DEPARTAMENTO DE PROGRAMACIÓN Y TECNOLOGÍA EDUCATIVA
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Solución de Vigas por Integración Guía de Ejercicios
Profesor Francisco D’Amico D’Agosto Abril 2003
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Solución de Vigas por Integración
Guía de Ejercicios 1 A continuación se muestran 6 modelos matemáticos diferentes de vigas isostáticas; utilizando las relaciones entre carga, cortante y momento determine para cada viga:
Reacciones en los vínculos. Ecuaciones que describen a las características de solicitación en todas las secciones. Diagrama de fuerza cortante y momento flector.
No se dispone de información acerca de las características del material y de la sección de las vigas.
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Vigas Isostáticas - 1
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Vigas Isostáticas - 2
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Ri
Rj
Cálculo de las reacciones: Por simetría: Ri = R j = 2 ⋅
4500 ⋅ 4 1 2
2
= 9000kgf ↑
Otra forma, por equilibrio:
∑
i=0⇒
1 3
4500 ⋅ 4 2 4500 ⋅ 4 + 4 + ⋅ 4 − 8Rj = 0 2 3 2
⋅4⋅
⇒ Rj = 9000kgf ↑
∑
F V = 0 ⇒ −
4500 ⋅ 4 2
⋅ 2 + 9000 + Ri = 0
⇒ Ri = 9000kgf ↑
Cálculo de las características de solicitación: 0≤
(primer segmento) ≤ 4 (p
W ( x) =
4500 4
x − 4500 = 1125 x − 4500
∫
V ( x ) = W ( x )dx = 562, 5 x2 − 4500 x + 9000
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Vigas Isostáticas - 3
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( x ) = ∫ V ( x ) dx = 187, 5 x3 − 2250 x2 + 9000 x V ( 4 ) = 0 M ( 4 ) = 12000mkgf 0 ≤ x ≤ 4 (segundo segmento) W ( x) = −
4500 4
x = −1125 x
∫ M ( x ) = ∫ V ( x ) dx = −187, 5 x V ( x ) = W ( x )dx = −562,5 x2
3
+ 12000
V ( 4 ) = −9000kgf M ( 4 ) = 0
Diagramas de cortante y momento:
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Vigas Isostáticas - 4
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Ri
Rj
Cálculo de las reacciones: Por equilibrio:
∑ Mi = 0 ⇒
7, 50 2
1
3000 ⋅ 7,5
3
2
⋅ 2000 ⋅ 7, 5 + 5 ⋅ 3000 + ⋅ 7, 5 ⋅
− 7,5Rj = 0
⇒ Rj = 13250kgf ↑
∑
F V = 0 ⇒ Ri − ( 5000 + 2000)
7, 5 2
− 3000 + 13250 = 0
⇒ Ri = 16000kgf ↑
Cálculo de las características de solicitación: 0 ≤ x ≤ 5 (primer segmento) W ( x) =
5000 − 3000 5
x − 5000 = 400 x − 5000
V ( x ) = 200 x2 − 5000 x + 16000 M ( x ) =
200
x3 − 2500 x2 + 16000 x
3 V ( 5 ) = −4000kgf
M ( 5 ) = 25833,33mkgf
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Vigas Isostáticas - 5
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios V ( x ) = 0 ⇒ 200 x2 − 5000 x + 16000 = 0 x1 = 3,77 m x2 = 21, 23m > 5m no es solución M ( 3, 77 ) = 28360,10mkgf x = 5 (fuerza puntual) V ( 5 ) = −3000 − 4000 = − 7000kgf
M ( 5 ) = 25833,33mkgf 0 ≤ x ≤ 2, 50 (segundo segmento) W ( x) =
3000 − 2000 2,5
x − 3000 = 400 x − 3000
V ( x ) = 200 x 2 − 3000 x − 7000 M ( x ) =
200
x3 − 1500 x2 − 7000 x + 25833,33
3 V ( 2, 5) = −13250kgf
M ( 2,5 ) = 0
Diagramas de cortante y momento:
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Vigas Isostáticas - 6
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Ri
Rj
Cálculo de las reacciones: Por equilibrio:
∑
i=0⇒
2 3
⋅2⋅
3000 ⋅ 2
1 3000 ⋅ 3 3 + 750 + 2 + ⋅ 3 ⋅ + 5 + ⋅1000 ⋅ 3 + ( 5 + 1, 5) ⋅ 1500 − 8Rj = 0 3 2 2
2
⇒ Rj = 5937,5kgf ↑
∑
F V = 0 ⇒ Ri −
3000 ⋅ 2 2
−
3000 ⋅ 3 2
− 1000 ⋅ 3 − 1500 + 5937,5 = 0
⇒ Ri = 6062,5kgf ↑ Cálculo de las características de solicitación: 0 ≤ x ≤ 2 (primer segmento) W ( x) = −
3000 2
x = −1500 x
V ( x ) = −750 x 2 + 6062, 5 M ( x ) = −250 x3 + 6062, 5x V ( 2 ) = 3062, 5kgf M ( 2 ) = 10125mkgf x = 2 (momento aplicado) V ( x ) = 3062,5kgf
( x ) = 750 + 10125 = 10875mkgf
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Vigas Isostáticas - 7
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios 0 ≤ x ≤ 3 (segundo segmento) W ( x) =
3000 3
x − 3000 = 1000 x − 3000
V ( x ) = 500 x 2 − 3000 x + 3062,5 M ( x ) =
500
x3 − 1500 x2 + 3062,5 x + 10875
3 V ( 3) = − 1437,5kgf
M ( 3) = 11062,59mkgf V ( x ) = 0 ⇒ 500 x2 − 3000 x + 3062,5 = 0
⇒ x1 = 1, 3m ⇒ x2 = 4, 7m > 3m no es solución M (1, 3) = 12687,42mkgf 0 ≤ x ≤ 1, 5 (tercer segmento) W ( x ) = −1000 V ( x ) = −1000 x − 1437,5 M ( x ) = −500 x 2 − 1437, 5 x + 11062,59 V (1,5) = −2937, 5kgf
M (1, 5) = 7781, 34mkgf x = 1, 5 (fuerza puntual) V ( x ) = −1500 − 2937, 5 = − 4435,5kgf
M ( x ) = 7781,34mkgf 0 ≤ x ≤ 1, 5 (cuarto segmento) W ( x ) = −1000 V ( x ) = −1000 x − 4437,5 M ( x ) = −500 x 2 − 4437, 5x + 7781,34 V (1,5) = −5937, 5kgf
M (1,5 ) = 0
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Vigas Isostáticas - 8
