Библиотека KaTeX не загрузилась (нет доступа в интернет). Формулы показаны в исходной записи TeX — содержание отчёта от этого не меняется.

Балка на упруго оседающих опорах

Равнопролётная балка на упруго оседающих опорах — п. 5.5.5, формулы (5.154)–(5.156), рис. 5.51
Дата формирования: 01.09.2026 12:57

1. Исходные данные

ПараметрОбозн.ЗначениеЕд.
Число пролётов\(n\)5
Пролёт\(l\)5.000м
Изгибная жёсткость\(EI\)\(20000\)кН·м²
Отпорность промежуточных опор\(\varkappa\)\(4000\)кН/м
Левый конецупругая опора, κ₀ = \(6000\) кН/м
Правый конецупругая опора, κ_n = \(6000\) кН/м
\(a\), м\(b\), м\(q_1\), кН/м\(q_2\), кН/м
0.00025.00018.00018.000
\(x\), м\(P\), кН
12.50060.000
18 кН/м60 кН38.505292.3177124.177124.17792.317738.505255555L = 25 м
Расчётная схема; все опоры упругие, реакция V = κv

2. Отпорность опоры и отвлечённое число c

(5.154)\[V_n=-P_n=\varkappa\,v_n\]

Реакция пропорциональна прогибу опорного сечения и потому заранее неизвестна: эпюра Q получает над каждой опорой скачок, равный реакции. Неизвестными остаются только четыре начальных параметра.

\[c=\frac{\varkappa l^{3}}{6EI}=\frac{4000\cdot5^{3}}{6\cdot20000}=4.166667\]

3. Функции влияния

Функции влияния (5.155) здесь вычисляются, а не берутся из таблицы. По существу это элементы степеней матрицы перехода: через пролёт состояние переносится обычными уравнениями метода начальных параметров, а над упругой опорой поперечная сила получает скачок κv. В безразмерных переменных y = (v, φl, Ml²/EI, Ql³/EI):

\[S=\begin{pmatrix}1&1&-1/2&-1/6\\0&1&-1&-1/2\\0&0&1&1\\0&0&0&1\end{pmatrix};\qquad K=\begin{pmatrix}1&0&0&0\\0&1&0&0\\0&0&1&0\\6c&0&0&1\end{pmatrix};\qquad T_n=S\,(K\,S)^{n-1}\]

Поэтому расчёт не ограничен шестью пролётами, для которых функции выписаны в справочнике.

Семейство A, B, C, D

\(n\)\(A_n\)\(B_n\)\(C_n\)\(D_n\)
1\(1\)\(1\)\(1\)\(1\)
2\(1-c\)\(2-c\)\(4-c\)\(8-c\)
3\(1-9c+c^{2}\)\(3-10c+c^{2}\)\(9-12c+c^{2}\)\(27-16c+c^{2}\)
4\(1-36c+17c^{2}-c^{3}\)\(4-46c+18c^{2}-c^{3}\)\(16-68c+20c^{2}-c^{3}\)\(64-118c+24c^{2}-c^{3}\)
5\(1-100c+135c^{2}-25c^{3}+c^{4}\)\(5-146c+153c^{2}-26c^{3}+c^{4}\)\(25-260c+191c^{2}-28c^{3}+c^{4}\)\(125-560c+273c^{2}-32c^{3}+c^{4}\)

Семейство A′, B′, C′, D′

\(n\)\(A'_n\)\(B'_n\)\(C'_n\)\(D'_n\)
1\(1\)\(1\)\(1\)\(0\)
2\(1-3c\)\(2-1.5c\)\(4-c\)\(1\)
3\(1-18c+3c^{2}\)\(3-12c+1.5c^{2}\)\(9-12c+c^{2}\)\(5-c\)
4\(1-60c+42c^{2}-3c^{3}\)\(4-51c+24c^{2}-1.5c^{3}\)\(16-68c+20c^{2}-c^{3}\)\(14-13c+c^{2}\)
5\(1-150c+285c^{2}-66c^{3}+3c^{4}\)\(5-156c+187.5c^{2}-36c^{3}+1.5c^{4}\)\(25-260c+191c^{2}-28c^{3}+c^{4}\)\(30-81c+21c^{2}-c^{3}\)

