.4397−0.01942 0.06629 0.4568
0.4397 0.4568 8.76614� ∙ �
𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�−1.56899.0898−0.6379
� ∙ 103
∆1= −1𝐸𝐼
∙ 2311.996 ∆3= −1𝐸𝐼
∙ 6578.2097
𝐑1 = 𝐙1 ∙ ∆1= 108.3748kN 𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= 255.445 kN
𝐑3y = 0.7071 ∙ 255.445 = 180.6252kN
𝐑1 + 𝐑3y = 289 kN
3. slučaj rasporeda ramova
𝐙1 = 𝐙2 = 4.6875 ∙ 10−2 𝐙3 = 3.8832 ∙ 10−2
matrice transformacija pojedinih ramova
𝐚1 = [0 1 10.625] 𝐚2 = [1 0 8.5] 𝐚3 = [0.7071 0.7071 −4.5078]
matrice krutosti ramova u globalnom koordinatnom sistemu
𝐤1 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 10.6250 10.625 112.8906
�
𝐤2 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 8.50 0 0
8.5 0 72.25�
𝐤3 = 3.8832 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0.5 0.5 −3.18750.5 0.5 −3.1875
−3.1875 −3.1875 20.3203�
𝐊 = 𝐸𝐼 �0.06629 0.01942 0.274660.01942 0.06629 0.374270.27466 0.37427 9.46754
�
Proračun seizmičkih uticaja
𝑆𝑥 = 𝑆𝑦 = 289 kN
raspodela seizmičkih sila na pojedine ramove ramove
▫ 𝑋 pravac
�289
00� = 𝐸𝐼 �
0.06629 0.01942 0.274660.01942 0.06629 0.374270.27466 0.37427 9.46754
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�
5079.2417−844.5444−113.9659
�
∆2=1𝐸𝐼
∙ 4110.5314 ∆3=1𝐸𝐼
∙ 3508.09
𝐑2 = 𝐙2 ∙ ∆2= 192.6812 𝑘𝑁 𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= 136.2262 kN
𝐑3x = 0.7071 ∙ 136.2262 = 96.3146 𝑘𝑁
𝐑2 + 𝐑3x = 289 kN
▫ Y pravac
�0
2890� = 𝐸𝐼 �
0.06629 0.01942 0.274660.01942 0.06629 0.374270.27466 0.37427 9.46754
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�−844.54445752.6874−202.9139
�
∆1=1𝐸𝐼
∙ 3596.7269 ∆3=1𝐸𝐼
∙ 4385.2433
𝐑1 = 𝐙1 ∙ ∆1= 168.5966 kN 𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= 170.2878 kN
118 Ratko Salatić, Marko Marinković
𝐑3y = 0.7071 ∙ 170.2878 = 120.4116 kN
𝐑1 + 𝐑3y = 289 kN
4. slučaj rasporeda ramova
matrice transformacija pojedinih ramova
𝐚1 = [0 1 −6.375] 𝐚2 = [0 1 2.125] 𝐚3 = [1 0 −8.5] 𝐚4 = [1 0 0]
matrice krutosti ramova u globalnom koordinatnom sistemu
𝐤1 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 −6.3750 −6.375 40.6406
� 𝐤2 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 2.1250 2.125 4.5156
�
𝐤3 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 −8.50 0 0
−8.5 0 72.25� 𝐤4 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �
1 0 00 0 00 0 0
�
𝐊 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �2 0 −8.50 2 −4.25
−8.5 −4.25 117.4062�
Proračun seizmičkih uticaja
𝑆𝑥 = 𝑆𝑦 = 289 kN
raspodela seizmičkih sila na ramove
𝐗 pravac
�289
00� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 −0.398440 0.09375 −0.19922
−0.39844 −0.19922 5.5034� ∙ �
𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�4624.0011770.6672362.6669
�
∆3=1𝐸𝐼
∙ 1541.3323 ∆4=1𝐸𝐼
∙ 4624.0011
𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= 72.25 kN 𝐑4 = 𝐙4 ∙ ∆4= 216.75 kN
Y pravac
�0
2890� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 −0.398440 0.09375 −0.19922
−0.39844 −0.19922 5.5034� ∙ �
𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�
770.66723468.0003181.3335
�
∆1=1𝐸𝐼
∙ 2311.9995 ∆2=1𝐸𝐼
∙ 3853.3339
𝐑1 = 𝐙1 ∙ ∆1 = 108.3745 kN 𝐑2 = 𝐙2 ∙ ∆2 = 180.625 kN
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 119
5. slučaj rasporeda ramova
matrice transformacija pojedinih ramova
𝐚1 = 𝐚2 = [0 1 2.125] 𝐚3 = 𝐚4 = [1 0 0]
matrice krutosti ramova u globalnom koordinatnom sistemu
𝐤1 = 𝐤2 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �0 0 00 1 2.1250 2.125 4.5156
�
𝐤3 = 𝐤4 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �1 0 00 0 00 0 0
�
𝐊 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 �2 0 00 2 4.250 4.25 9.0312
�
Proračun seizmičkih uticaja
𝑆𝑥 = 𝑆𝑦 = 289 kN
raspodela seizmičkih sila na ramove ▫ 𝑋 pravac
�289
00� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 00 0.09375 0.199220 0.19922 0.42334
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�3082. 6̇
00
�
∆3=1𝐸𝐼
∙ 3082. 6̇ = ∆4
𝐑3 = 𝐙3 ∙ ∆3= 144.5 kN = 𝐑4
▫ Y pravac
�0
2890� = 𝐸𝐼 �
0.09375 0 00 0.09375 0.199220 0.19922 0.42334
� ∙ �𝑢𝑣𝜃� 𝐮 =
1𝐸𝐼�
03234.2761−71.3452
�
∆1= ∆2=1𝐸𝐼
∙ 3082. 6̇
𝐑1 = 𝐙1 ∙ ∆1= 144.5 kN = 𝐑2 Drugi način proračuna raspodele seizmičke sile 1. slučaj rasporeda ramova
određivanje centra krutosti
𝐙1 = 𝐙2 = 𝐙3 = 𝐙4 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼
�𝐙x = 9.375 ∙ 10−2𝐸𝐼 �𝐙y = 9.375 ∙ 10−2𝐸𝐼
𝑥𝑐 =∑ 𝐙𝑦𝑖 ∙ 𝑥𝑖4i=1
∑ 𝐙𝑦𝑖li=1
=4.6875 ∙ 10−2 ∙ 17
9.375 ∙ 10−2= 8.5 m
𝑦𝑐 =∑ 𝐙𝑥𝑖 ∙ 𝑦𝑖4i=1
∑ 𝐙𝑥𝑖4i=1
=4.6875 ∙ 10−2 ∙ 17
9.375 ∙ 10−2= 8.5 m
𝑒𝑥 = 2.125 m 𝑒𝑦 = 0.0 m
𝑆𝑦 = 𝑆𝑥 = 289 kN
120 Ratko Salatić, Marko Marinković
raspodela seizmičkih sila
𝐑𝑦𝑖𝑇 =
𝑆𝑦∑ 𝐙𝑦𝑖4i=1
𝐙𝑦𝑖 = 𝐑𝑥𝑖𝑇 =
𝑆𝑥∑ 𝐙𝑥𝑖4i=1
𝐙𝑥𝑖 =289 ∙ 4.6875 ∙ 10−2
9.375 ∙ 10−2= 144.5 kN
𝐑𝑦1𝑇 = 𝐑𝑦2
𝑇 = 𝐑𝑥3𝑇 = 𝐑𝑥4
𝑇 = 144.5 kN
𝑀𝑐𝑖 = 𝑆𝑖 ∙ 𝑒𝑖
𝐑𝑥𝑖𝑅 = 𝐙𝑥𝑖 ∙ 𝜑 ∙ 𝑦𝑖𝑐 𝐑𝑦𝑖
𝑅 = 𝐙𝑦𝑖 ∙ 𝜑 ∙ 𝑥𝑖𝑐 𝐑𝑖 = 𝐑𝑖𝑅 + 𝐑𝑖
𝑇
�𝐙𝑦𝑖 ∙ 𝜑 ∙ (𝑥𝑖𝑐)2l
i=1