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios Diagramas de corte y momento:
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Vigas Isostáticas - 9
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Mi
Ri
Cálculo de las reacciones: Por equilibrio:
∑ F
V
= 0 ⇒ Ri −
1000 ⋅ 2, 5 2
− 2000 −
2100 ⋅ 3,5 2
=0
⇒ Ri = 6925kgf ↑ 2
∑ Mi = 0 ⇒ − Mi + 3 ⋅ 2, 5 ⋅
1000 ⋅ 2,5 2
1 2100 ⋅ 3, 5 + ( 2,5 + 1) ⋅ 2000 + 4, 5 + ⋅ 3, 5 =0 3 2
⇒ Mi = 29908,33mkgf Cálculo de las características de solicitación: 0 ≤ x ≤ 2, 5 (primer segmento) W ( x) = −
1000 2,5
x = −400 x
V ( x ) = −200 x2 + 6925 M ( x ) = −
200
x3 + 6925 x − 29908, 33
3 V ( 2, 5) = 5675kgf
M ( 2,5 ) = − 13637,55mkgf 0≤
≤ 1 (segundo segmento)
W ( x) = 0 V ( x ) = 5675 M ( x ) = 5675 x − 13637, 55
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Vigas Isostáticas - 10
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios V (1) = 5675kgf
(1) = −7962, 55mkgf x = 1 (fuerza puntual) V ( x ) = −2000 + 5675 = 3675 M ( x ) = −7962,55mkgf 0 ≤ x ≤ 1 (tercer segmento) W ( x) = 0 V ( x ) = 3675 M ( x ) = 3675 x − 7962, 55 V (1) = 3675kgf M (1) = − 4287,55mkgf 0 ≤ x ≤ 3, 5 (cuarto segmento) W ( x) =
2100 3,5
x − 2100 = 600 x − 2100
V ( x ) = 300 x 2 − 2100 x + 3675 M ( x ) = 100 x3 − 1050 x2 + 3675x − 4287,55 V ( 3,5) = 0 M ( 3,5 ) = 0
Diagramas de corte y momento:
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Vigas Isostáticas - 11
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Cálculo de las reacciones: Por equilibrio:
∑ F
V
= 0 ⇒ Ri −
6000 ⋅ 7 2
=0
⇒ Ri = 21000kgf ↑ 2
∑ Mi = 0 ⇒ − Mi + 250 + 300 + 350 + 3 ⋅ 7 ⋅
6000 ⋅ 7 2
=0
⇒ Mi = 98900mkgf Cálculo de las características de solicitación: 0 ≤ x ≤ 2 (primer segmento) W ( x) = −
1714,29 2
x = −857,14 x
V ( x ) = −428, 57 x 2 + 21000 M ( x ) = −142,86 x3 + 21000 x − 98900 V ( 2 ) = 19285, 72kgf
M ( 2 ) = −58042,88mkgf x = 2 (momento aplicado) V ( x ) = 19285,72kgf
( x ) = −58042,88 + 250 = − 57792,88mkgf Francisco D’Amico
Vigas Isostáticas - 12
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios 0 ≤ x ≤ 2 (segundo segmento) W ( x) = −
1714,29 2
x − 1714, 29 = − 857,14x − 1714, 29
V ( x ) = −428, 57 x 2 − 1714, 29 x + 19285, 72 M ( x ) = −142,86 x3 − 857,15x2 + 19285, 72x − 57792,88 V ( 2 ) = 14142,86kgf
M ( 2 ) = −23792,87mkgf x = 2 (momento aplicado) V ( x ) = 14142,86kgf
( x ) = −23792,87 + 300 = − 23492,87mkgf 0 ≤ x ≤ 3 (tercer segmento) W ( x) = −
2571,43 3
x − 3428,57 = − 857,14x − 3428, 57
V ( x ) = −428,57 x 2 − 3428,57 x + 14142,86 M ( x ) = −142,86 x3 − 1714, 29x2 + 14142,86x − 23492,87 V ( 3) = 0 M ( 3) = −350,12mkgf x = 3 (momento aplicado) V ( x) = 0 M ( x ) = −350,12 + 350 = − 0,12mkgf ≈ 0
Diagramas de corte y momento:
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Vigas Isostáticas - 13
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Rj
Ri
Cálculo de las reacciones: Por equilibrio:
∑ Mi
izq
= ∑ Mi der ⇒ −1,5 ⋅ 3 ⋅ 7500 + 1000 = − 6 ⋅ 7500 ⋅ 12 + 9Rj + 1000
⇒ Rj = 56250kgf ↑
∑ F
V
= 0 ⇒ −7500 ⋅15 + 56250 + Ri = 0
⇒ Ri = 56250kgf ↑ Cálculo de las características de solicitación: 0 ≤ x ≤ 3 (primer segmento) W ( x ) = −7500 V ( x ) = −7500 x M ( x ) = −3750 x 2 V ( 3) = − 22500kgf M ( 3) = −33750mkgf x = 3 (momento aplicado + reacción) V ( x ) = −22500 + 56250 = 33750kgf
( x ) = −33750 + 1000 = − 32750mkgf
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Vigas Isostáticas - 14
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios 0 ≤ x ≤ 9 (segundo segmento) W ( x ) = −7500 V ( x ) = −7500 x + 33750 M ( x ) = −3750 x 2 + 33750 x − 32750 V ( x ) = 0 ⇒ −7500 x + 33750 = 0 ⇒ x = 4,5m M ( 4,5 ) = 43187, 50mkgf V ( 9 ) = − 33750kgf M ( 9 ) = −32750mkgf x = 9 (momento aplicado + reacción) V ( x ) = −33750 + 56250 = 22500kgf
M ( x ) = −32750 − 1000 = − 33750mkgf 0 ≤ x ≤ 3 (tercer segmento) W ( x ) = −7500 V ( x ) = −7500 x + 22500 M ( x ) = −3750 x 2 + 22500 x − 33750 V ( 3) = 0 M ( 0 ) = 0
Diagramas de corte y momento:
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Vigas Isostáticas - 15
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Solución de Vigas por Integración
Guía de Ejercicios 2 A continuación se muestran 4 modelos matemáticos diferentes de vigas hiperestáticas; utilizando las relaciones entre carga, cortante, momento, rotación y deformación determine para cada viga:
Ecuación general de la carga. Ecuación general de la fuerza cortante. Ecuación general del momento flector. Ecuación general de la deformada (elástica). Momento flector máximo y distancia a la cual se encuentra. Deformación máxima y distancia a la cual ocurre.