Семейство A″, B″, C″, D″

\(n\)\(A''_n\)\(B''_n\)\(C''_n\)\(D''_n\)
1\(1\)\(1\)\(0\)\(0\)
2\(1-3c\)\(2-c\)\(1\)\(1\)
3\(1-18c+3c^{2}\)\(3-10c+c^{2}\)\(3-c\)\(4-c\)
4\(1-60c+42c^{2}-3c^{3}\)\(4-46c+18c^{2}-c^{3}\)\(6-11c+c^{2}\)\(10-12c+c^{2}\)
5\(1-150c+285c^{2}-66c^{3}+3c^{4}\)\(5-146c+153c^{2}-26c^{3}+c^{4}\)\(10-57c+19c^{2}-c^{3}\)\(20-69c+20c^{2}-c^{3}\)

Семейство A‴, B‴, C‴, D‴

\(n\)\(A'''_n\)\(B'''_n\)\(C'''_n\)\(D'''_n\)
1\(1\)\(0\)\(0\)\(0\)
2\(1-c\)\(1\)\(1\)\(1\)
3\(1-9c+c^{2}\)\(2-c\)\(3-c\)\(5-c\)
4\(1-36c+17c^{2}-c^{3}\)\(3-10c+c^{2}\)\(6-11c+c^{2}\)\(14-13c+c^{2}\)
5\(1-100c+135c^{2}-25c^{3}+c^{4}\)\(4-46c+18c^{2}-c^{3}\)\(10-57c+19c^{2}-c^{3}\)\(30-81c+21c^{2}-c^{3}\)

Тождества справочника, которые обязаны выполняться: A″ = A′ — да; B″ = B — да; C′ = C — да; A‴ = A — да; C‴ = C″ — да; D‴ = D′ — да; B‴_n = B_(n−1) — да.

4. Краевые условия и начальные параметры

Четыре уравнения — по два на каждый конец. Неизвестные \(Q_0,\;M_0,\;\varphi_0,\;v_0\).

\(Q_0\)\(M_0\)\(\varphi_0\)\(v_0\)= правая часть
1\(0\)\(1\)\(0\)\(0\)\(0\)
2\(1\)\(0\)\(0\)\(-6000\)\(0\)
3\(2367.689\)\(453.8356\)\(738425.9259\)\(600462.963\)\(99944.8785\)
4\(-2815.4786\)\(-1962.8038\)\(1.4807\cdot 10^{7}\)\(2.7362\cdot 10^{6}\)\(7861.888\)
Начальный параметрЗначениеЕд.
\(Q_0\)\(38.505243\)кН
\(M_0\)\(-1.4211\cdot 10^{-14}\)кН·м
\(\varphi_0\)\(0.006667\)рад
\(v_0\)\(0.006418\)м

5. Опорные ординаты и реакции

(5.155)\[\begin{aligned}v_n&=v_0A_n+\varphi_0B_n-M_0C_n-Q_0D_n+\{v_n\};\\\varphi_n&=\varphi_0A'_n-M_0B'_n-Q_0C'_n-v_0D'_n+\{\varphi_n\};\\ M_n&=M_0A''_n+Q_0B''_n+v_0C''_n+\varphi_0D''_n+\{M_n\};\\ Q_n^{л}&=Q_0A'''_n+v_0B'''_n+\varphi_0C'''_n-M_0D'''_n+\{Q_n^{л}\};\quad Q_n^{пр}=Q_n^{л}+\varkappa v_n\end{aligned}\]
Опора\(x\), м\(v\), м\(\varphi\), рад\(M\), кН·м\(Q^{л}\), кН\(Q^{пр}\), кН\(V=\varkappa v\), кН
00.000\(0.006418\)\(0.006667\)0.000038.505238.505238.5052
15.000\(0.023079\)\(0.001351\)-32.4738-51.494840.823092.3177
210.000\(0.031044\)\(0.002705\)-53.3590-49.177075.0000124.1770
315.000\(0.031044\)\(-0.002705\)-53.3590-75.000049.1770124.1770
420.000\(0.023079\)\(-0.001351\)-32.4738-40.823051.494892.3177
525.000\(0.006418\)\(-0.006667\)0.0000-38.50520.000038.5052

Грузовые члены {·}n — свободная часть переноса до опоры n; их же даёт развёртывание (5.156) через функции влияния.

\(n\)\(\{v_n\}\)\(\{\varphi_n\}\)\(\{M_n\}\)\(\{Q_n\}\)(5.156): \(\{v_n\}\)\(\{\varphi_n\}\)\(\{M_n\}\)\(\{Q_n\}\)
1\(0.02344\)\(0.01875\)\(-225\)\(-90\)\(0.02344\)\(0.01875\)\(-225\)\(-90\)
2\(0.27734\)\(0.09141\)\(-431.25\)\(-86.25\)\(0.27734\)\(0.09141\)\(-431.25\)\(-86.25\)
3\(-0.0306\)\(-0.41211\)\(4309.375\)\(873.125\)\(-0.0306\)\(-0.41211\)\(4309.375\)\(873.125\)
4\(-5.54308\)\(-1.93991\)\(7838.02083\)\(660.72917\)\(-5.54308\)\(-1.93991\)\(7838.02083\)\(660.72917\)
5\(2.28995\)\(9.56407\)\(-99944.87847\)\(-21601.57986\)\(2.28995\)\(9.56407\)\(-99944.87847\)\(-21601.57986\)

6. Проверки

ПроверкаТребуетсяОтносительная невязка
Равновесие ΣY: ΣV = ΣP510.0000 = 510.0000\(3.0094\cdot 10^{-15}\)
Условие упругой опоры V = κvвыполняется\(7.5359\cdot 10^{-14}\)
Опорные ординаты по (5.155) против прямого переносасовпадают\(1.0658\cdot 10^{-12}\)
Эпюры от начальных параметров против переносасовпадают\(4.6628\cdot 10^{-13}\)
Замыкание эпюры Q за последней опоройQ = 0\(0\)
Замыкание эпюры M за последней опоройM = 0\(0\)
Независимое решение (жёсткие опоры с подобранными осадками)совпадает\(5.3845\cdot 10^{-9}\)
ОпораОсадка по (5.155), мОсадка независимым способом, мРазность
0\(0.006418\)\(0.006418\)\(-1.6667\cdot 10^{-10}\)
1\(0.023079\)\(0.023079\)\(-1.5543\cdot 10^{-15}\)
2\(0.031044\)\(0.031044\)\(8.4932\cdot 10^{-15}\)
3\(0.031044\)\(0.031044\)\(2.133\cdot 10^{-14}\)
4\(0.023079\)\(0.023079\)\(-1.5099\cdot 10^{-13}\)
5\(0.006418\)\(0.006418\)\(-1.6716\cdot 10^{-10}\)
Независимое решение получено так: балка ставится на жёсткие опоры с заданными осадками, реакции таких опор линейно зависят от осадок, R = Rнагр + K·δ, а упругая опора требует Ri = κiδi; отсюда (K − diag κ)·δ = −Rнагр. С методом начальных параметров этого пункта путь не связан ничем, кроме исходных данных.

7. Эпюры

Эпюра QкН38.5138.51−51.4940.82−49.1875.0030.0030.00−75.0049.18−40.8251.49−38.51−38.510
Эпюра поперечных сил Q — над каждой опорой скачок, равный её реакции
Эпюра MкН·м0−32.47−32.47−53.36−53.36−53.36−53.36−32.47−32.4700
Эпюра изгибающих моментов M
Эпюра φ·10⁻³ рад6.6671.3511.3512.7052.705−2.705−2.705−1.351−1.351−6.6670
Эпюра углов поворота φ
Эпюра v — она же осадки опормм6.4186.41823.07923.07931.04431.04431.04431.04423.07923.0796.4186.4180
Эпюра прогибов v: ординаты над опорами — их осадки

Приложение. Использованные формулы

ФормулаНазначение
5.154\(V_n=-P_n=\varkappa v_n\)реакция упругой опоры
5.155\(v_n=v_0A_n+\varphi_0B_n-M_0C_n-Q_0D_n+\{v_n\}\) и ещё триопорные ординаты через функции влияния
5.156\(\{v_n\}=[v_n]-\varkappa\sum[v_i]D_{n-i}\)грузовые члены через функции влияния
\(c=\varkappa l^{3}/(6EI);\quad T_n=S(KS)^{n-1}\)отвлечённое число и матрица перехода