ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΠΕΞΗΓΗΜΑΤΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ... xix ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΚΛΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΥΣ ΥΝΑΜΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ... xx ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΜΗΡΩΙΚΗ ΣΤΑΤΙΚΗ... xxiv 1. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΗ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΥΟ ΚΛΑΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ... 1-1 1.1 Το βασικό σκεπτικό της Μ σε αντιπαράθεση με αυτό της ΜΜ... 1-3 1.2 Εισαγωγικά αριθμητικά παραδείγματα... 1-21 1.2.1 Επίλυση με τη Μ... 1-22 1.2.2 Επίλυση με τη ΜΜ... 1-32 1.3 Ανάλυση κατασκευών και έλεγχος των αποτελεσμάτων της... 1-42 1.3.1 Η θέση της ανάλυσης στα πλαίσια της όλης μελέτης μιας κατασκευής... 1-42 1.3.2 Έλεγχοι των αναλύσεων... 1-45 1.4 Σύνοψη των βημάτων επίλυσης... 1-48 1.5 Επαναδιατύπωση των ορισμών στατικής και γεωμετρικής αοριστίας.. 1-50 1.6 Αξία και σκοπιμότητα των κλασικών μεθόδων ανάλυσης φορέων... 1-52 σελ. 2. Η ΜΕΘΟ ΟΣ ΥΝΑΜΕΩΝ... 2-1 2.1 Βασικοί ορισμοί, παραδοχές και συμβάσεις προσήμων... 2-4 2.1.1 Ο ορισμός της υπερστατικότητας... 2-4 2.1.2 Το στατικό κύριο σύστημα (ΣΚΣ)... 2-5 Α. Τρόποι προσδιορισμού της υπερστατικότητας και καθορισμού του ΣΚΣ... 2-5 Β. Τα υπεράριθμα μεγέθη και ο συμβολισμός τους... 2-9 Γ. Η σειρά αρίθμησης των υπεραρίθμων μεγεθών... 2-10. Η προσφορότερη επιλογή του ΣΚΣ... 2-11 Ε. Η προσφορότερη αρίθμηση των υπεραρίθμων μεγεθών... 2-13 ΣΤ. Οι παραμορφώσεις στις θέσεις των καταλυθέντων συνδέσμων... 2-14 2.1.3 Υπενθύμιση βασικών παραδοχών της Γραμμικής Στατικής... 2-18 2.1.4 Συμβάσεις θετικών προσήμων και σχεδίασης εντασιακών μεγεθών... 2-20 Α. Συστήματα αναφοράς... 2-20 Β. Συμβατικά θετικές φορές των εξωτερικών εντασιακών μεγεθών... 2-20 Γ. Συμβατικά θετικές φορές των εξωτερικών παραμορφωσιακών μεγεθών... 2-21. Συμβατικά θετικές φορές των εσωτερικών εντασιακών μεγεθών... 2-21 Ε. Η ίνα αναφοράς... 2-22 ΣΤ. Σύμβαση συμβολισμού και σχεδίασης φορτίων διατομής και μετακινήσεων... 2-22 Ζ. Τα διαγράμματα των φορτίων διατομής... 2-24 2.1.5 Σύνοψη των διαφορικών εξισώσεων της ελαστικής θεωρίας 1 ης τάξης... 2-24 ix

2.2 Η διαδικασία επίλυσης φορέων με τη Μ... 2-28 2.2.1 Βήμα 1: Καθορισμός του ΣΚΣ - Κατάλυση συνδέσμων... 2-30 2.2.2 Βήμα 2: Εξωτερικές δράσεις στο ΣΚΣ (Κατάσταση "0")... 2-31 2.2.3 Βήμα 3: Μοναδιαίες εντασιακές καταστάσεις στο ΣΚΣ ("Χ n =1")... 2-35 2.2.4 Βήμα 4: Υπολογισμός των παραμορφώσεων δ m0 και δ mn στους καταλυθέντες συνδέσμους... 2-39 2.2.5 Βήμα 5: Ικανοποίηση των συνθηκών συμβιβαστού - Επαναφορά των καταλυθέντων συνδέσμων... 2-55 2.2.6 Βήμα 6: Υπολογισμός των τελικών εντασιακών μεγεθών... 2-60 2.2.7 Βήμα 7: Έλεγχοι αποτελεσμάτων... 2-63 Α. 'Ελεγχοι ενδιαμέσων αποτελεσμάτων... 2-63 Β. Έλεγχοι συμβιβαστού τελικών αποτελεσμάτων - Η πρόταση ορθογωνικότητας.. 2-64 Γ. Έλεγχοι ισορροπίας τελικών αποτελεσμάτων... 2-66. Παραδείγματα ελέγχων... 2-66 2.2.8 Σύνοψη βημάτων επίλυσης φορέων με τη Μ... 2-70 2.3 Η επιρροή της δυστμησίας και της δυστένειας... 2-74 2.4 Αριθμητικά παραδείγματα... 2-79 2.4.1 Αμφίπακτη δοκός... 2-79 2.4.2 Συνεχής δοκός τριών φατνωμάτων... 2-86 2.4.3 ίστυλο πλαίσιο... 2-93 2.4.4 Υπερστατικό δικτύωμα... 2-100 2.5 Yπολογισμός μεμονωμένων μετακινήσεων και ελαστικών γραμμών.. 2-103 2.5.1 Υπολογισμός μεμονωμένων μετακινήσεων υπερστατικών φορέων... 2-103 Α. Υπενθύμιση της αρχής των συμπληρωματικών δυνατών έργων... 2-103 Β. Η πρόταση αναγωγής (απλοποιητική πρόταση της Κλασικής Στατικής)... 2-104 Γ. Παραδείγματα εφαρμογής και πλεονεκτήματα της πρότασης αναγωγής... 2-108. Χρησιμοποίηση της πρότασης αναγωγής για ελέγχους συμβιβαστού... 2-116 2.5.2 Υπολογισμός της ελαστικής γραμμής υπερστατικών φορέων... 2-120 2.6 Παραλλαγές και εξειδικεύσεις της Μ... 2-124 2.6.1 Η σκοπιμότητα εξειδικευμένων μεθοδολογιών... 2-124 Α. Στατικά αόριστο (υπερστατικό) κύριο σύστημα... 2-125 Β. Εισαγωγή υπεραρίθμων στο ελαστικό κέντρο... 2-126 Γ. Αξιοποίηση της συμμετρίας του φορέα... 2-128 2.6.2 Συμμετρικοί φορείς... 2-129 Α. Ιδιότητες συμμετρικών φορέων... 2-129 Β. Εισαγωγή ομάδων υπεραρίθμων... 2-134 Γ. Θεώρηση του "μισού" φορέα... 2-138 2.6.3 Αριθμητικό παράδειγμα - Απλά συμμετρικός φορέας... 2-141 2.6.4 Πολλαπλά συμμετρικοί φορείς... 2-145 x

2.7 Υπολογισμός γραμμών επιρροής εντασιακών μεγεθών... 2-146 2.7.1 Υπενθύμιση ορισμών και εννοιών... 2-146 2.7.2 Τρόποι υπολογισμού ΓΕ εντασιακών μεγεθών... 2-148 2.7.3 Υπολογισμός ΓΕ με την πρόταση Krohn-Land... 2-150 2.7.4 Η μέθοδος της κοινής άρθρωσης ή του Ν-1 φορές υπερστατικού φορέα... 2-155 2.7.5 Η μέθοδος της επιπλέον άρθρωσης... 2-161 2.7.6 Αριθμητικό παράδειγμα υπολογισμού ΓΕ με την πρόταση Krohn-Land... 2-165 2.7.7 Υπολογισμός ΓΕ συμμετρικών φορέων με χρήση ομάδων υπεραρίθμων... 2-177 2.7.8 Υπολογισμός ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 2-180 2.7.9 Αριθμητικό παράδειγμα υπολογισμού ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 2-183 2.7.10 Αποτίμηση ΓΕ - υσμενείς φορτίσεις - Περιβάλλουσες... 2-188 2.8 Υπολογισμός γραμμών επιρροής παραμορφωσιακών μεγεθών... 2-196 2.8.1 Υπενθύμιση ορισμών... 2-196 2.8.2 Τρόποι υπολογισμού ΓΕ παραμορφωσιακών μεγεθών... 2-197 2.8.3 Υπολογισμός ΓΕ με την πρόταση Maxwell-Mohr... 2-198 2.8.4 Αριθμητικό παράδειγμα υπολογισμού ΓΕ με την πρόταση Maxwell-Mohr... 2-201 2.8.5 Υπολογισμός ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 2-206 2.8.6 Αριθμητικό παράδειγμα υπολογισμού ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 2-207 3. Η ΜΕΘΟ ΟΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ... 3-1 3.1 Παραδοχές, σύμβαση προσήμων και βοηθητικοί πίνακες της ΜΜ... 3-4 3.1.1 Τα υπεράριθμα μεγέθη της ΜΜ σε εξάρτηση από παραδοχές και διαθέσιμους πίνακες... 3-4 Α. Αποκοπή ισοστατικών τμημάτων... 3-7 Β. Μείωση των βαθμών ελευθερίας λόγω ατένειας... 3-7 Γ. Βασικά στοιχεία - Πίνακες εντασιακών μεγεθών για τα βασικά στοιχεία... 3-9 3.1.2 Περαιτέρω ορισμοί και παρατηρήσεις σχετικά με το ΓΚΣ... 3-12 Α. Συμβολισμός των υπεραρίθμων μετακινήσεων... 3-12 Β. Σειρά αρίθμησης των υπεραρίθμων μετακινήσεων... 3-13 Γ. ικινητές πακτώσεις χορδών αντί δρομικών δεσμικών ράβδων... 3-13. Μέθοδος Μετακινήσεων ως Μέθοδος Γωνιών Στροφής... 3-16 Ε. Μονοσήμαντος καθορισμός του ΓΚΣ... 3-16 ΣΤ. Σχετικά με το ελάχιστο απαιτούμενο πλήθος συνδέσμων... 3-17 Ζ. Σύγκριση πλήθους υπεραρίθμων για επίλυση με τη Μ και τη ΜΜ... 3-19 3.1.3 Βασικά στοιχεία και σύμβαση προσήμων της ΜΜ... 3-21 3.1.4 Υπολογισμός της εντασιακής κατάστασης των βασικών στοιχείων... 3-25 Α. Υπολογισμός της έντασης των βασικών στοιχείων με τη Μ... 3-25 xi