Todas las vigas poseen la misma sección transversal típica con inercia I xx = 9600 cm4 en acero estructural con módulo de elasticidad E = 2100000 kgf/cm 2.
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Vigas Hiperestáticas - 16
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Vigas Hiperestáticas - 17
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Mj
Ri
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Rj
Vigas Hiperestáticas - 18
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios W ( x) = V ( x) =
4500 8 4500
M ( x ) =
x − 4500 x 2 − 4500 x + Ri
16 4500
x3 − 2250 x2 + Rix − Mi
48 4500
EI xxθ ( x ) =
x4 −
2250
x5 −
2250
192 3 x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0
EI xxδ ( x ) =
4500
960 12 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
x3 +
Ri
x4 +
Ri
2
6
x2 − Mix + C 1
x3 −
Mi 2
x2 + C 2
x = 8 ⇒ θ ( x ) = 0 x = 8 ⇒ δ ( x ) = 0
0 = −288000 + 32 Ri − 8Mi 0 = −614400 + 85, 3 Ri − 32Mi resolviendo el sistema de ecuaciones resulta: Ri = 12600kgf Mi = 14400mkgf
∑ F
V
= 0 ⇒ 12600 −
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4500 ⋅ 8 2
+ Rj = 0 ⇒ Rj = 5400kgf
Vigas Hiperestáticas - 19
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios 1 8 i = 0 ⇒ −14400 + ⋅ 8 ⋅ 4500 ⋅ − 8 ⋅ 5400 + M j = 0 ⇒ M j = 9600mkgf 3 2 Ecuación general de la carga:
∑
W ( x ) = 562, 50 x − 4500 ∀x ∈ [ 0, 8] Ecuación general de la fuerza cortante: V ( x ) = 281, 25 x 2 − 4500 x + 12600 ∀x ∈ [ 0,8] Ecuación general del momento flector: M ( x ) = 93, 75 x3 − 2250 x2 + 12600x − 14400 ∀x ∈ [ 0,8] EI xxθ ( x ) = 23, 44 x 4 − 750 x3 + 6300x2 − 14400x ∀x ∈ [ 0,8] Ecuación general de la deformada: EI xxδ ( x ) = 4, 69 x5 − 187,5 x4 + 2100 x 3 − 7200x2 ∀x ∈ [ 0,8] Máximo momento flector: V ( x ) = 0 ⇒ 281, 25 x 2 − 4500 x + 12600 = 0
⇒ x1 = 3,62m ⇒ x2 = 12, 38m > 8m no es solución M ( 3, 62 ) = 6174, 41mkgf M ( 0 ) = −14400mkgf
⇒ M = M ( 0 ) = −14400mkgf para x = 0
Máxima deformación: θ
( x ) = 0 ⇒ 23, 44 x 4 − 750 x3 + 6300x2 − 14400x = 0
⇒ x1 = 0 empotramiento ⇒ x2 = 3,8 m ⇒ x3 = 8m empotramiento ⇒ x4 = 20,19m > 8m no es solución ⇒ δ = δ ( 3,8) = −1, 2cm para x = 3,8m
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Vigas Hiperestáticas - 20
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Mj
Ri
Rj
W ( x ) = −2000 V ( x ) = −2000 x + Ri M ( x ) = −1000 x 2 + Rix − Mi EI xxθ ( x ) = −333,3x3 +
Ri 2
x2 − Mix + C 1
x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0
EI xxδ ( x ) = −83,3x 4 +
Ri
x3 −
6 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
Mi 2
x2 + C 2
x = 8 ⇒ θ ( x ) = 0 x = 8 ⇒ δ ( x ) = 0
170666, 6 = 32 Ri − 8Mi 341333, 3 = 85,3 Ri − 32Mi resolviendo el sistema de ecuaciones resulta: Ri = 8000kgf Mi = 10666,67mkgf por simetría Rj = 8000kgf
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Vigas Hiperestáticas - 21
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios por simetría: M j = 10666, 67mkgf Ecuación general de la carga: W ( x ) = −2000 ∀x ∈ [ 0,8] Ecuación general de la fuerza cortante: V ( x ) = −2000 x + 8000 ∀x ∈ [ 0,8] Ecuación general del momento flector: M ( x ) = −1000 x 2 + 8000 x − 10166, 67 ∀ x ∈ [ 0,8] Ecuación general de la deformada: EI xxδ ( x ) = −83,33x 4 + 1333,33x3 − 5333,33x2 ∀x ∈ [ 0,8] Máximo momento flector: V ( x ) = 0 ⇒ −2000 x + 8000 = 0
⇒ x = 4m M ( 4 ) = 5333,33mkgf M ( 0 ) = − 10666, 67mkgf M ( 8 ) = 10666, 67mkgf
⇒ M = M ( 0 ) = M ( 8) = −10666, 67mkgf para x = 0 y x = 8
Máxima deformación: θ
( x ) = 0 ⇒ −333,33x3 + 4000x2 − 10666, 67x = 0
⇒ x1 = 0 empotramiento ⇒ x2 = 4m ⇒ x3 = 8m empotramiento ⇒ δ = δ ( 4 ) = −1, 06cm para x = 4m
