A karpántokról, a karpántos szerkezetekről I. rész. Bevezetés

Hasonló dokumentumok
Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Egymásra támaszkodó rudak

A magától becsukódó ajtó működéséről

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

A síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteiről

A ferde tartó megoszló terheléseiről

Néhány feladat a ferde helyzetű kéttámaszú tartók témaköréből

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Egy háromlábú állvány feladata. 1. ábra forrása:

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Kiegészítés a három erő egyensúlyához

Tető - feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladatot és végeredményeit ld. 1. ábra.

A csavarvonal axonometrikus képéről

DEME FERENC okl. építőmérnök, mérnöktanár

ÍRÁSBELI FELADAT MEGOLDÁSA

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnöktanár)

Egy érdekes nyeregtetőről

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT Kidolgozta: Triesz Péter egy. ts. Négy erő egyensúlya, Culmann-szerkesztés, Ritter-számítás

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Navier-formula. Frissítve: Egyenes hajlítás

BME Gépészmérnöki Kar 3. vizsga (112A) Név: 1 Műszaki Mechanikai Tanszék január 11. Neptun: 2 Szilárdságtan Aláírás: 3

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

DEME FERENC okl. építőmérnök, mérnöktanár TARTÓK

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Egy rugalmas megtámasztású tartóról

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

- Elemezze a mellékelt szerkezetet, készítse el a háromcsuklós fa fedélszék igénybevételi ábráit, ismertesse a rácsostartó rúdelemeinek szilárdsági

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

A= a keresztmetszeti felület cm 2 ɣ = biztonsági tényező

X = 0 B x = 0. M B = A y 6 = 0. B x = 0 A y = 1000 B y = 400

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa kis elmozdulásainak számításáról

T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

Függőleges koncentrált erőkkel csuklóin terhelt csuklós rúdlánc számításához

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

Forgatónyomaték mérése I.

- Elemezze a mellékelt szerkezetet, készítse el a háromcsuklós fa fedélszék igénybevételi ábráit, ismertesse a rácsostartó rúdelemeinek szilárdsági

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

A K É T V É G É N A L Á T Á M A S Z T O T T T A R T Ó S T A T I K A I V IZS-

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Az egyszeres feszítőmű erőjátékáról

Lépcső beemelése. Az interneten találkoztunk az [ 1 ] művel, benne az 1. ábrával.

Egy geometriai szélsőérték - feladat

Fa rudak forgatása II.

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Egy furcsa tartóról. A probléma felvetése. Adott az 1. ábra szerinti kéttámaszú tartó. 1. ábra

Két statikai feladat

TERVEZÉS KATALÓGUSOKKAL KISFELADAT

Csuklós szerkezetek reakciói és igénybevételi ábrái. Frissítve: példa: A 12. gyakorlat 1. feladata.

A tűzfalakkal lezárt nyeregtető feladatához

A lengőfűrészelésről

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

Keresztezett pálcák II.

A befogott tartóvég erőtani vizsgálatához II. rész

Gyakorlat 04 Keresztmetszetek III.

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

SZERKEZETI MŰSZAKI LEÍRÁS + STATIKAI SZÁMÍTÁS

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Példa: Normálfeszültség eloszlása síkgörbe rúd esetén

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Szakma Kiváló Tanulója Verseny. Elődöntő ÍRÁSBELI MEGOLDÁS

Az éjszakai rovarok repüléséről

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

A főtengelyproblémához

Karimás csőillesztés

1. ábra forrása: [ 1 ]

A hordófelület síkmetszeteiről

Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

A mozgásmódszerről II.

Rugalmas megtámasztású merev test támaszreakcióinak meghatározása I. rész

A visszacsapó kilincs működéséről

Egy nyíllövéses feladat

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről

Mozgatható térlefedő szerkezetek

TARTÓ(SZERKEZETE)K. 05. Méretezéselméleti kérdések TERVEZÉSE II. Dr. Szép János Egyetemi docens