Β. Υπολογισμός της έντασης των βασικών στοιχείων με ολοκλήρωση των διαφορικών εξισώσεων της δοκού... 3-34 Γ. Υπολογισμός της έντασης των βασικών στοιχείων υπό μοναχικές φορτίσεις με τη ΜΜ... 3-48 3.2 Η γενική διαδικασία επίλυσης φορέων με τη ΜΜ (EA = πεπερ.)... 3-57 3.2.1 Βήμα 1: Καθορισμός του ΓΚΣ - Προσθήκη συνδέσμων... 3-59 3.2.2 Βήμα 2 και Βήμα 4α: Εξωτερικές δράσεις στο ΓΚΣ (κατάσταση "0") και υπολογισμός των αντιδράσεων K m0 στους προστεθέντες συνδέσμους... 3-60 3.2.3 Βήμα 3 και Βήμα 4β: Μοναδιαίες καταστάσεις στο ΓΚΣ ("ξ n =1") και υπολογισμός των αντιδράσεων K mn στους προστεθέντες συνδέσμους... 3-65 3.2.4 Βήμα 5: Ικανοποίηση των συνθηκών ισορροπίας - Αφαίρεση των προστεθέντων συνδέσμων... 3-73 3.2.5 Βήμα 6:Υπολογισμός των τελικών εντασιακών μεγεθών... 3-77 3.2.6 Βήμα 7: Έλεγχοι αποτελεσμάτων... 3-80 Α. 'Ελεγχοι ενδιαμέσων αποτελεσμάτων... 3-82 Β. Έλεγχοι ισορροπίας τελικών αποτελεσμάτων... 3-82 Γ. Έλεγχοι συμβιβαστού τελικών αποτελεσμάτων... 3-83. Παραδείγματα ελέγχων... 3-84 3.2.7 Η επιρροή της δυστμησίας και της δυστένειας... 3-87 Α. Η επιρροή της πεπερασμένης δυστμησίας... 3-87 Β. Η επιρροή της πεπερασμένης δυστένειας - Επίλυση ατενούς πλαισίου... 3-88 3.3 Η διαδικασία επίλυσης ατενών φορέων με τη ΜΜ (EA Æ )... 3-93 3.3.1 Βήμα 1: Καθορισμός του ΓΚΣ ατενών φορέων - Προσθήκη συνδέσμων... 3-95 Α. Τα επί μέρους βήματα για τον καθορισμό του ΓΚΣ... 3-95 Β. Παραδείγματα ΓΚΣ απλών ατενών φορέων... 3-97 Γ. Σχετικά με την ανεξαρτησία των αγνώστων μετατοπίσεων ατενών φορέων... 3-98. Πάγιοι, υπερπάγιοι και κινητοί φορείς - Σχηματισμός ράβδων... 3-98 Ε. Αλληλεξαρτήσεις μετακινήσεων σε φορείς με απολύτως στερεούς δίσκους... 3-106 ΣΤ. Η προσφορότερη αρίθμηση των υπεραρίθμων μετακινήσεων... 3-109 Ζ. Σύγκριση πλήθους υπεραρίθμων για επίλυση με τη Μ και τη ΜΜ... 3-112 Η. Υπολογισμός κομβικών μετατοπίσεων στο ΓΚΣ με το διάγραμμα Williot... 3-115 3.3.2 Βήμα 2: Εξωτερικές δράσεις στο ΓΚΣ (κατάσταση "0")... 3-119 3.3.3 Βήμα 3: Μοναδιαίες καταστάσεις στο ΓΚΣ ("ξ n =1")... 3-127 3.3.4 Βήμα 4: Υπολογισμός των αντιδράσεων K m0 και K mn στους προστεθέντες συνδέσμους... 3-129 Α. Υπολογισμός με τις συνθήκες ισορροπίας... 3-129 Β. Υπολογισμός με την αρχή των δυνατών έργων (Α Ε)... 3-131 3.3.5 Βήμα 5: Ικανοποίηση των συνθηκών ισορροπίας- Αφαίρεση των προστεθέντων συνδέσμων... 3-138 xii

3.3.6 Βήμα 6: Υπολογισμός των τελικών εντασιακών μεγεθών... 3-139 Α. Υπολογισμός των Μ(x), Q(x), Ν(x) με την αρχή της επαλληλίας και τις συνθήκες ισορροπίας... 3-139 Β. Υπολογισμός των Ν(x) με τη βοήθεια του σχηματισμού ράβδων... 3-140 Γ. Προσεγγιστικός υπολογισμός των Ν(x) σε υπερπάγιους ατενείς φορείς... 3-143. Υπολογισμός των Ν(x) σε ατενείς φορείς που περιέχουν απολύτως στερεούς δίσκους... 3-144 3.3.7 Βήμα 7: Έλεγχοι αποτελεσμάτων... 3-144 3.3.8 Ελαστικές στηρίξεις και ελαστικές πακτώσεις... 3-144 Α. Επίδραση ελαστικών στηρίξεων/πακτώσεων επί του πλήθους των υπεραρίθμων μετακινήσεων... 3-144 Β. Ελαστική έδραση... 3-148 Γ. Ελαστική πάκτωση... 3-151 3.3.9 Ατενείς φορείς με μεμονωμένα στοιχεία πεπερασμένης δυστένειας... 3-153 Α. Ενδόσιμα στοιχεία χωρίς αξονική φόρτιση... 3-154 Β. Ενδόσιμα στοιχεία με αξονική φόρτιση... 3-157 3.3.10 Προσεγγιστική θεώρηση των διατμητικών και αξονικών παραμορφώσεων 3-158 Α. Η επιρροή της πεπερασμένης δυστμησίας... 3-158 Β. Η επιρροή της πεπερασμένης δυστένειας... 3-158 3.3.11 Σύνοψη βημάτων επίλυσης ατενών φορέων με τη ΜΜ... 3-161 3.4 Αριθμητικά παραδείγματα... 3-165 3.4.1 Πάγιο πλαίσιο... 3-165 3.4.2 Υπερπάγιο πλαίσιο... 3-168 3.4.3 Κινητό πλαίσιο με μοναχικό και συνεχές φορτίο... 3-174 3.4.4 Κινητό πλαίσιο με θερμοκρασιακή φόρτιση... 3-178 3.5 Yπολογισμός μεμονωμένων μετακινήσεων και ελαστικών γραμμών.. 3-186 3.6 Παραλλαγές και εξειδικεύσεις της ΜΜ... 3-187 3.6.1 Η σκοπιμότητα εξειδικευμένων μεθοδολογιών... 3-187 Α. Γεωμετρικά αόριστο (υπεργεωμετρικό) κύριο σύστημα... 3-187 Β. Συνδυασμένη εφαρμογή της Μ και της ΜΜ... 3-188 Γ. Αξιοποίηση της συμμετρίας του φορέα... 3-192 3.6.2 Συμμετρικοί ατενείς φορείς... 3-192 Α. Ιδιότητες συμμετρικών φορέων... 3-192 Β. Εισαγωγή ομάδων υπεραρίθμων μετακινήσεων... 3-194 Γ. Θεώρηση του "μισού" φορέα... 3-199 3.6.3 Αριθμητικό παράδειγμα... 3-202 3.6.4 Πολλαπλά συμμετρικοί φορείς... 3-214 3.7 Υπολογισμός γραμμών επιρροής εντασιακών μεγεθών... 3-216 3.7.1 Τρόποι υπολογισμού ΓΕ εντασιακών μεγεθών... 3-216 xiii

3.7.2 Υπολογισμός ΓΕ με την πρόταση Krohn-Land... 3-216 3.7.3 Αριθμητικό παράδειγμα υπολογισμού ΓΕ με την πρόταση Krohn-Land... 3-219 3.7.4 Υπολογισμός ΓΕ συμμετρικών φορέων με χρήση ομάδων υπεραρίθμων... 3-221 3.7.5 Υπολογισμός ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 3-221 3.7.6 Αποτίμηση ΓΕ - υσμενείς φορτίσεις - Περιβάλλουσες... 3-225 3.8 Υπολογισμός γραμμών επιρροής παραμορφωσιακών μεγεθών... 3-226 3.8.1 Τρόποι υπολογισμού ΓΕ παραμορφωσιακών μεγεθών... 3-226 3.8.2 Υπολογισμός ΓΕ με την πρόταση Maxwell-Mohr... 3-226 3.8.3 Υπολογισμός ΓΕ με επαλληλία των ΓΕ των υπεραρίθμων... 3-227 3.9 Γενικευμένος παραλληλισμός των δύο κλασικών μεθόδων ανάλυσης.. 3-229 3.9.1 Γενικευμένη παρουσίαση της ΜΜ και συστηματικός παραλληλισμός της με τη Μ... 3-229 3.9.2 Συγκριτικές παρατηρήσεις... 3-234 3.9.3 Συνοπτική επανάληψη του βασικού σκεπτικού και μητρωική διατύπωση των επιλυουσών εξισώσεων της ΜΜ και της Μ... 3-238 4. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΤΡΩΙΚΗ ΣΤΑΤΙΚΗ... 4-1 4.1 Αντικείμενο και στόχοι του κεφαλαίου 4... 4-13 4.2 Το βασικό σκεπτικό και τα βασικά βήματα της ΜΠΣ... 4-15 4.3 Συστηματική εισαγωγική παρουσίαση της ΜΠΣ για γραμμικούς φορείς με τη βοήθεια ενός απλού επίπεδου δικτυώματος... 4-18 4.3.1 Επιλογή του εισαγωγικού παραδείγματος... 4-18 4.3.2 Βήμα 1 ο : Η διακριτοποίηση του φορέα (δικτυώματος) και της φόρτισης... 4-21 A. Καθορισμός και αρίθμηση των κόμβων και στοιχείων του φορέα... 4-21 B. Καθορισμός του καθολικού συστήματος αναφοράς... 4-22 Γ. Τα στατικά μεγέθη του διακριτοποιημένου φορέα και οι BE του... 4-23. Συσχέτιση των κομβικών στατικών μεγεθών: Το μητρώο στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα φορέα... 4-28 Ε. Η διάσπαση του φορέα σε επί μέρους πεπερασμένα στοιχεία... 4-30 4.3.3 Βήμα 2 ο : Η θεώρηση των μεμονωμένων πεπερασμένων στοιχείων... 4-31 Α. Αρίθμηση των κόμβων του στοιχείου και καθορισμός του τοπικού συστήματος αναφοράς... 4-31 Β. Τα τοπικά κομβικά μεγέθη του πεπερασμένου στοιχείου... 4-33 Γ. Συσχέτιση των τοπικών κομβικών στατικών μεγεθών: Το τοπικό μητρώο στιβαρότητας του στοιχείου... 4-35. Υπολογισμός του τοπικού μητρώου στιβαρότητας του στοιχείου... 4-37 Ε. Προετοιμασία για τη σύνθεση του φορέα από τα πεπερασμένα στοιχεία του: Τα μητρώα μετασχηματισμού... 4-41 ΣΤ. Υπολογισμός του καθολικού μητρώου στιβαρότητας του στοιχείου... 4-46 xiv

4.3.4 Βήμα 3 ο : Η σύνθεση του διακριτοποιημένου φορέα και της φόρτισής του.. 4-53 Α. Η σύνθεση του ελεύθερου φορέα... 4-53 A1. Η ικανοποίηση των συνθηκών συμβιβαστού... 4-53 A2. Η ικανοποίηση των συνθηκών ισορροπίας... 4-56 Β. Σύνθεση του μητρώου στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα σύμφωνα με την Άμεση Μέθοδο Στιβαρότητας (ΑΜΣ)... 4-64 Γ. Σύνθεση του διανύσματος κομβικών δυνάμεων του ελεύθερου φορέα με άμεσο τρόπο... 4-70. Η ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης... 4-71 1. Ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης με απαλοιφή των εξισώσεων που αντιστοιχούν σε μηδενικούς ΒΕ του φορέα - Μητρώα απαλοιφής... 4-71 2. Ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης με τροποποίηση των εξισώσεων στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα... 4-74 3. Εξαρχής ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης - Απευθείας υπολογισμός του μητρώου στιβαρότητας Κ R του δεσμευμένου φορέα... 4-75 4.3.5 Βήμα 4 ο : Η επίλυση του συστήματος εξισώσεων ισορροπίας... 4-78 4.3.6 Βήμα 5 ο : Ο υπολογισμός των λοιπών άγνωστων στατικών μεγεθών... 4-79 Α. Υπολογισμός των αντιδράσεων στήριξης του φορέα... 4-79 Β. Υπολογισμός φορτίων διατομής των στοιχείων... 4-80 4.3.7 Άσκήσεις... 4-83 4.4 Επέκταση της ΜΠΣ σε επίπεδους πλαισιακούς φορείς... 4-122 4.4.1 Εισαγωγή - Φορέας και φόρτιση... 4-122 4.4.2 Βήμα 1 ο : Η διακριτοποίηση του φορέα (πλαισίου) και της φόρτισης... 4-126 A. Καθορισμός και αρίθμηση των κόμβων και στοιχείων του φορέα... 4-126 B. Καθορισμός του καθολικού συστήματος αναφοράς... 4-126 Γ. Τα στατικά μεγέθη του διακριτοποιημένου φορέα και οι ΒΕ του... 4-127. Συσχέτιση των κομβικών στατικών μεγεθών: Το μητρώο στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα... 4-131 Ε. Η διάσπαση του φορέα σε επί μέρους πεπερασμένα στοιχεία... 4-132 4.4.3 Βήμα 2 ο : Η θεώρηση των μεμονωμένων πεπερασμένων στοιχείων... 4-133 Α. Αρίθμηση των κόμβων του στοιχείου και καθορισμός του τοπικού συστήματος αναφοράς... 4-134 Β. Τα τοπικά κομβικά μεγέθη του πεπερασμένου στοιχείου... 4-134 Γ. Συσχέτιση των τοπικών κομβικών στατικών μεγεθών: Το τοπικό μητρώο στιβαρότητας και το τοπικό διάνυσμα φόρτισης του στοιχείου... 4-136 1. Υπολογισμός του τοπικού μητρώου στιβαρότητας του στοιχείου... 4-138 2. Υπολογισμός του τοπικού διανύσματος φόρτισης του στοιχείου... 4-141 Ε. Προετοιμασία για τη σύνθεση του φορέα από τα πεπερασμένα στοιχεία του: Τα μητρώα μετασχηματισμού... 4-144 ΣΤ1. Υπολογισμός του καθολικού μητρώου στιβαρότητας του στοιχείου... 4-146 ΣΤ2. Υπολογισμός του καθολικού διανύσματος φόρτισης του στοιχείου... 4-149 xv

4.4.4 Βήμα 3 ο : Η σύνθεση του διακριτοποιημένου φορέα και της φόρτισής του... 4-150 Α. Η σύνθεση του ελεύθερου φορέα... 4-150 A1. Η ικανοποίηση των συνθηκών συμβιβαστού... 4-150 A2. Η ικανοποίηση των συνθηκών ισορροπίας... 4-152 Β. Σύνθεση του μητρώου στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα σύμφωνα με την Άμεση Μέθοδο Στιβαρότητας (ΑΜΣ)... 4-160 Γ. Σύνθεση του διανύσματος κομβικών δυνάμεων του ελεύθερου φορέα με άμεσο τρόπο... 4-164. Η ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης... 4-167 1. Ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης με απαλοιφή των εξισώσεων που αντιστοιχούν σε μηδενικούς ΒΕ του φορέα - Μητρώα απαλοιφής... 4-167 2. Ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης με τροποποίηση των εξισώσεων στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα... 4-171 3. Εξαρχής ενσωμάτωση των συνθηκών στήριξης - Απευθείας υπολογισμός του μητρώου στιβαρότητας Κ R του δεσμευμένου φορέα... 4-172 4.4.5 Βήμα 4 ο : Η επίλυση του συστήματος εξισώσεων ισορροπίας... 4-176 4.4.6 Βήμα 5 ο : Ο υπολογισμός των λοιπών άγνωστων στατικών μεγεθών... 4-176 Α. Υπολογισμός των αντιδράσεων στήριξης του φορέα... 4-176 Β. Υπολογισμός φορτίων διατομής και της ελαστικής γραμμής των στοιχείων... 4-176 Γ. Η μέθοδος των μητρώων μεταβίβασης για τον υπολογισμό μεγεθών έντασης και μετακίνησης μεταξύ των κόμβων ενός στοιχείου... 4-178 4.4.7 Σύνοψη της διαδικασίας επίλυσης με τη ΜΠΣ και μητρώα μεταβίβασης... 4-184 4.4.8 Έλεγχοι αποτελεσμάτων... 4-186 A. Ισορροπιακοί έλεγχοι... 4-186 B. Έλεγχοι συμβιβαστού... 4-186 4.4.9 Αριθμητικό παράδειγμα: Επίπεδος πλαισιακός φορέας... 4-188 4.4.10 Aσκήσεις... 4-213 4.5 Φορείς με εσωτερικές αρθρώσεις... 4-253 4.5.1 Εισαγωγή - Συνδέσεις δομικών στοιχείων... 4-253 4.5.2 Καθορισμός κόμβων και ΒΕ σε φορείς με αρθρώσεις... 4-259 Α. Αρθρωτή στήριξη (εξωτερική άρθρωση)... 4-259 Β. Αρθρωτή σύνδεση δύο στοιχείων (εσωτερική άρθρωση)... 4-264 Γ. Αρθρωτή σύνδεση τριών ή περισσοτέρων στοιχείων... 4-268 4.5.3 Το στοιχείο της μονόπακτης δοκού - Υπολογισμός των Κ e//5 και s oe//5... 4-270 4.5.4 Απλό αριθμητικό παράδειγμα... 4-274 4.5.5 Ασκήσεις... 4-277 xvi

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΟΗΘΗΤΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ... Π-3 Πίνακας 0... Ολοκληρώματα γινομένου δύο συναρτήσεων... Π-5 Πίνακας 1... Bασικό στοιχείο Ι (αμφίπακτο)... Π-6 Πίνακας 2α... Βασικό στοιχείο ΙΙα (μονόπακτο με άρθρωση δεξιά)... Π-8 Πίνακας 2β... Βασικό στοιχείο ΙΙβ (μονόπακτο με άρθρωση αριστερά)... Π-9 Πίνακας 3α... Βασικές σχέσεις για τη μέθοδο των συναρτήσεων ω... Π-10 Πίνακας 3β... Τιμές συναρτήσεων ω... Π-11 ΒΑΣΙΚΟΙ ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΟΙ ΟΡΟΙ... Π-13 Αγγλικά - Ελληνικά - Γερμανικά... Π-15 Γερμανικά - Ελληνικά - Αγγλικά... Π-33 Ελληνικά - Αγγλικά - Γερμανικά... Π-51 Σχετικά με τους όρους stiffness-flexibility (στιβαρότητα-ενδοσιμότητα)... Π-69 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... Π-70 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΟΝΟΜΑΤΩΝ... Π-72 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΟΡΩΝ... Π-73 xvii

ΕΠΕΞΗΓΗΜΑΤΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ Η αρίθμηση των σελίδων γίνεται ανεξάρτητα για κάθε κεφάλαιο, όπου του αριθμού της σελίδας προτάσσεται ο αριθμός του εκάστοτε κεφαλαίου (Π.χ. σελ. 3-16 για τη δέκατη έκτη σελίδα του κεφαλαίου 3). Η αρίθμηση των σχημάτων, των πινάκων και των εξισώσεων γίνεται ανεξάρτητα για κάθε παράγραφο, όπου του αριθμού του σχήματος, του πίνακα ή της εξίσωσης προτάσσεται ο αριθμός της εκάστοτε παραγράφου (Π.χ. Σχήμα 3.1-4 για το τέταρτο σχήμα της παραγράφου 3.1). Οι αριθμοί των εξισώσεων δίνονται εντός παρενθέσεων (Π.χ. εξ. (2.5-1) για την πρώτη εξίσωση της παραγράφου 2.5). Εντός αγκυλών [...] δίνεται η βιβλιογραφία. Έννοιες, όροι ή και ολόκληρες προτάσεις που πρέπει να τονισθούν ιδιαίτερα τυπώνονται με λοξά γράμματα (italics). Ορισμοί ιδιαίτερα σημαντικών εννοιών τυπώνονται με παχιά γράμματα (bold). Μονάδες μέτρησης Οι μονάδες μέτρησης ακολουθούν το ιεθνές Σύστημα Μονάδων SI (Système International). Στο σύστημα αυτό μονάδα μήκους είναι το μέτρο (m), μονάδα μάζας είναι το χιλιόγραμμο (kg), μονάδα χρόνου είναι το δευτερόλεπτο (sec) και μονάδα θερμοδυναμικής θερμοκρασίας είναι το Kelvin (K). H μονάδα μέτρησης δυνάμεων, η οποία μας ενδιαφέρει κυρίως εδώ, είναι το Ν (Newton), που αποτελεί παράγωγη μονάδα και ορίζεται βάσει του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα (F=m γ) ως ίση με τη δύναμη, η οποία ενεργώντας επί της μονάδας μάζας (1kg) της προσδίδει επιτάχυνση ίση προς τη μονάδα της επιτάχυνσης (1m/sec 2 ): 1Ν = 1kg 1m/sec 2 Συνήθως χρησιμοποιούμε πολλαπλάσια της μονάδας αυτής, όπως το kn = 10 3 N ή το ΜΝ = 10 6 N. Η αντιστοιχία με το χιλιόγραμμο βάρους (kg* ή kp, όπου 1kp = 1kg g = 1kg 9.81m/sec 2 ) και τον τόνο βάρους (t βάρους = 10 3 kp) του παλιού μετρικού συστήματος (ΜΤS, με θεμελιώδεις μονάδες το μέτρο m, τον τόνο βάρους t βάρους και το δευτερόλεπτο s) προκύπτει με την επιτάχυνση βαρύτητας g 10m/sec 2 αντί του 9.81m/sec 2 (Σημ.: H προσέγγιση αυτή αρκεί συνήθως για τεχνικές εφαρμογές) ως εξής: 1t βάρους = 1t μάζας g = 10 3 kg 10m/sec 2 = 10 4 kg m/sec 2 = 10 4 Ν = 10kN 1kΝ = 10-1 t βάρους = 10-1 10 3 kp = 100kp. Για τη θερμοκρασία ισχύει: t[ºc] = T[K] - 273.15[K], όπου t[ºc] η θερμοκρασία σε μονάδες (βαθμούς) Κελσίου (Celsius) και T [K] η θερμοκρασία σε μονάδες Kelvin. Συχνά χρησιμοποιούμενες συντμήσεις Μ : Μέθοδος υνάμεων ΜΜ : Μέθοδος Μετακινήσεων ΣΚΣ : Στατικό Κύριο Σύστημα ΓΚΣ : Γεωμετρικό Κύριο Σύστημα Α Ε : Αρχή των υνατών Έργων = Αρχή των δυνατών (νοητών) μετακινήσεων ΑΣ Ε : Αρχή των Συμπληρωματικών υνατών Έργων = Αρχή των νοητών (βοηθητικών) δυνάμεων Χρωματισμός σχημάτων Με πράσινο χρώμα συμβολίζονται συνήθως τα βελάκια των φορτίων διατομής (εσωτερικά εντασιακά μεγέθη) στις διάφορες 'πραγματικές' καταστάσεις, π.χ., Μ 23,0 ή Q 34,0 ή Μ Ε,2. Τα ίδια φορτία συμβολίζονται με κόκκινο χρώμα όταν δρουν στις καταστάσεις δυνατών μετακινήσεων, όπου προσάγονται ως εξωτερικά φορτία στις αντίστοιχες αρθρώσεις, π.χ., Μ 23,0 ή Q 34,0 ή Μ Ε,2. Επίσης με κόκκινο χρώμα συμβολίζονται οι καταλυμένες/πρόσθετες δεσμικές ράβδοι (δρομικές ή στροφικές) του ΣΚΣ/ΓΚΣ, οι υπεράριθμες Χ n της M και οι αντιδράσεις Κ mn, K m0 της ΜΜ, καθώς και γενικότερα οι ενδιάμεσες/τελικές αντιδράσεις στις στηρίξεις/πακτώσεις. Με γαλάζιο χρώμα σχεδιάζεται η ('πραγματική') παραμόρφωση του ΣΚΣ/ΓΚΣ στις διάφορες καταστάσεις "0", "Χ n =1" / "ξ n =1" καθώς και η τελική ελαστική γραμμή του δεδομένου φορέα. Τέλος, με σκούρο μπλε χρώμα σχεδιάζονται γενικώς τα διαγράμματα Μ, Q, Ν, καθώς επίσης και η παραμορφωμένη κατάσταση του φορέα λόγω δυνατών μετακινήσεων (π.χ. του ΓΚΣ στις διάφορες νοητές καταστάσεις "ξ n =1 ν "). Ακολουθεί κατάλογος με τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα στη Στατική σύμβολα. xviii

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΚΛΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΥΣ ΥΝΑΜΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΩΝ Συστήματα αναφοράς(καρτεσιανά, τρισορθογώνια, δεξιόστροφα) {x, y, z} τοπικό σύστημα αναφοράς (για κάθε δομικό στοιχείο) {X, Y, Z} καθολικό σύστημα αναφοράς (για όλον τον φορέα) Γεωμετρικά δεδομένα διατομής L μήκος δομικού στοιχείου [m] I x, I T, J ροπή αδράνειας σε στρέψη (στρεπτική σταθερά) [m 4 ] Ι y, Ι ροπή αδράνειας σε κάμψη ως προς τον άξονα y [m 4 ] Ι z ροπή αδράνειας σε κάμψη ως προς τον άξονα z [m 4 ] A επιφάνεια διατομής [m 2 ] A Sy τεκμαρτή (ενεργός) επιφάνεια ολίσθησης λόγω Q y [m 2 ], A Sy =α Sy Α A Sz τεκμαρτή (ενεργός) επιφάνεια ολίσθησης λόγω Q z [m 2 ], A Sz =α Sz Α h, d ύψος διατομής [m] b πλάτος διατομής [m] Ιδιότητες υλικού Ε μέτρο ελαστικότητας [kn/m 2 ] G μέτρο oλίσθησης [kn/m 2 ] ν λόγος του Poisson [-], E=G/{2(v+1)} α t συντελεστής θερμικής διαστολής [1/ ο C] φ ερπ συντελεστής ερπυσμού [-] ε ξηρ μέτρο συστολής/διαστολής ξήρανσης [-] Ιδιότητες διατομών και δομικών στοιχείων EI δυσκαμψία [knm 2 ], όπου Ι= Ι y ή I z GA S δυστμησία [kn], όπου A S = Α Sy ή Α Sz EA δυστένεια [kn] GI T, GJ δυστρεψία [knm 2 ] c N ελαστική σταθερά δρομικού ελατηρίου [kn/m] ελαστική σταθερά στροφικού ελατηρίου [knm/rad] c M Εξωτερικά μεγέθη έντασης (φορτία και αντιδράσεις στήριξης) P x, H, Ρ, F μοναχική δύναμη κατά x [kn] P y μοναχική δύναμη κατά y [kn] P z, V, P, F μοναχική δύναμη κατά z [kn] M Lx, M LT μοναχική στρεπτική ροπή [knm] M Ly, M L μοναχική ροπή περί τον άξονα y [knm] μοναχική ροπή περί τον άξονα z [knm] Μ Lz P q x (x), n(x) διάνυσμα μοναχικών (συγκεντρωμένων) φορτίων (δυνάμεων και ροπών) κατανεμημένο φορτίο κατά την έννοια του άξονα x [kn/m] xix

q y (x), κατανεμημένο φορτίο κατά την έννοια του άξονα y [kn/m] q z (x), q(x), p(x) κατανεμημένο φορτίο κατά την έννοια του άξονα z [kn/m] m Lx (x), m T (x) κατανεμημένη στρεπτική ροπή [knm/m] m Ly (x), m L (x) κατανεμημένη ρoπή περί τον άξονα y [knm/m] m Lz (x) κατανεμημένη ρoπή περί τον άξονα z [knm/m] p διάνυσμα κατανεμημένων φορτίων (δυνάμεων και ροπών) Α αντίδραση (δύναμη) στήριξης Μ Π ροπή πάκτωσης Καταναγκασμοί t(x) ομοιόμορφη (= σταθερή σε όλη τη διατομή x) θερμοκρασιακή φόρτιση [ ο C] t(x) ανομοιόμορφη (= γραμμικά μεταβαλλόμενη κατά το ύψος της διατομής x) θερμοκρασιακή φόρτιση [ ο C] u Lm επιβεβλημένη (καταναγκασμένη) μετατόπιση της στήριξης m κατά x [m] v Lm επιβεβλημένη (καταναγκασμένη) μετατόπιση της στήριξης m κατά y [m] w Lm επιβεβλημένη (καταναγκασμένη) μετατόπιση της στήριξης m κατά z [m] φ Lim επιβεβλημένη (καταναγκασμένη) στροφή ως προς τον άξονα i (i=x,y,z) της πάκτωσης m [rad] ρ u αξονικός ρήκτης =- u L [m] ρ w εγκάρσιος ρήκτης =- w L [m] ρ φ στροφικός ρήκτης =- φ L [m] ρ θ στρεπτικός ρήκτης =- θ L [m] Εσωτερικά εντασιακά μεγέθη (φορτία διατομής) Μ x, Μ T Μ y, Μ Μ z Q y Q z, Q N M ik,r Μ(x), r σ Μετακινήσεις ροπή στρέψης [knm] ροπή κάμψης ως προς τον άξονα y [knm] ροπή κάμψης ως προς τον άξονα z [knm] τέμνουσα δύναμη κατά y [kn] τέμνουσα δύναμη κατά z [kn] αξονική δύναμη [kn] ροπή στο σημείο ή στον κόμβο i προς τη διεύθυνση του σημείου ή κόμβου k {i,k : δείκτες θέσης, r : δείκτης αιτίου} διάγραμμα ροπών κάμψης λόγω του αιτίου r Αντίστοιχοι συμβολισμοί προς τους δύο προηγούμενους ισχύουν και για τα υπόλοιπα φορτία διατομής. διάνυσμα φορτίων διατομής u x, u μετατόπιση κατά x [m] u y, v μετατόπιση κατά y [m] u z, w μετατόπιση κατά z [m] u α, u δ μετατόπιση αριστερής και δεξιάς όχθης μιας αξονικής άρθρωσης (Ν=0) u=u α -u δ χάσμα (της ελαστικής γραμμής) = διαφορά αξονικών μετατοπίσεων v α, v δ μετατόπιση αριστερής και δεξιάς όχθης μιας διατμητικής άρθρωσης: Q y =0 xx

w α, w δ μετατόπιση αριστερής και δεξιάς όχθης μιας διατμητικής άρθρωσης: Q z =0 v=v α -v δ άλμα (της ελαστικής γραμμής) = διαφορά βυθίσεων κατά y w=w α -w δ άλμα (της ελαστικής γραμμής) = διαφορά βυθίσεων κατά z φ x, θ στροφή ως προς τον άξονα x [rad] φ y, φ στροφή ως προς τον άξονα y [rad] φ z στροφή ως προς τον άξονα z [rad] φ α, φ δ στροφή αριστερής και δεξιάς όχθης μιας καμπτικής άρθρωσης: M y =0 φ=φ α -φ δ γόνατο (στην ελαστική γραμμή) = διαφορά στροφών Αντίστοιχοι συμβολισμοί προς τους δύο προηγούμενους ισχύουν και στις περιπτώσεις στρεπτικής (Μ T =0) και καμπτικής άρθρωσης (Μ z =0). φ i, φ k στροφές των κόμβων i και k ενός δομικού στοιχείου i-k τ i, τ k στροφές άκρων δοκού i-k (ως προς τον άξονα y) ψ ik στροφή της χορδής της δοκού i-k (ως προς τον άξονα y) w(x), r ελαστική γραμμή (βύθιση κάθετα στον τοπικό άξονα x) λόγω του αιτίου r u διάνυσμα μετακινήσεων Παραμορφώσεις διατομών ε αξονική παραμόρφωση (μήκυνση, βράχυνση) [-] ε ελ, ε el ελαστική αξονική παραμόρφωση {=Ν/(ΕΑ)} ε t θερμοκρασιακή αξονική παραμόρφωση {=α t t} γ z, γ διατμητική παραμόρφωση (ολίσθηση) κατά z [-] γ y διατμητική παραμόρφωση (ολίσθηση) κατά y [-] ζ στρεπτική παραμόρφωση (συστροφή) [1/m] κ y, κ καμπτική παραμόρφωση (καμπύλωση) ως προς τον άξονα y [1/m] κ z καμπτική παραμόρφωση (καμπύλωση) ως προς τον άξονα z [1/m] κ ελ, κ el ελαστική καμπύλωση {=Μ/(ΕΙ)} κ t θερμοκρασιακή καμπύλωση {=α t t/h} ε διάνυσμα παραμορφώσεων Ενεργειακές και εργικές προτάσεις E Κ δ d δ Ε v γενικό σύμβολο για ένα μέγεθος έντασης ή παραμόρφωσης γενικό σύμβολο για ένα μέγεθος έντασης (αντίδραση στήριξης, φορτίο διατομής) γενικό σύμβολο για ένα μέγεθος παραμόρφωσης (μετακίνηση, παραμόρφωση) σύμβολο (τελεστής) διαφόρισης (παραγώγισης) σύμβολο (τελεστής) μεταβολής ( εν πρέπει να συγχέεται με το σύμβολο δ που συμβολίζει γενικώς μεγέθη παραμόρφωσης) ο άνω δείκτης ν συμβολίζει ότι το πρόκειται για δυνατό μέγεθος: Ε v =δε π.χ. F v νοητή (δυνατή) μοναχική δύναμη, δυνατό φορτίο Μ v (x) νοητό (δυνατό, βοηθητικό) διάγραμμα ροπών δυνατή (νοητή) μετατόπιση φ v δυνατή (νοητή) στροφή W ίδιο έργο (εσωτερικό W i, εξωτερικό W e ) W* ίδιο συμπληρωματικό έργο (εσωτερικό W i *, εξωτερικό W e *) w v xxi

W p παθητικό έργο (εσωτερικό W pi, εξωτερικό W pe ) W p * παθητικό συμπληρωματικό έργο (εσωτερικό W pi *, εξωτερικό W pe *) W v ή δw δυνατό έργο (εσωτερικό W v i ή δw i, εξωτερικό W v e ή δw e ) W* v ή δw* συμπληρωματικό δυνατό έργο (εσωτ. W i * v ή δw i *, εξωτ. W e * v ή δw e *) U ενέργεια παραμόρφωσης Π (Π i, Π e ) δυναμικό (εσωτερικό, εξωτερικό) Π* (Π i *, Π e *) συμπληρωματικό δυναμικό (εσωτερικό, εξωτερικό) δπ, δ 2 Π 1 η, 2 η μεταβολή του δυναμικού dπ, d 2 Π 1 ο, 2 ο διαφορικό του δυναμικού Γραμμές επιρροής ξ Ρ Ζ (ξ) Κ a,ρζ(ξ)=1 δ a,ρζ(ξ)=1 η(ξ), η ξ τετμημένη φορτιζόμενου πέλματος κινητή κατακόρυφη δύναμη επί του φορτιζόμενου πέλματος γραμμή επιρροής του εντασιακού μεγέθους Κ a λόγω Ρ Ζ (ξ)=1 γραμμή επιρροής του παραμορφωσιακού μεγέθους δ a λόγω Ρ Ζ (ξ)=1 [απλούστερα: Κ a,ξ και δ a,ξ ] το γράμμα η συμβολίζει γενικά τις τεταγμένες γραμμών επιρροής Σύμβολα Μεθόδου υνάμεων N πλήθος υπεραρίθμων εντασιακών μεγεθών n, m δείκτης (1, 2,..., Ν) Χ n υπεράριθμο εντασιακό μέγεθος δ n παραμόρφωση στη θέση του καταλυθέντος συνδέσμου n δ m0 συντελεστής φόρτισης δ mn συντελεστής ενδοσιμότητας X = [Χ n ] διάνυσμα υπεραρίθμων εντασιακών μεγεθών δ 0 = [δ m0 ] διάνυσμα φόρτισης δ = [δ mn ] μητρώο ενδοσιμότητας β = -[δ mn ] -1 αρνητικό αντίστροφο μητρώο ενδοσιμότητας (=[β nm ]) Σύμβολα Μεθόδου Μετακινήσεων N πλήθος υπεραρίθμων παραμορφωσιακών μεγεθών n, m δείκτης (1, 2,..., Ν) ξ n υπεράριθμο παραμορφωσιακό μέγεθος Κ n αντίδραση στη θέση του προστεθέντος συνδέσμου n Κ m0 συντελεστής φόρτισης Κ mn συντελεστής στιβαρότητας ξ = [ξ n ] διάνυσμα υπεραρίθμων παραμορφωσιακών μεγεθών Κ 0 = [Κ m0 ] διάνυσμα φόρτισης Κ = [Κ mn ] μητρώο στιβαρότητας Β = -[Κ mn ] -1 αρνητικό αντίστροφο μητρώο στιβαρότητας (=[Β nm ]) xxii

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΜΗΡΩΙΚΗ ΣΤΑΤΙΚΗ Η παρουσίαση της Μητρωικής Στατικής απαιτεί μία σειρά πρόσθετων συμβολισμών, κυρίως για τα χρησιμοποιούμενα μητρωικά (διανυσματικά) μεγέθη. Προκειμένου να διευκολυνθεί ο αναγνώστης κατά τη μελέτη του σχετικού κεφαλαίου 4, δίνεται ακολούθως ένας αυτοτελής κατάλογος όλων των εκεί χρησιμοποιούμενων συμβόλων, παρόλο που ορισμένα εξ αυτών ταυτίζονται με σύμβολα που χρησιμοποιήθηκαν στις κλασικές μεθόδους ανάλυσης. Επισημαίνεται ότι οι κατανεμημένες δυνάμεις και ροπές συμβολίζονται με πεζά λατινικά γράμματα, ενώ οι συγκεντρωμένες (μοναχικές) δυνάμεις και ροπές συμβολίζονται με ΚΕΦΑΛΑΙΑ λατινικά γράμματα. Σημειώνεται επίσης ότι οι παραμορφώσεις και οι μετακινήσεις (μετατοπίσεις, στροφές) συμβολίζονται με πεζά γράμματα: με ελληνικά οι παραμορφώσεις και οι στροφές, με λατινικά οι μετατοπίσεις. Τα διανύσματα (μητρώα στήλης) συμβολίζονται με πεζά παχιά λατινικά γράμματα, ενώ τα μητρώα (τετραγωνικά ή ορθογωνικά) συμβολίζονται με ΚΕΦΑΛΑΙΑ παχιά λατινικά γράμματα. Αρίθμηση κόμβων, πεπερασμένων στοιχείων και βαθμών ελευθερίας (ΒΕ) k = 1, 2,.., K αρίθμηση των κόμβων του φορέα, όπου Κ το πλήθος τους. e = 1, 2,.., E αρίθμηση των πεπερασμένων στοιχείων του φορέα, όπου Ε το πλήθος τους. n = 1, 2,.., N ή m = 1, 2,.., M αρίθμηση των ΒΕ του φορέα, όπου Ν ή Μ το πλήθος τους. a, b οι κόμβοι ενός ευθύγραμμου πεπερασμένου στοιχείου Συστήματα αναφοράς (καρτεσιανά, τρισορθογώνια, δεξιόστροφα) {X, Y, Z} ή Χ-Υ-Ζ καθολικό σύστημα αναφοράς {x e, y e, z e } ή x-y-z ή {1 e, 2 e, 3 e } τοπικό σύστημα αναφοράς ενός πεπερασμ. στοιχείου e. Χάριν απλούστευσης παραλείπεται συχνά ο άνω δείκτης e: {x, y, z} ή [1, 2, 3} Τα σύμβολα των τοπικών στατικών μεγεθών υπογραμμίζονται προς διάκριση από τα αντίστοιχα σύμβολα των καθολικών στατικών μεγεθών. Γεωμετρικές ιδιότητες στοιχείου/διατομής L μήκος δομικού στοιχείου [m] I x ή Ι Τ ή J ροπή αδράνειας σε στρέψη περί τον άξονα x (στρεπτική σταθερά) [m 4 ] Ι y ροπή αδράνειας σε κάμψη περί τον άξονα y [m 4 ] Ι z ροπή αδράνειας σε κάμψη περί τον άξονα z [m 4 ] A επιφάνεια διατομής [m 2 ] A Sy τεκμαρτή (ενεργός) επιφάνεια ολίσθησης λόγω Q y [m 2 ] A Sz τεκμαρτή (ενεργός) επιφάνεια ολίσθησης λόγω Q z [m 2 ] Ιδιότητες υλικού Ε μέτρο ελαστικότητας [kn/m 2 ] G μέτρο oλίσθησης [kn/m 2 ] ν λόγος του Poisson [-], G=E/{2(v+1)} α t συντελεστής θερμικής διαστολής [1/ ο C] xxiii

Ιδιότητες διατομών και δομικών στοιχείων EI δυσκαμψία [knm 2 ], όπου Ι= Ι y ή I z GA S δυστμησία [kn], όπου A S = Α Sy ή Α Sz EA δυστένεια [kn] GI Τ δυστρεψία [knm 2 ], όπου I Τ =I x =J Εξωτερικά μεγέθη έντασης (φορτία και αντιδράσεις στήριξης) P ή F M L n(x) q(x) m Lx (x) m L (x) R Μ R μοναχική δύναμη [kn] μοναχική ροπή [knm] κατανεμημένο φορτίο κατά τη φορά του τοπικού άξονα x ενός στοιχείου [kn/m] κατανεμημένο φορτίο κατά τη φορά του εγκάρσιου άξονα ενός στοιχείου [kn/m] κατανεμημένη στρεπτική ροπή περί τον άξονα x ενός στοιχείου [knm/m] κατανεμημένη καμπτική ρoπή περί τον άξονα y ή z ενός στοιχείου [knm/m] αντίδραση (δύναμη) στήριξης ροπή πάκτωσης Καταναγκασμοί t(x) ομοιόμορφη (= σταθερή σε όλη τη διατομή x) θερμοκρασιακή φόρτιση [ ο C] t(x) ανομοιόμορφη (= γραμμικά μεταβαλλόμενη κατά το ύψος της διατομής x) θερμοκρασιακή φόρτιση [ ο C] Εσωτερικά εντασιακά μεγέθη (φορτία διατομής) δομικών στοιχείων Μ x, Μ T Μ y ή Μ Μ z ή Μ Q y Q z N M ik,r Μ(x), r ροπή στρέψης [knm] ροπή κάμψης περί τον άξονα y [knm] ροπή κάμψης περί τον άξονα z [knm] τέμνουσα δύναμη κατά y [kn] τέμνουσα δύναμη κατά z [kn] αξονική δύναμη [kn] ροπή στο σημείο ή στον κόμβο i προς τη διεύθυνση του σημείου ή κόμβου k {i,k : δείκτες θέσης, r : δείκτης αιτίου} διάγραμμα ροπών κάμψης λόγω του αιτίου r Αντίστοιχοι συμβολισμοί προς τους δύο προηγούμενους ισχύουν και για τα υπόλοιπα φορτία διατομής Παραμορφώσεις διατομών ε αξονική παραμόρφωση (μήκυνση, βράχυνση) [-] Νόμος του Hooke: ε=ν/(εα) γ διατμητική παραμόρφωση (ολίσθηση) [-] Νόμος του Hooke: γ=q/(ga S ) ζ στρεπτική παραμόρφωση (συστροφή) [1/m] Νόμος του Hooke: ζ=m T /(GΙ Τ ) κ καμπτική παραμόρφωση (καμπύλωση) [1/m] Νόμος του Hooke: κ=μ/(ει) xxiv

Μετακινήσεις και δυνάμεις πεπερασμένου στοιχείου δοκού e στο επίπεδο Χ-Ζ Στο τοπικό σύστημα αναφοράς {x e, y e } του στοιχείου e: u e = [ u ax u ay φ a u bx u by φ b ] et = [ u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 ] et ιάνυσμα των τοπικών κομβικών μετακινήσεων του στοιχείου e (κόμβοι a και b, με 3 ΒΕ έκαστος) ή τοπικό διάνυσμα κομβικών μετακινήσεων του στοιχείου e. Ο κάτω δείκτης z στο σύμβολο της στροφής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. s e = [ S ax S ay M a S bx S by M b ] et = [ S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 ] et ιάνυσμα των τοπικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e (= φορτία διατομής στα άκρα) ή τοπικό διάνυσμα κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e. Ο κάτω δείκτης z στο σύμβολο της ροπής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. Ισχύει: s e = s ue + s οe, όπου: s ue s οe ιάνυσμα των τοπικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e, οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στις κομβικές μετακινήσεις του στοιχείου. ιάνυσμα των τοπικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e, οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στη φόρτιση του στοιχείου μεταξύ των κόμβων του a και b. K e Τοπικό μητρώο στιβαρότητας του στοιχείου e: K e = [Κ ij ] e Ισχύει η σχέση: s ue = K e u e ή [s i ] ue = [Κ ij ] e [u j ] e και συνεπώς: s e = K e u e + s οe. K e//5, K e//4, K e//2, K e//3 Συρρικνωμένα τοπικά μητρώα στιβαρότητας του στοιχείου e s e//5, s e//4, s e//2, s e//3, u e//4, u e//2, u e//3 Συρρικνωμένα τοπικά διανύσματα του στοιχείου e K F e F e Θεμελιώδες μητρώο στιβαρότητας ενός (ισοστατικά εδραζόμενου) στοιχείου e Μητρώο ενδοσιμότητας ενός (ισοστατικά εδραζόμενου) στοιχείου e Στο καθολικό σύστημα αναφοράς {Χ, Ζ}: T e Μητρώο μετασχηματισμού του στοιχείου δοκού. Ισχύει η σχέση: Τ -1 = Τ Τ. u e = [ u aχ u aζ φ a u bχ u bζ φ b ] et = [ u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 ] et ιάνυσμα των καθολικών κομβικών μετακινήσεων του στοιχείου e ή καθολικό διάνυσμα κομβικών μετακινήσεων του στοιχείου e, όπου: u e = Τ eτ u e. Ο κάτω δείκτης Υ στο σύμβολο της στροφής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. s e = [ S aχ S aζ M a S bχ S bζ M b ] et = [ S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 ] et ιάνυσμα των καθολικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e ή καθολικό διάνυσμα κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e. Ισχύει: s e = s ue + s οe, όπου: s e = Τ et s e. Ο κάτω δείκτης Υ στο σύμβολο της ροπής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. s ue s οe ιάνυσμα των καθολικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e, οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στις κομβικές μετακινήσεις του στοιχείου, όπου: s ue = Τ et s ue. ιάνυσμα των καθολικών κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e, οι οποίες οφείλονται αποκλειστικά στη φόρτιση του στοιχείου μεταξύ των κόμβων του a και b, όπου: s οe = Τ eτ s οe. xxv

K e Καθολικό μητρώο στιβαρότητας του στοιχείου e: K e = [Κ ij ] e. Ισχύουν οι σχέσεις: s ue = K e u e ή [s i ] ue = [Κ ij ] e [u j ] e και συνεπώς: s e = K e u e + s οe και K e = (Τ e ) T K e Τ e. s* = [s (1), s (2), s (3),, s (Ε) ] T Συγκεντρωτικό διάνυσμα καθολικών κομβικών δυνάμεων όλων των στοιχείων με s* = s u * + s ο *. u* = [u (1), u (2), u (3),, u (Ε) ] T Συγκεντρωτικό διάνυσμα καθολικών κομβικών μετακινήσεων όλων των στοιχείων με s* = s u * + s ο *. K* = diag (K e ) Συγκεντρωτικό μητρώο στιβαρότητας όλων των στοιχείων e=1, 2,, E. Ισχύουν οι σχέσεις: s u *= K* u* και s* = K* u* + s ο *. Μετακινήσεις και δυνάμεις στους κόμβους του φορέα u kχ, u kυ, u kζ, φ kχ, φ kυ, φ kζ Μετατοπίσεις u [m] και στροφές φ [rad] του κόμβου k ενός χωρικού φορέα κατά τη φορά των καθολικών αξόνων Χ, Υ, Ζ αντιστοίχως. u k = [u kχ, u kυ, u kζ, φ kχ, φ kυ, φ kζ ] T ιάνυσμα μετακινήσεων (μετατοπίσεων και στροφών) του κόμβου k ενός χωρικού φορέα. Στο επίπεδο Χ-Ζ: u k =[u kχ, u kζ, φ k ] T, όπου ο κάτω δείκτης Υ στο σύμβολο της στροφής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. u = [u 1, u 2,, u k,, u Κ ] T ιάνυσμα κομβικών μετακινήσεων ενός φορέα με Κ κόμβους, ή u = [u 1, u 2,, u n,, u N ] T ιάνυσμα κομβικών μετακινήσεων ενός φορέα με N ΒΕ (συμπεριλαμβανομένων των μηδενικών, δηλαδή αγνοώντας τις στηρίξεις μετακινήσεις του ελεύθερου φορέα). F kχ, F kυ, F kζ, Μ LkΧ, Μ LkΥ, Μ LkΖ Εξωτερικά μοναχικά φορτία (δυνάμεις F [kn] και ροπές Μ L [knm]) στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα κατά τη φορά των καθολικών αξόνων Χ, Υ, Ζ αντιστοίχως. Ο κάτω δείκτης L (Load) τοποθετείται προς διάκριση από άλλες ροπές, για τις οποίες χρησιμοποιείται επίσης το γράμμα Μ. f k = [F kχ, F kυ, F kζ, M LkΧ, M LkΥ, M LkΖ ] T ιάνυσμα εξωτερικών κομβικών φορτίων στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα. Στο επίπεδο Χ-Ζ: f k =[F kχ, F kζ, Μ Lk ] T, όπου ο κάτω δείκτης Υ στο σύμβολο της ροπής παραλείπεται χάριν απλούστευσης. f = [f 1, f 2,, f k,, f Κ ] T ιάνυσμα εξωτερικών κομβικών φορτίων ενός φορέα με Κ κόμβους, ή f = [F 1, F 2,..., F n,..., F N ] T ιάνυσμα εξωτερικών κομβικών φορτίων ενός φορέα με N ΒΕ. R kχ, R kυ, R kζ, Μ RkΧ, Μ RkΥ, Μ RkΖ Αντιδράσεις στήριξης (δυνάμεις R [kn] και ροπές Μ R [knm]) στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα κατά τη φορά των καθολικών αξόνων Χ, Υ, Ζ αντιστοίχως. Ο κάτω δείκτης R (Reaction) τοποθετείται προς διάκριση από άλλες ροπές, για τις οποίες χρησιμοποιείται επίσης το γράμμα Μ. r k = [R kχ, R kυ, R kζ, M RkΧ, M RkΥ, M RkΖ ] T ιάνυσμα αντιδράσεων στήριξης στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα. Στο επίπεδο Χ-Ζ: f k =[R kχ, R kζ, Μ Rk ] T. r = [r 1, r 2,, r k,, r Κ ] T ιάνυσμα αντιδράσεων στήριξης ενός φορέα με Κ κόμβους, ή r = [R 1, R 2,..., R n,, R N ] T ιάνυσμα αντιδράσεων στήριξης ενός φορέα με N ΒΕ. xxvi

S o kχ, S o kυ, S o kζ, Μ o kχ, Μ o o kυ, Μ kζ Κομβικά φορτία (δυνάμεις S o [kn] και ροπές Μ o [knm]) στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα κατά τη φορά των καθολικών αξόνων Χ, Υ, Ζ αντιστοίχως, λόγω φόρτισης των πεπερασμένων στοιχείων που συμβάλλουν στον κόμβο αυτόν. Ο άνω δείκτης ο συμβολίζει ότι πρόκειται για μεγέθη που προέρχονται από την εξωτερική φόρτιση των πεπερασμένων στοιχείων. s o k = [S o kχ, S o kυ, S o kζ, M o kχ, M o kυ, M o kζ ] T ιάνυσμα κομβικών φορτίων στον κόμβο k ενός χωρικού φορέα στον χώρο λόγω φόρτισης των πεπερασμένων στοιχείων που συμβάλλουν στον κόμβο αυτόν. Στο επίπεδο Χ-Ζ: s o k =[S o kχ, S o kζ, Μ o k ] T. s o = [s o 1, s o 2,, s o k,, s o Κ ] T ιάνυσμα κομβικών φορτίων ενός φορέα με Κ κόμβους, λόγω φόρτισης των πεπερασμένων στοιχείων του, ή s o = [S o 1, S o 2,, S o o n,, S N ] T ιάνυσμα κομβικών φορτίων ενός φορέα με N ΒΕ, λόγω φόρτισης των πεπερασμένων στοιχείων του. P kχ, P kυ, P kζ, Μ EkΧ, Μ EkΥ, Μ EkΖ Κομβικές δυνάμεις P [kn] και ροπές Μ E [knm] στον κόμβο k του φορέα κατά τη φορά των καθολικών αξόνων Χ, Υ, Ζ αντιστοίχως, οι οποίες συμπεριλαμβάνουν όλες τις εξωτερικές επιρροές (δεδομένα εξωτερικά κομβικά φορτία ή/και κομβικά φορτία λόγω φόρτισης των πεπερασμένων στοιχείων που συμβάλλουν στον κόμβο k ή/και αντιδράσεις στήριξης στον κόμβο k). Ο κάτω δείκτης Ε (Εξωτερικές επιρροές) τοποθετείται προς διάκριση από άλλες ροπές, για τις οποίες χρησιμοποιείται επίσης το γράμμα Μ. p k = [P kχ, P kυ, P kζ, M EkΧ, M EkΥ, M EkΖ ] T ιάνυσμα κομβικών δυνάμεων στον κόμβο k στον χώρο. Στο επίπεδο Χ-Ζ: p k =[Ρ kχ, Ρ kζ, Μ Ek ] T. p = [p 1, p 2,, p k,, p Κ ] T ιάνυσμα κομβικών δυνάμεων λόγω εξωτερικών επιρροών για έναν φορέα με Κ κόμβους, ή p = [p 1, p 2,, p n,, p N ] T ιάνυσμα κομβικών δυνάμεων λόγω εξωτερικών επιρροών για έναν φορέα με N ΒΕ. Ισχύει: p = f + r - s o. Το διάνυσμα p ονομάζεται και διάνυσμα φόρτισης του ελεύθερου φορέα ή, χάριν συντομίας, ελεύθερο διάνυσμα φόρτισης. u R, f R, r R, s o R, p R ιανύσματα που προκύπτουν από τα διανύσματα u, f, r, s o, p αντιστοίχως, μετά την απαλοιφή των όρων που αντιστοιχούν σε μηδενικούς ΒΕ, δηλαδή στις στηρίξεις του φορέα. Σύνθεση του φορέα Α e Μητρώο αντιστοίχισης κομβικών BE του στοιχείου e, όπου: u e = Α e u. Α*= [Α (1), Α (2),.., Α (Ε) ] Τ Συγκεντρωτικό μητρώο αντιστοίχισης BE. Ισχύει η σχέση: u* = A* u. a e Μονόστηλος πίνακας αντιστοίχισης BE του στοιχείου e. a* = [a (1), a (2),, a (Ε) ] T Συγκεντρωτικός πίνακας αντιστοίχισης BE. s Aθροιστικό διάνυσμα εσωτερικών κομβικών δυνάμεων του φορέα: s= s u + s o. s, e Συνεισφορά του στοιχείου e στο αθροιστικό διάνυσμα s. B e = Α et Μητρώο αντιστοίχισης κομβικών δυνάμεων του στοιχείου e. Ισχύει η σχέση: s, e = B e s e. xxvii

B*= Α* Τ = [A (1) Τ, Α (2) Τ,, Α (Ε) Τ ] Συγκεντρωτικό μητρώο αντιστοίχισης δυνάμεων. Ισχύουν οι σχέσεις: s = A* Τ s*, s u = A* Τ s u * και s ο = A* Τ s ο *, b Τ * = a* Μονόστηλος πίνακας αντιστοίχισης δυνάμεων. K=[Κ ij ] Τ Α R, Α R Κ R Κ** Μητρώο στιβαρότητας του ελεύθερου φορέα ή ελεύθερο μητρώο στιβαρότητας του φορέα. Ισχύει η εξής σχέση στιβαρότητας (συνθήκη ισορροπίας): p = K u ή [P m ] = [Κ mn ] [u n ] (με m, n = 1,, Ν, όπου Ν = πλήθος ΒΕ). Ισχύει επίσης η σχέση: Κ = Α* Τ K* Α*. Μητρώα απαλοιφής των μηδενικών ΒΕ. Ισχύει: A RT A R = Ι. Μητρώο στιβαρότητας του δεσμευμένου (στηριζόμενου) φορέα ή, απλά, δεσμευμένο μητρώο στιβαρότητας. Ισχύει η εξής σχέση στιβαρότητας (συνθήκη ισορροπίας): p R = Κ R u R, όπου u R = A T R u το διάνυσμα των άγνωστων κομβικών μετακινήσεων, και p R = A T R p το δεσμευμένο διάνυσμα φόρτισης. Τροποποιημένο μητρώο στιβαρότητας του φορέα. Ισχύει η σχέση: K**u=p**, όπου p** το τροποποιημένο διάνυσμα φόρτισης του φορέα. Ενεργειακές και εργικές προτάσεις d σύμβολο (τελεστής) διαφόρισης (παραγώγισης) δ σύμβολο (τελεστής) μεταβολής, αλλά και γενικό σύμβολο για ένα μέγεθος παραμόρφωσης ή μετακίνησης W ίδιο έργο ή, απλά, έργο (εσωτερικό: W i, εξωτερικό: W e ) δw δυνατό έργο (εσωτερικό: δw i, εξωτερικό: δw e ) xxviii