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Vigas Hiperestáticas - 22
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Mj
Ri
Rj
W ( x ) = 400 x − 5000 V ( x ) = 200 x 2 − 5000 x + Ri M ( x ) =
200 3
x3 − 2500 x2 + Rix − Mi
EI xxθ ( x ) =
200
EI xxδ ( x ) =
x4 −
2500
x3 +
Ri
12 3 x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0
2
200
x5 −
2500
x4 +
Ri
60 12 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
6
x2 − Mix + C 1
x3 −
Mi 2
x2 + C 2
x = 7,5 ⇒ θ ( x ) = 0 x = 7,5 ⇒ δ ( x ) = 0
298828,13 = 28,13 Ri − 7,5Mi 580078,12 = 70,31 Ri − 28,13Mi resolviendo el sistema de ecuaciones resulta: Ri = 15363,19kgf Mi = 17778,44mkgf
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Vigas Hiperestáticas - 23
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios Ecuación general de la carga: W ( x ) = 400 x − 5000 ∀x ∈ [ 0; 7, 5] Ecuación general de la fuerza cortante: V ( x ) = 200 x2 − 5000 x + 15363,19 ∀x ∈ [ 0;7, 5] Ecuación general del momento flector: M ( x ) = 66, 67 x3 − 2500 x2 + 15363,19x − 17778, 44 ∀ x ∈ [0;7,5] Ecuación general de la deformada: EI xxδ ( x ) = 3,33 x5 − 208, 33x4 + 2560,53x3 − 8889, 22x2 ∀x ∈ [ 0; 7,5] Máximo momento flector: V ( x ) = 0 ⇒ 200 x2 − 5000 x + 15363,19 = 0
⇒ x1 = 3,59m ⇒ x2 = 21, 41m > 7, 5m no es solución M ( 3, 59 ) = 8239,88mkgf M ( 0 ) = − 17778, 44mkgf
⇒ M = M ( 0 ) = −17778, 44mkgf para x = 0
Máxima deformación: θ
( x ) = 0 ⇒ 16, 67 x 4 − 833, 33x3 + 7681, 60x2 − 17778, 44x = 0
⇒ x1 = 0 empotramiento ⇒ x2 = 3,66m ⇒ x3 = 7,5m empotramiento ⇒ x4 = 38, 83m > 7, 5m no es solución ⇒ δ = δ ( 3, 66 ) = − 1, 43cm para x = 3, 66m
Francisco D’Amico
Vigas Hiperestáticas - 24
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Rj W ( x) = − V ( x) = −
6000 7 6000
M ( x ) = −
x x 2 + Ri
14 6000
x3 + Rix − Mi
42 6000
EI xxθ ( x ) = −
x4 +
Ri
x5 +
Ri
x2 − Mix + C 1
168 2 x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0
EI xxδ ( x ) = −
6000
x3 −
840 6 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
Mi 2
x2 + C 2
x = 7 ⇒ M ( x ) = 0 x = 7 ⇒ δ ( x ) = 0
49000 = 7 Ri − Mi = 120050 57,16 Ri − 24,5Mi resolviendo el sistema de ecuaciones resulta: Ri = 9450kgf Mi = 17150mkgf Francisco D’Amico
Vigas Hiperestáticas - 25
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ecuación general de la carga: W ( x) = −
6000
x ∀x ∈ [ 0, 7] 7 Ecuación general de la fuerza cortante:
V ( x) = −
6000
x 2 + 9450 ∀x ∈ [ 0,7]
14 Ecuación general del momento flector:
M ( x ) = −
6000
x3 + 9450 x − 17150 ∀x ∈ [ 0, 7]
42 Ecuación general de la deformada:
EI xxδ ( x ) = −
6000
x5 +
9450
840 6 Máximo momento flector:
V ( x) = 0 ⇒ −
6000 14
x3 −
17150 2
x2 ∀x ∈ [ 0,7]
x2 + 9450 = 0
⇒ x1 = 4, 7 m ⇒ x2 = −4, 7m < 0 no es solución M ( 4, 7 ) = 12433,18mkgf M ( 0 ) = −17150mkgf
⇒ M = M ( 0 ) = −17150mkgf para x = 0
Máxima deformación: θ
( x ) = 0 ⇒ −35, 71x 4 + 4725x2 − 17150x = 0
⇒ x1 = 0 empotramiento ⇒ x2 = 4,18m ⇒ x3 = 8,83m > 7m no es solución ⇒ x4 = −13, 01m < 0 no es solución ⇒ δ = δ ( 4,18) = −2,18cm para x = 4,18m
Francisco D’Amico
Vigas Hiperestáticas - 26
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Solución de Vigas por Integración
Guía de Ejercicios 3 A continuación se muestran 4 modelos matemáticos diferentes de vigas hiperestáticas y 6 de vigas isostáticas; utilizando las relaciones entre carga, cortante, momento, rotación y deformación determine para cada viga:
La rotación en las secciones I, J, A y B. El desplazamiento vertical en las secciones I, J, A y B.
Todas las vigas poseen la misma sección transversal típica con inercia Ixx = 10000 cm4 en acero estructural con módulo de elasticidad E = 2100000 kgf/cm 2.