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

A hajlított fagerenda törőnyomatékának számításáról II. rész

DEBRECENI EGYETEM MŰSZAKI KAR GÉPÉSZMÉRNÖKI TANSZÉK MŰSZAKI MECHANIKA II. HÁZIFELADAT

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

HELYI TANTERV. Mechanika

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

ÉPÍTÉSZETI ÉS ÉPÍTÉSI ALAPISMERETEK

Rácsos szerkezetek. Frissítve: Egy kis elmélet: vakrudak

ÉPÍTÉSZETI ÉS ÉPÍTÉSI ALAPISMERETEK

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK TÉMAKÖRÖK

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan)

Rönk kiemelése a vízből

Átírás:

A karpántokról, a karpántos szerkezetekről I. rész Bevezetés Ezek a régi faépítészetből ismert szerkezeti elemek ma is sok helyen feltűnnek. Egy díszes megvalósítása az 1. ábrán látható. Forrása: http://www.motivumfa.hu/termekeink-karpantok.html. 1. ábra A karpánt feladata nem csak a díszítés: fontos erőtani feladatai vannak. Ezekkel foglal - kozunk alább. Ahogyan az 1. ábrán is látható, a karpánt egy oszlop - gerenda kapcsolatot megvalósító szerkezeti elem. Valójában egy dúc, amely leginkább nyomásra van igénybe véve. Gyakran előfordul szelemenes tetőknél is. http://www.sze.hu/~nemethgy/tetoszerkezetek.pdf - ben ezt írják róla: Könyökfa vagy karpánt : a szelemen szabad fesztávolságát csökkentő, az oszlopokra támaszkodó, ferde, nyomott szerkezeti elem. http://sdt.sulinet.hu/player/default.aspx?g=6d1e8396-98c9-4f80-b88c- 12595d54b348&cid=5553bbd4-dc8a-41a8-80c3-3cf319d6d537 - ben ezt írják róla: A szelemenes fedélszékeknél a szelemenek és székoszlopok közé átlósan beépített hosszirányban merevítő szerkezetek a könyökfák. http://eki.sze.hu/ejegyzet/ejegyzet/epszerk/master/magastet.htm - ben ezt írják róla: A székoszlopsor vonalában a székoszlopok és a székszelemenek síkjának merevítését a 45º-os hajlású könyökfák ( más néven karpántok) biztosítják. A 2. ábrán egy garázsnak használt előtető szerkezete szemlélhető.

2 2. ábra forrása: http://weka.hu/katalogus/megtamasztott/megtamasztott_terasz_eloteto_garazs_671_2 Látjuk, hogy a szarufa - elemek függőleges erőkkel terhelik a szelement, ez pedig közvetlenül, vagy a karpántok közvetítésével adja át a terheket az oszlopoknak, utóbbiak pedig az alapnak. 3. ábra

3 A 3. ábrán forrása: http://baubid.hu/baubid/portal/iodisp?nev=a_teto_a_haz_koronaja egy kétállószékes szelemenes fedélszék axonometrikus ábrája látható; itt a ( 12 ) karpán - tok a ( 8 ) székoszloppal és a ( 4 ) középszelemennel együtt a szerkezet hosszirányú merevítésének is lényeges résztvevői. A 4. ábrán forrása: http://www.kee.hu/kerttechnika/targyak/szerkezettan2/pergola_ea.pdf egy szokásos ácsszerkezeti megoldás rajza látható. 4. ábra 5. ábra forrása: http://www.horber.hu/horber_szoszedet/szotar/szavak_angol/c/counterbrace.htm Az 5. ábrán is szereplő karpántot még hónaljkötés névvel is illetik régies név.

