Tomasz Meller 08 październik 2022

Znakowanie sił wewnętrznych w belkach, ramach oraz kratownicach

W tym artykule omówię zasadę znakowania sił wewnętrznych (przekrojowych) w belkach, ramach oraz kratownicach. Oparta jest ona przyjętej konwencji znakowania sił wewnętrznych elementów prętowych.

Konwencja znakowania sił wewnętrznych

Dokonanie obliczeń i kolejno sporządzenie wykresów na podstawie przyjętej reguły jest jednym z najtrudniejszych elementów w drodze do opanowania umiejętności prowadzenia obliczeń statycznych ustrojów prętowych. Wyniki uzyskane przy prowadzeniu obliczeń ręcznych oraz w programach komputerowych służących do prowadzenia analizy statycznej mogą różnić się znakami (+/-) przy otrzymanych wartościach sił przekrojowych momentów zginających. Należy pamiętać jednak o tym, że trzeba posiadać odpowiednią wiedzę, umiejętności oraz doświadczenie, aby móc dokonać poprawnej weryfikacji uzyskanych wyników obliczeń statycznych belek, ram, czy kratownic. Przejdźmy do omówienia konwencji znakowania sił wewnętrznych. Można ją interpretować na dwa sposoby.

I sposób

W tym sposobie dokonując interpretacji konwencji znakowania sił wewnętrznych, należy zwrócić szczególną uwagę na to, od której strony liczymy belkę. Licząc belkę od lewej strony:

• siła normalna jest dodatnia jeżeli siła działająca wzdłuż osi pręta jest skierowana w lewo, natomiast ujemna jeżeli jest skierowana w prawo,
• siła tnąca jest dodatnia jeżeli siła działająca prostopadle do osi pręta jest skierowana w górę, natomiast ujemna jeżeli jest skierowana w dół,
• moment zginający jest dodatni jeżeli moment siły kręci w prawo (zgodnie z wskazówkami zegara), natomiast ujemny jeżeli kręci w lewo (niezgodnie z wskazówkami zegara),

Jednakże, licząc belkę od prawej strony znakowanie sił wewnętrznych jest przyjęte odwrotnie do przedstawionego powyżej:

• siła normalna jest dodatnia jeżeli siła działająca wzdłuż osi pręta jest skierowana w prawo, natomiast ujemna jeżeli jest skierowana w lewo,
• siła tnąca jest dodatnia jeżeli siła działająca prostopadle do osi pręta jest skierowana w dół, natomiast ujemna jeżeli jest skierowana w górę,
• moment zginający jest dodatni jeżeli moment siły kręci w lewo (niezgodnie z wskazówkami zegara), natomiast ujemny jeżeli kręci w prawo (zgodnie z wskazówkami zegara),

II sposób

W drugim sposobie interpretacji konwencji znakowania sił wewnętrznych nie trzeba zwracać szczególnej uwagi na to, od której strony liczymy belkę. Reasumując:

• siła normalna jest dodatnia jeżeli siła działająca wzdłuż osi pręta powoduje jego rozciąganie, natomiast ujemna jeżeli powoduje ściskanie,
• siła tnąca jest dodatnia jeżeli siła działająca prostopadle do osi pręta obraca go w prawo, natomiast ujemna jeżeli obraca go w lewo,
• moment zginający jest dodatni jeżeli moment siły rozciąga spodnie włókna pręta, natomiast ujemny jeżeli rozciąga górne włókna pręta,

Podsumowanie

Przy korzystaniu, z któregokolwiek sposobu interpretacji znakowania sił przekrojowych znaki (+/-) przy wartościach sił wewnętrznych muszą być takie same.