+ �𝐙𝑥𝑖 ∙ 𝜑 ∙ (𝑦𝑖𝑐)2k
i=1
= 𝑀𝑐
X pravac
𝑀𝑐𝑦 = 0.0 kNm 𝜑 = 0.0
𝑅𝑦1𝑅 = 𝑅𝑦2𝑅 = 𝑅𝑥3𝑅 = 𝑅𝑥4𝑅 = 0.0 kN
Ukupne horizontalne sile koje deluju na vertikalne elemente jednake su silama pri translaciji i pri rotaciji tavanice:
𝑅𝑦1 = 0.0 kN 𝑅𝑦2 = 0.0 kN 𝑅𝑥3 = 144.5 kN 𝑅𝑥4 = 144.5 kN
Y pravac
𝑀𝑐𝑥 = 289 ∙ 2.125 = 614.125 kNm
𝜑 ∙ 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼[8.52 ∙ 4] = 614.125 𝜑 =614.12513.5469
=1𝐸𝐼
45. 3̇
horizontalne sile koje se prenose na vertikalne elemente
𝐑𝑦1𝑅 = 4.6875 ∙ 10−2𝐸𝐼 ∙
1𝐸𝐼
∙ 45. 3̇ ∙ 8.5 = 18.0625 kN
𝐑𝑦2𝑅 = −18.0625 kN 𝐑𝑥3
𝑅 = 18.0625 kN 𝐑𝑥4𝑅 = −18.0625 kN
Ukupne horizontalne sile koje deluju na vertikalne elemente jednake su silama pri translaciji i pri rotaciji tavanice:
𝐑𝑦1 = 144.5 + 18.0625 = 162.5625 kN 𝐑𝑦2 = 144.5 − 18.0625 = 126.4375 kN
𝐑𝑥3 = 18.0625 kN 𝐑𝑥4 = 18.0625 kN
merodavne sile u ramovima 𝐑𝟏 = 162.5625 kN 𝐑𝟐 = 126.4375 kN 𝐑𝟑 = 144.5 kN 𝐑𝟒 = 144.5 kN
Uticaji u ramovima
Dijagram momenata usled jediničnog opterećenja ortogonalnog rama (levo) i kosog rama (desno)
S obzirom da su maksimalni momenti pri dejstvu jedinične sile isti za oba rama, mogu se porediti merodavne sile u ramovima, kako bi se došlo do zaključka koji je raspored ramova najpovoljniji odnosno najnepovoljniji.
Iz priložene tabele vidi se da je najpovoljniji raspored ramova u 5. slučaju, a najnepovoljniji raspored ramova je u 2. slučaju.
ram 1. slučaj 2. slučaj 3. slučaj 4. slučaj 5. slučaj R [kN] R [kN] R [kN] R [kN] R [kN] 𝑅1 162.5625 108.3748 168.5966 108.375 144.5 𝑅2 126.4375 144.5 192.6812 180.625 144.5 𝑅3 144.5 255.445 170.2878 72.25 144.5 𝑅4 144.5 - - 216.75 144.5
Zbirka zadataka - Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo 121
Zadatak 12 Primenom modalne analize odrediti odgovor neprigušenog sistema. Sistem je bio u mirovanju pre početka dejstva dinamičkog opterećenja. Zanemariti uticaj aksijalne deformacije. Rigle rama su beskonačno fleksiono krute.
𝐸𝐼 = 330000 kNm2 𝐿 = 5 m 𝐻 = 3 m 𝑀 = 20 kNs2/m 𝑝 = 0.7𝜔1
Rešenje
Matrica krutosti sistema
Dati ram je “smičući ram”, što značajno pojednostavljuje određivanje matrice krutosti. S obzirom da su rigle rama beskonačno fleksiono krute, svaki stub rama je obostrano uklješten na svojim krajevima. Elementi matrice krutosti se mogu odrediti zadavanjem jediničnog pomeranja u nivou rigli i određivanjem reakcija oslonaca na svakom spratu. Te relacije predstavljaju članove matrice krutosti.
122 Ratko Salatić, Marko Marinković
𝐊 =
⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎡4
12𝐸𝐼(1.1𝐻)3
+ 312𝐸𝐼𝐻3 −3
12𝐸𝐼𝐻3 0.0 0.0
−312𝐸𝐼𝐻3 3
12𝐸𝐼𝐻3 + 2
12𝐸𝐼(2𝐻)3
+12𝐸𝐼(3𝐻)3
−212𝐸𝐼(2𝐻)3
−12𝐸𝐼(3𝐻)3
0.0 −212𝐸𝐼(2𝐻)3
212𝐸𝐼(2𝐻)3
+ 212𝐸𝐼𝐻3 −2
12𝐸𝐼𝐻3
0.0 −12𝐸𝐼(3𝐻)3
−212𝐸𝐼𝐻3 2
12𝐸𝐼𝐻3 +
12𝐸𝐼(3𝐻)3⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎤
𝐊 = �
8.8007 −4.4 0.0 0.0−4.4 4.821 −0.3667 −0.05430.0 −0.3667 3.3 −2.93330.0 −0.0543 −2.9333 2.9877
� 105
Matrica masa sistema
𝐌 = �80
6040
60
�
Iz jednačine (𝐊 − 𝜔2𝐌)𝐀 = 𝟎 potrebno je prvo odrediti svojstvene vektore odnosno modalnu matricu:
𝐀 = �
1.0 1.0 1.0 1.01.9389 1.4470 −0.3280 −0.9237
10.7430 −0.1370 −10.4015 0.172011.3503 −0.2782 6.5019 −0.0682
�
Kružne frekvencije sistema su:
𝜔1 = 18.3513 rad
s 𝜔2 = 55.1574
rads
𝜔3 = 113.1594 rad
s 𝜔4 = 126.8118
rads
Dijagonalna matrica 𝐌∗ se dobija množenjem:
𝐌∗ = 𝐀𝑇𝐌𝐀 = �
1.2652 0 0 00 0.0211 0 00 0 0.6951 00 0 0 0.0133
� ∙ 104
Kad postoji prinudna sila, diferencijalne jednačine postaju nehomogene, a slobodni član se određuje preko izraza:
𝐏∗ = 𝐀𝑇P𝑜 = �14.28922.16887.17380.0081
�P𝑜
Diferencijalne jednačine oblika: �̈�𝑖 + 𝜔𝑖2𝑌𝑖 = 𝑃𝑜𝑖
𝑀𝑖 𝑖 = 1,2,3,4 imaju rešenje:
𝑌𝑖 =1
𝜔𝑖2 − 𝑝2
𝑃𝑜𝑖𝑀𝑖
sin𝑝𝑡 𝑝 = 0.7𝜔1 = 12.8459 rad
s
𝑌1 =1
18.35132 − 12.8459214.2892𝑃𝑜
1.2652 ∙ 104sin𝑝𝑡 = 0.6576 ∙ 10−5𝑃𝑜 sin𝑝𝑡
𝑌2 =1
55.15742 − 12.845922.1688𝑃𝑜
0.0211 ∙ 104sin𝑝𝑡 = 0.3572 ∙ 10−5𝑃𝑜 sin𝑝𝑡
𝑌3 =1
126.81182 − 12.845927.1738𝑃𝑜
0.6951 ∙ 104sin𝑝𝑡 = 0.0065 ∙ 10−5𝑃𝑜 sin𝑝𝑡
𝑌4 =1
113.15942 − 12.845920.0081𝑃𝑜
0.0133 ∙ 104sin𝑝𝑡 = 0.0005 ∙ 10−5𝑃𝑜 sin𝑝𝑡
𝐘 = 10−5 �0.65760.35720.00650.0005
� 𝑃𝑜 sin𝑝𝑡
Odgovor sistema u osnovnim koordinatama je: 𝐲 = 𝐀 𝐘 = 10−5 �1.02181.78936.94817.4068
� 𝑃𝑜 sin(12.8459 𝑡)