A 6. ábrához tartozó szövegben forrása: http://mek.niif.hu/00000/00060/html/048/pc004882.html ezt írják: - Hónaljfa 4 v. fej-kötő, az ácsmunkában szelemeneknek és mestergerendáknak álló oszlopokkal való összekötésénél fordul elő, ha a szelemeneknek és mestergerendáknak az oszlopok közötti szabadon függő hosszát megrövidíteni akarjuk. A H. vagy - mivel ha csak lehetséges, kettőt alkalmazunk - a H.-k rendszerint 45 0 szög alatt támaszkodnak az oszlopba és azzal vagy csappal vagy rálapolással lesznek összekötve. 6. ábra A 6. ábrán a bal oldali megoldás csapos ( beeresztéses ), a jobb oldali lapolásos kivitelű. Erőtani modellek és számításuk A karpántok alap - elemei a hagyományos oszlop ~ gerenda kapcsolatnak. Kialakításából következik, hogy az oszlop ~ gerenda ~ karpántok egység mint tartó - szerkezet nagyon gyakran statikailag határozatlan. Például a 2. ábrán is jól látszik, hogy a szelemen - gerendát az oszlopok és a karpántok is megtámasztják, tehát a szele - menek rendszerint kettőnél több támasszal bíró folytatólagos gerendák, ahol a támaszok ráadásul még süllyedők is. Ez azt is jelenti, hogy pontosabb számításuk eléggé nehézkes és a hagyományos faszerkezetek esetében többször elmondott okokból kifolyólag bizony kevéssé megbízható eredményekre vezető lesz. Meg azt is jelenti, hogy gyakran egyszerűsítő feltevésekkel élnek a számítás megkönnyítése érdekében. A nem igazán könnyű téma kifejtését feladatokon keresztül végezzük el. 1. Feladat [ 1 ] A fejkötőkkel ellátott fakeret alul csuklós megfogású 7. ábra. A függőleges oszlopok 24 / 24 cm - es keresztmetszetűek. A szerkezetre a H = 6000 N nagyságú szélerő hat, 6 m magasságban. Határozzuk meg ~ a reakcióerőket; ~ az a a és b b metszetekben fellépő normálerőt, nyíróerőt és hajlítónyomatékot; ~ ugyanott a maximális normálfeszültségek és a csúsztató feszültségek nagyságát!

Útmutatás: feltételezzük, hogy a csuklók egyaránt H / 2 - vel járulnak hozzá a szélerő felvételéhez. 5 Megjegyzés: A 7. ábra egy régi erő - egységgel készült. A kg ma csak a tömeg mértékegysége, a neki megfelelő erő - mértékegység a N. A megfeleltetés a régi és az új egységek között: 1 kg 10 N. Megoldás: 7. ábra Az A csuklóban ébredő reakció függőleges összetevőjének nagysága a nyomatéki egyensúlyi egyenlettel adódik: H6 (m) N 9 (m) 0, A 6 6 NA H 6000 N 4000 N. ( 1 ) 9 9 Függőleges vetületi egyenlettel: N N 0, A B N N. ( 2 ) B A Most tehát ( 1 ) és ( 2 ) - vel is, az igénybevételek helyes előjelével: NA 4000 N, NB 4000 N. ( 3 )

6 Az igénybevételek az a a szelvényben: Naa NA 4000 N; H 6000 N Va a 3000 N; 2 2 H Ma a xa a 3000 N400 cm 1200000 Ncm. 2 Az igénybevételek a b b szelvényben: Nb b NA 4000 N; H 6000 N Vb b 3000 N; 2 2 H Mbb x bb 3000 N400 cm 1200000 Ncm. 2 ( 4 ) ( 5 ) Az oszlop keresztmetszeti területe: 2 2 2 A 24 cm 576 cm ; ( 6 ) keresztmetszeti tényezője: 3 3 24 cm 3 K 2304 cm. ( 7 ) 6 Most a szélső normálfeszültségek az a a szelvényben, ( 4 ), ( 6 ) és ( 7 ) - tel: 1,2 N M 4000 N 1200000 Ncm 2 3 6,944 520,833 N, 2 A K 576 cm 2304 cm cm tehát: N 1 527, 777, 2 cm N 2 513,889. 2 cm ( 8 ) Majd hasonlóan a szélső normálfeszültségek a b b szelvényben: ' 1,2 N M 4000 N 1200000 Ncm 6,944 520,833 N, 2 3 2 A K 576 cm 2304 cm cm

7 tehát: ' 513,889 N, 1 2 cm N ' 527, 777. 2 2 cm ( 9 ) Végül a maximális csúsztatófeszültség nagysága az oszlopokban: 3 V 3000 N N max 1, 5 7,8125. 2 2 ( 10 ) 2 A 576 cm cm A kapott eredményekkel a szerkezet méretezése elvégezhető / folytatható. Megjegyzés: Ebben a statikailag határozatlan feladatban a korábban említett egyszerűsítő feltevés az útmutatás szerinti; vagyis hogy a támaszerők vízszintes összetevői egyenlők. Ezzel a feladat határozottá válik. Bizonyos esetekben ez a pontos érték, más esetekben azonban nem v.ö.: [ 2 ]! 2. Feladat Adott a 8. ábra szerinti kialakítású és terhelésű szerkezet. Elemezzük az erőjátékát! 8. ábra