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
27
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
28
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Rj
Tramo (I-J) 0 ≤ x ≤ 5 W ( x) = 0 V ( x ) = − Ri M ( x ) = − Rix + Mi Ri 2 (1) EI xxθ ( x ) = − x + Mix + C 1 2 x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0 Ri 3 Mi 2 (2) EI xxδ ( x ) = − x + x + C 2 6 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0 condiciones en la frontera: V ( 5 ) = − Ri M ( 5 ) = − 5Ri + Mi EI xxθ ( 5 ) = −
25 2
Ri + 5Mi
Articulación J (condiciones en la frontera) Vj = − Ri + Rj Mj = −5 Ri + Mi Voladizo (J-A) 0 ≤ x ≤ 2 W ( x ) = −1000 (3) V ( x ) = −1000 x − Ri + Rj (4)
( x ) = −500 x2 − Rix + Rjx − 5 Ri + Mi
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
29
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios (5) EI xxθ ( x ) = −
500
(6) EI xxδ ( x ) = −
500
3
x3 −
Ri
x4 −
2 Ri
12 6 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (5): EI xxθ ( 5)
tramo
x2 +
Rj
x3 +
Rj
2 6
x2 − 5 Rix + Mix + C 3 x3 −
= EI xxθ ( 0 )
5 2
Rix2 +
Mi 2
x2 + C3 x + C 4
voladizo
25 25 Ri + 5Mi = C3 ⇒ − Ri + 5 Mi − C 3 = 0 (I) 2 2 125 25 de (2) δ ( 5 ) = 0 ⇒ − Ri + Mi = 0 (II) 6 2 de (3) V ( 2 ) = 0 ⇒ −2000 − Ri + Rj = 0 ⇒ − Ri + Rj = 2000 (III)
−
de (4) M ( 2 ) = 0 ⇒ −2000 − 7Ri + 2Rj + Mi = 0 ⇒ − 7Ri + 2Rj + Mi = 2000 (IV) formando sistema con I, II, III y IV:
25 − 2 − 125 6 −1 −7
−1 Ri 0 Rj 25 0 0 0 ⋅ = Mi 2000 2 1 0 0 C 2000 3 2 1 0 Nodo I: de ecuación (1) θ ( 0) = 0 0
5
Nodo J:
Nodo A:
Rj = 2600kgf Mi = 1000mkgf C3 = −2500kgfm2
( 0) = 0 − de ecuación (1) θ ( 2, 5) = 2, 976 ⋅ 10 4 rad − de ecuación (2) δ ( 2,5) = 7,440⋅ 10 4 m de ecuación (5) θ ( 0) = − 1,190 ⋅ 10−3 rad de ecuación (6) δ ( 0) = 0 de ecuación (5) θ ( 2) = − 1,825 ⋅10−3 rad − de ecuación (6) δ ( 2) = − 3, 333⋅ 10 3 m
de ecuación (2) Nodo B:
Ri = 600kgf
Francisco D’Amico
δ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
30
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Rj
Tramo (I-J) 0 ≤ x ≤ 5 W ( x) = 0 V ( x ) = − Ri M ( x ) = − Rix + Mi Ri 2 (1) EI xxθ ( x ) = − x + Mix + C 1 2 x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0 Ri 3 Mi 2 (2) EI xxδ ( x ) = − x + x + C 2 6 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0 condiciones en la frontera: V ( 5 ) = − Ri M ( 5 ) = − 5Ri + Mi EI xxθ ( 5 ) = −
25 2
Ri + 5Mi
Articulación J (condiciones en la frontera) Vj = − Ri + Rj Mj = −5 Ri + Mi Voladizo (J-A) 0 ≤ x ≤ 2 W ( x ) = −500 x (3) V ( x ) = −250 x 2 − Ri + Rj (4)
( x ) = −
250
Francisco D’Amico
3
x3 − Rix + Rjx − 5 Ri + Mi
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
31
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios (5) EI xxθ ( x ) = −
250
(6) EI xxδ ( x ) = −
250
12
x4 −
Ri
x5 −
Ri
2
60 6 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (5): EI xxθ ( 5)
tramo
x2 +
Rj
x3 +
Rj
2 6
x2 − 5 Rix + Mix + C 3 x3 −
= EI xxθ ( 0 )
5 2
Rix2 +
Mi 2
x2 + C3 x + C 4
voladizo
25 25 Ri + 5Mi = C3 ⇒ − Ri + 5 Mi − C 3 = 0 (I) 2 2 125 25 de (2) δ ( 5 ) = 0 ⇒ − Ri + Mi = 0 (II) 6 2 de (3) V ( 2 ) = 0 ⇒ −1000 − Ri + Rj = 0 ⇒ − Ri + Rj = 1000 (III)
−
de (4) M ( 2 ) = 0 ⇒ −
2000
− 7 Ri + 2Rj + Mi = 0 ⇒ −7 Ri + 2Rj + Mi =
3 formando sistema con I, II, III y IV:
25 − 2 − 125 6 −1 −7
−1 Ri 0 0 Rj 25 0 0 ⋅ = 1000 Mi 2 2000 1 0 0 C 3 3 2 1 0 0
5
2000 3
(IV)
Ri = 400kgf Rj = 1400kgf Mi = 666,67mkgf C3 = −1666,67kgfm2
( 0) = 0 de ecuación (2) δ ( 0) = 0 Nodo B: de ecuación (1) θ ( 2,5) = 1,984⋅ 10−4 rad de ecuación (2) δ ( 2,5) = 4,960⋅ 10−4 m Nodo J: de ecuación (5) θ ( 0) = − 7, 937 ⋅ 10−4 rad de ecuación (6) δ ( 0) = 0 Nodo A: de ecuación (5) θ ( 2 ) = − 1, 270 ⋅ 10−3 rad de ecuación (6) δ ( 2) = − 2, 286⋅ 10−3 m Nodo I: de ecuación (1)
Francisco D’Amico
θ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
32
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
Rj
Por simetría: Ri = Rj = 1000kgf Voladizo izquierdo 0 ≤ x ≤ 1 W ( x ) = −1000 V ( x ) = −1000 x M ( x ) = −500 x 2 condiciones en la frontera: V (1) = − 1000kgf M (1) = −500mkgf Articulación I condiciones en la frontera: Vi = −1000 + 1000 = 0 Mi = −500mkgf Tr amo (I-J) 0 ≤ x ≤ 5 W ( x) = 0 V ( x ) = Vi = 0 M ( x ) = −500 (1) EI xxθ ( x ) = −500 x + C 1 (2) EI xxδ ( x ) = −250 x 2 + C1 x + C 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
= 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ −250 ⋅ 52 + 5C1 ⇒ C1 = 1250kgfm2
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
33
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
( 0) = 5,952 ⋅ 10−4 rad de (2) δ ( 0 ) = 0 Nodo B: de (1) θ ( 2,5) = 0 de (2) δ ( 2, 5) = 7, 440 ⋅ 10−4 m Nodo J: de (1) θ ( 5) = − 5,952 ⋅ 10−4 rad de (2) δ ( 5) = 0 Nodo I: de (1)
θ
Articulación J condiciones en la frontera Vj = 1000kgf Mj = −500mkgf Voladizo derecho 0 ≤ x ≤ 1 W ( x ) = −1000 V ( x ) = −1000 x + 1000 M ( x ) = −500 x 2 + 1000 x − 500 (3) EI xxθ ( x ) = − (4) EI xxδ ( x ) = −
500 3 500
x3 + 500 x 2 − 500 x + C 3 x4 +
500
12 3 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (3): EI xxθ ( 5)
tramo
x3 − 250 x2 + C3 x + C 4
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⇒ −500 ⋅ 5 + 1250 = C 3 ⇒ C3 = −1250kgfm2 Nodo A: de (3) de (4)
Francisco D’Amico
(1) = − 6, 746 ⋅ 10− 4 rad −4 δ (1) = − 6, 548 ⋅ 10 m
θ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
34
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
Rj
Por simetría: Ri = Rj = 500kgf Voladizo izquierdo 0 ≤ x ≤ 1 W ( x ) = 1000 x − 1000 V ( x ) = 500 x 2 − 1000 x M ( x ) =
500
x3 − 500 x
3 condiciones en la frontera:
V (1) = − 500kgf M (1) = −333, 33mkgf Articulación I condiciones en la frontera: Vi = −500 + 500 = 0 Mi = −333,33mkgf Tramo (I-J) 0 ≤ x ≤ 5 W ( x) = 0 V ( x ) = Vi = 0 M ( x ) = −333,33 (1) EI xxθ ( x ) = −333,33x + C 1 (2) EI xxδ ( x ) = − 166,67 x 2 + C1 x + C 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
= 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ −166, 67 ⋅ 52 + 5C1 ⇒ C1 = 833, 33kgfm2
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
35
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
( 0) = 3,968 ⋅ 10−4 rad de (2) δ ( 0 ) = 0 Nodo B: de (1) θ ( 2,5) = 0 de (2) δ ( 2, 5) = 4, 960 ⋅ 10−4 m Nodo J: de (1) θ ( 5) = − 3,968 ⋅ 10−4 rad de (2) δ ( 5) = 0 Nodo I: de (1)
θ
Articulación J condiciones en la frontera Vj = 500kgf Mj = −333,33mkgf Voladizo derecho 0 ≤ x ≤ 1 W ( x ) = −1000 x V ( x ) = −500 x2 + 500 M ( x ) = −
500 3
x3 + 500 x − 333,33
(3) EI xxθ ( x ) = − (4) EI xxδ ( x ) = −
500 12 500
x 4 + 250 x2 − 333,33x + C 3 x5 +
500
60 3 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (3): EI xxθ ( 5)
tramo
x3 − 166,67 x 2 + C3 x + C 4
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⇒ −333, 33 ⋅ 5 + 833, 33 = C 3 ⇒ C3 = −833,33kgfm2 Nodo A: de (3) de (4)
Francisco D’Amico
(1) = − 4,563⋅ 10− 4 rad −4 δ (1) = − 4, 405 ⋅ 10 m
θ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
36
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
∑ Mi
izquierda
Rj
= ∑ Mi derecha
5 2 0 = −1000 ⋅ ⋅ ⋅ 5 + 5 Rj ⇒ Rj = 1666, 67kgf 2 3 5 F V = 0 ⇒ −1000 ⋅ + 1666, 67 + Ri = 0 ⇒ Ri = 833,33kgf 2 Voladizo izquierdo 0 ≤ x ≤ 1
∑
W ( x) = 0 V ( x) = 0 M ( x ) = 0 Articulación I condiciones en la frontera Vi = 833,33kgf Mi = 0 Tramo 0 ≤ x ≤ 5 W ( x ) = −200 x V ( x ) = −100 x2 + 833,33 M ( x ) = −
100
x3 + 833,33 x
3 V ( 5 ) = −1666, 67kgf
M ( 5 ) = 0 (1) EI xxθ ( x ) = −8,33x 4 + 416, 67 x 2 + C 1 (2) EI xxδ ( x ) = −1, 67 x5 + 138,89 x3 + C1 x + C 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0 x = 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ −1, 67 ⋅ 55 + 138,89 ⋅ 53 + 5C1 = 0 ⇒ C1 = − 2430,56kgfm2 Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
37
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
( 0) = − 1,157 ⋅ 10−3 rad de (2) δ ( 0 ) = 0 − Nodo B: de (1) θ ( 2,5) = − 7, 234 ⋅ 10 5 rad − de (2) δ ( 2,5) = − 1,938 ⋅ 10 3 m − Nodo J: de (1) θ ( 5) = 1,323⋅ 10 3 rad de (2) δ ( 5 ) = 0 Nodo I: de (1)
θ
Voladizo derecho 0 ≤ x ≤ 1 W ( x) = 0 V ( x ) = −1666, 67 + 1666, 67 = 0 M ( x ) = 0 (3) EI xxθ ( x ) = C 3 (4) EI xxδ ( x ) = C3 x + C 4 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (3): EI xxθ ( 5)
tramo
= EI xxθ ( 0)
voladizo derecho
⇒ −8,33 ⋅ 5 4 + 416, 67 ⋅ 52 − 2430, 56 = C3 ⇒ C 3 = 2777, 78kgfm2 Nodo A: de (3) de (4)
Francisco D’Amico
( 0) = 1, 323⋅ 10−3 rad −3 δ (1) = 1, 323 ⋅ 10 m θ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
38
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Rj
Tramo 0 ≤ x ≤ 5 W ( x ) = −1000 (1) V ( x ) = −1000 x + Ri (2) M ( x ) = −500 x 2 + Rix − Mi (3) EI xxθ ( x ) = −
500 3
x3 +
Ri 2
x 2 − Mix + C 1
x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0 (4) EI xxδ ( x ) = −
500
x4 +
Ri
12 6 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
x3 −
Mi 2
x2 + C 2
de (4): x = 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ −26041, 67 + 20,83Ri − 12, 5Mi = 0 (I) de (2): x = 5 ⇒ M ( x ) = 0 ⇒ −12500 + 5Ri − Mi = 0 (II) formando sistema con ecuaciones I y II: Ri = 3125kgf 20,83 −12,5 Ri 26041, 67 ⋅ = ⇒ 5 −1 Mi 12500 Mi = 3125mkgf condiciones en la frontera: V ( 5 ) = −5000 + 3125 = − 1875kgf M ( 5 ) = −12500 + 5 ⋅ 3125 − 3125 = 0
∑ F
V
= 0 ⇒ −1000 ⋅ 5 + 3125 + Rj = 0 ⇒ Rj = 1875kgf
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
39
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios Articulación J condiciones en la frontera: Vj = −1875 + 1875 = 0 Mj = 0 Voladizo 0 ≤ x ≤ 2 W ( x) = 0 V ( x) = 0 M ( x ) = 0 (5) EI xxθ ( x ) = C 3 (6) EI xxδ ( x ) = C3 x + C 4 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (3) y (5): EI xxθ ( 5)
⇒−
500
⋅ 53 +
3125
tramo
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⋅ 52 − 3125 ⋅ 5 = C3 ⇒ C3 = 2604,16kgfm2
3 2 Nodo I: de (3): θ ( 0) = 0
( 0) = 0 de (3): θ ( 2,5) = − 3,100⋅ 10−4 rad de (4): δ ( 2,5) = − 1, 550 ⋅ 10−3 m de (3): θ ( 5) = 1, 240 ⋅ 10−3 rad de (4): δ ( 5) = 0 − de (5): θ ( 2) = 1, 240 ⋅ 10 3 rad − de (6): δ ( 2 ) = 2, 480 ⋅ 10 3 m
de (4): Nodo B:
Nodo J:
Nodo A:
Francisco D’Amico
δ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
40
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Mi
Ri
Rj
Tramo 0 ≤ x ≤ 5 W ( x ) = 200 x − 1000 (1) V ( x ) = 100 x 2 − 1000 x + Ri
(2) M ( x ) = 33,3x3 − 500 x2 + Rix − Mi
(3) EI xxθ ( x ) = 8, 3x 4 − 166, 6x3 +
Ri 2
x2 − Mix + C 1
x = 0 ⇒ θ ( x ) = 0 ⇒ C 1 = 0
(4) EI xxδ ( x ) = 1, 6x5 − 41, 6x4 +
Ri 6
x3 −
Mi 2
x2 + C 2
x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
de (4): x = 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ −20833, 3 + 20,83 Ri − 12, 5Mi = 0 (I)
de (2): x = 5 ⇒ M ( x ) = 0 ⇒ −8333,3 + 5Ri − Mi = 0 (II) formando sistema con ecuaciones I y II:
Ri Ri = 2000kgf 20833,3 20,83 −12,5 ⋅ = ⇒ 5 −1 Mi 8333,3 Mi = 1666,67mkgf condiciones en la frontera: V ( 5 ) = −2500 + 2000 = − 500kgf
M ( 5 ) = −8333, 3 + 5 ⋅ 2000 − 1666, 67 = 0
∑ F
V
= 0 ⇒ −2500 + 2000 + Rj = 0 ⇒ Rj = 500kgf
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
41
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios Articulación J condiciones en la frontera: Vj = −500 + 500 = 0 Mj = 0 Voladizo 0 ≤ x ≤ 2 W ( x) = 0 V ( x) = 0 M ( x ) = 0 (5) EI xxθ ( x ) = C 3 (6) EI xxδ ( x ) = C3 x + C 4 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (3) y (5): EI xxθ ( 5)
tramo
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⇒ C3 = 1041,6kg fm 2
( 0) = 0 de (4): δ ( 0 ) = 0 − Nodo B: de (3): θ ( 2,5) = − 9,301⋅ 10 5 rad − de (4): δ ( 2,5) = − 6, 975 ⋅ 10 4 m Nodo J: de (3): θ ( 5) = 4,960 ⋅ 10−4 rad de (4): δ ( 5 ) = 0 Nodo A: de (5): θ ( 2) = 4,960 ⋅ 10−4 rad de (6): δ ( 2 ) = 9, 921⋅ 10−4 m Nodo I: de (3):
Francisco D’Amico
θ
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
42
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
∑ Mi
izquierda
Rj
=∑ Mi derecha
1 1 − ⋅1 ⋅1000 ⋅ = 5 Rj ⇒ Rj = 33, 3kgf 3
2
∑
F V = 0 ⇒ −1000 ⋅
1
− 33,3 + Ri = 0 ⇒ Ri = 533,3kgf
2 Voladizo izquierdo 0 ≤ x ≤ 1
W ( x ) = −1000 x V ( x ) = −500 x2
M ( x ) = −166,6x3 condiciones en la frontera: V (1) = − 500kgf
M (1) = −166, 6mkgf Articulación I condiciones en la frontera:
Vi = −500 + 533,3 = 33,3kgf
Mi = −166,6mkgf Tramo 0 ≤ x ≤ 5 W ( x) = 0
V ( x ) = 33,3
M ( x ) = 33,3x − 166, 6
(1) EI xxθ ( x ) = 16, 6x 2 − 166, 6x + C 1
(2) EI xxδ ( x ) = 5, 5x3 − 83, 3x2 + C1 x + C 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
Francisco D’Amico
Rotaciones y Deformaciones en Vigas -
43
PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
= 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ 5,5 ⋅ 5 − 83,3 ⋅ 5 + 5C1 = 0 ⇒ C1 = 277, 7kgfm2 3
2
condiciones en la frontera:
V ( 5 ) = 33, 3kgf M ( 5 ) = 0 Articulación J condiciones en la frontera:
Vj = 33, 3 − 33, 3 = 0 Mj = 0 Voladizo derecho 0 ≤ x ≤ 1 W ( x) = 0 V ( x) = 0 M ( x ) = 0 (3) EI xxθ ( x ) = C 3 (4) EI xxδ ( x ) = C3 x + C 4 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (3): EI xxθ ( 5)
tramo
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⇒ C3 = −138,8kgfm2
( 0) = 1, 323⋅ 10− 4 rad de(2): δ ( 0 ) = 0 − Nodo B de(1): θ ( 2,5) = − 1, 653⋅ 10 5 rad − de(2): δ ( 2, 5) = 1, 241⋅ 10 4 m − Nodo J de(1): θ ( 5) = − 6,614 ⋅ 10 5 rad de(2): δ ( 5) = 0 Nodo A de(3): θ (1) = 6, 614 ⋅ 10− 5 rad de(4): δ (1) = − 6, 614 ⋅ 10− 5 m Nodo I de(1):
Francisco D’Amico
θ
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PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
Rj
Por simetría: Ri = Rj = 2500kgf Tramo 0 ≤ x ≤ 5 W ( x ) = −1000 V ( x ) = −1000 x + 2500 M ( x ) = −500 x 2 + 2500 x
(1) EI xxθ ( x ) = −166, 6x3 + 1250 x 2 + C 1
(2) EI xxδ ( x ) = −41, 6x 4 + 416, 6x3 + C1 x + C 2 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0
x = 5 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C1 = −5208, 3kgfm2
( 0 ) = −2, 480 ⋅10−3 rad de (2): δ ( 0 ) = 0 Nodo B de (1): θ ( 2,5) = 0 de (2): δ ( 2, 5) = − 3,875 ⋅ 10−3 m Nodo J de (1): θ ( 5) = 2, 480 ⋅ 10−3 rad de (2): δ ( 5) = 0 Nodo I de (1):
θ
condiciones en la f rontera: V ( 5 ) = − 2500kgf M ( 5 ) = 0
Francisco D’Amico
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PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios Articulación J condiciones en la frontera: Vj = −2500 + 2500 = 0 Mj = 0 Voladizo derecho 0 ≤ x ≤ 1 W ( x) = 0 V ( x) = 0 M ( x ) = 0 (3) EI xxθ ( x ) = C 3 (4) EI xxδ ( x ) = C3 x + C 4 x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 4 = 0 con (1) y (3): EI xxθ ( 5)
tramo
= EI xxθ ( 0 )
voladizo derecho
⇒ C 4 = 5208,3kgfm2 Nodo A de (3): de (4):
Francisco D’Amico
(1) = 2, 480 ⋅ 10−3 rad −3 δ (1) = 2, 480 ⋅ 10 m
θ
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PROGRAMACIÓN APLICADA AL ANÁLISIS ESTRUCTURAL Guía de Ejercicios
Ri
Rj
Por simetría: Ri = Rj = 1250kgf Tramo-segmento (I-B) 0 ≤ x ≤ 2, 5 W ( x ) = 400 x − 1000 (1) V ( x ) = 200 x2 − 1000 x + 1250
(2) M ( x ) = 66, 6x3 − 500 x2 + 1250 x
(3) EI xxθ ( x ) = 16, 6x 4 − 166, 6x3 + 625x2 + C 1 (4) EI xxδ ( x ) = 3,3x5 − 41, 6x 4 + 208,3x3 + C 1 x + C 2
x = 0 ⇒ δ ( x ) = 0 ⇒ C 2 = 0 de (1): V ( 2, 5) = 0
de (2): M ( 2,5) = 1041,6mkgf Tramo-segmento (B-J) 0 ≤ x ≤ 2, 5 W ( x ) = −400 x (5) V ( x ) = −200 x 2
(6) M ( x ) = −66, 6x3 + 1041, 6
(7) EI xxθ ( x ) = −16, 6x 4 + 1041, 6x + C 3
(8) EI xxδ ( x ) = −3, 3x5 + 520,83x 2 + C3 x + C 4 con (3) y (7): EI xxθ ( 2,5)
( I − B )
= EI xxθ ( 0)
( B − J )
⇒ 16, 6 ⋅ 2, 54 − 166, 6 ⋅ 2, 53 + 625⋅ 2,52 + C1 = C 3 (I) con (4) y (8): EI xxδ ( 2, 5)
( I − B )
= EI xxδ ( 0)
( B − J )
⇒ 3,3 ⋅ 2,55 − 41, 6 ⋅ 2,54 + 208, 3⋅ 2,53 + 2,5C1 = C 4 (II)
Francisco D’Amico
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