8 A 8. ábrán a szerkezet realisztikus vázlata mellett feltüntettük a statikai számításhoz használt vázlatrajzát is. Elnevezések, ahogyan hivatkozunk rájuk: ~ AB oszlop, ~ BC gerenda, ~ DE karpánt. A karpánt végeinél elhelyezett kis körök nem véletlenül külpontosak: így jelezzük, hogy sem az oszlop, sem a gerenda folytonosságát nem szakítja meg egy belső csukló. A szögek jelölésében is különbség van, mert az α szög irányszög, a β szög pedig közbe - zárt szög. Más szavakkal: az α szög változó, a β szög állandó adat. Ha a feladatot így, azaz paraméteresen oldjuk meg, akkor a tetszőleges α szögértékhez tartozó igénybevételi állapot birtokába jutunk. Természetesen a β szög is felvehet különböző értékeket, ám nem a teljes 0º ~ 360º szögtartományban. A feladat kiírása: adott: h, l, a, b, β; α, F ; keresett: I oszlop ( α ), I gerenda ( α ), I karpánt ( α ), ahol az I ( α ) jelölés az igénybevételekre utal, az α szög függvényében. Megoldás A vizsgálandó szerkezet belsőleg és külsőleg is statikailag határozott, vagyis minden keresett igénybevételi mennyiség a statikai egyensúlyi egyenletekkel meghatározható. A megoldás során kombináljuk a szerkesztést és a számítást, azaz grafoanalitikus meg - oldási módot alkalmazunk. Ez megtartja a szerkesztés szemléletességét és a számítás pontosságát, valamint egyfajta belső ellenőrzést is lehetővé tesz. Először írjuk fel az egész szerkezet, mint befogott tartó egyensúlyi egyenleteit 9. ábra! 9. ábra

(i) X F 0 : F A 0, i,x X X X 9 A F. ( 11 ) (i) Y F 0 : F A 0, i,y Y Y A F. ( 12 ) (i) Y M 0 : F lf h M 0, A i Y X A M F lf h. ( 13 ) A Y X Majd a 8. és a 9. ábra alapján: FX Fcos, ( 14 ) FY Fsin. Most ( 11 ), ( 12 ), ( 13 ), ( 14 ) - gyel: AX F cos, AY Fsin, ( 15 ) M F lsin hcos. A Most vizsgáljuk meg az M A befogási nyomaték lehetséges eseteit / értékeit 10. ábra! Abban az esetben, ha fennáll az lsin0 hcos0 0, ( 16 ) illetve az ebből adódó h tg 0 ( 16 / 1 ) l összefüggés, akkor ( 15 ) és ( 16 ) szerint: MA 0. ( 17 ) A 10. ábrán megfigyelhető a befogási nyomaték alakulása, aszerint, hogy az α szög hogyan viszonyul a ( 16 / 1 ) - ből adódó h 0 arctg l ( 18 ) szöghöz.

10 10. ábra A szerkezeti elemek igénybevételi függvényeinek felírásához bontsuk részeire a szerke - zetet! A munkát a gerendával kezdjük 11. ábra. 11. ábra Itt a 3 erő egyensúlyának biztosítása a feladat. Az ismert statikai tétel szerint ekkor: ~ a három erő hatásvonala egy pontban ( M ) metsződik; ~ a vektorokra rajzolható erőháromszög folytonos nyílértelemmel záródik. A 3 erő: ~ F: az aktív külső erő; ~ S: a karpánt által a gerendára kifejtett belső reakcióerő; ~ T: az oszlop által a gerendára kifejtett belső reakcióerő.

Mint a 11. ábrán is látjuk, szerkesztéssel meghatározható 3 darab ismeretlen: S, T, γ. A számításhoz az egyensúlyi egyenletek az alábbiak. F 0 T F S 0, (í) i,x X X X X X X 11 S T F. ( 19 ) (í) F 0 T F S 0, i,y Y Y Y S T F. ( 20 ) Y Y Y Most felhasználva, hogy SX Scos, SY Ssin, ( 21 ) és TX Tcos, ( 22 ) TY Tsin, ( 14 ), ( 19 ), ( 20 ), ( 21 ) - gyel kapjuk a vetületi egyenletek más alakját: Tcos Fcos Scos, ( 23 ) Tsin Fsin Ssin. ( 24 ) Majd a 8. ábra jelöléseivel is a nyomatéki egyensúlyi egyenlet: B M 0 F ls b 0, (i) i Y Y l SY F Y. ( 25 ) b Most ( 14 ), ( 21 ), ( 25 ) - tel: l SY Ssin Fsin, ( 26 ) b sin l S F. sin b ( 27 ) Majd ( 21 ) és ( 27 ) - tel:

12 sin l sin l SX Scos F cos F. sin b tg b ( 28 ) Ezután ( 24 ) és ( 26 ) - tal: l l Tsin Ssin Fsin Fsin Fsin Fsin 1, b b tehát: l TY Tsin Fsin 1. b ( 29) Most ( 23 ) és ( 28 ) - cal: sin l tg l Tcos Scos Fcos F Fcos Fcos 1, tg b tg b tehát: tg l TX Tcos Fcos 1. tg b ( 30 ) A γ szög meghatározásához képezzük ( 29 ) és ( 30 ) hányadosát! l Fsin 1 Tsin b, Tcos tg l Fcos 1 tg b l 1 tg tg b. tg l 1 tg b ( 31 ) A T erőnagyság meghatározása pl. ( 29 ) - ből: sin l T F 1, sin b ( 32 ) ahol sinγ ( 31 ) - ből és az ismert

13 sin tg 2 1 tg ( 33 ) trigonometriai összefüggésből számítható. Most már nekiláthatunk a gerenda igénybevételi függvényei / jelleg - ábrái előállítá - sához. Ehhez tekintsük a 12. ábrát is! 12. ábra Az I ( α ) kapcsolatokat nem analitikusan, hanem grafikusan adtuk meg, azáltal. hogy a jellemző igénybevételi metszékeket, illetve a hozzájuk szükséges ( A X, A Y, M A ), S, ( S X, S Y ), ( T X, T Y ), ( F X, F Y ) adatokat az előzőekben számítással az α szög függ - vényében már meghatároztuk. Ezzel a 2. feladatot is megoldottuk.

14 Önállóan megoldandó feladatok F1. Tükrözze a 8. ábra szerkezetét és terhelését az AB egyenesre, mint tengelyre, majd határozza meg az így kapott szerkezet reakcióit és igénybevételi jelleg - ábráit! F2. Gyűjtse össze a 3. ábra szerinti fedélszerkezet hosszirányú merevítést végző elemeit! F3. Az 1. feladat arra is példa, hogy hogyan / miért használható az oszlop ~ gerenda ~ karpánt - kialakítású szerkezet hosszirányú merevítésként. Fejtse ki ezt bővebben! F4. A 2. ábrán látható, hogy a szélső karpántok hiányoznak. Gondolja végig, hogy mikor járunk jobban: ~ ha az így kialakuló negatív támasznyomaték hatását kihasználva csökkentjük a gerenda pozitív hajlítónyomatékait, vagy ~ ha ide is karpántot téve alátámasztjuk a gerenda végeit! F5. A 2. ábrán látható szerkezetet egy feszítőmű - sornak is tekinthetjük. Magyarázza meg ezt az állítást! F6. Az 1. és az 5. ábrán látható karpánt - elemeket középen elvékonyították. Elemezze ennek hatását, lehetséges következményeit! F7. Az 1. ábra szerinti kialakítású karpánt a gerendát egyoldalasan, aszimmetrikusan támasztja meg. Elemezze ennek hatását, lehetséges következményeit! F8. Egy karpánt - sornál az első és az utolsó karpánt - elemet gyakran olyan dúcként alakítják ki, amely az első, illetve az utolsó oszlop tövéhez csatlakozik be. Magyarázza meg, hogy miért! Irodalom: [ 1 ] Kövesi Antal: Szilárdságtan és gyakorlati példák gyűjteménye Nehézipari Könyv - és Folyóiratkiadó Vállalat, Budapest, 1951. [ 2 ] Rudolf Saliger: Praktische Statik 6. Auflage, Franz Deuticke, Wien, 1949. Sződliget, 2011. május 23. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár