平面杆系结构分析程序使用说明.doc

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平面杆系结构分析程序使用说明
夏健明
广东水利电力职业技术学院土木工程系

目录
1 前言 1
2 基本概念 1
整体坐标系与局部坐标系 1
结点编号与单元编号 1
结点位移 2
结点的约束特征 2
荷载的类型 2
数据输出 3
是否考虑杆件的轴向变形 3
3 平面杆系结构分析程序的使用 3
数据输入 3
查看数据 4
结构计算 4
计算结果 4
帮助 4
退出 5
4 原始输入数据说明 5
基本信息(1行) 5
结点约束信息(NJ行) 6
单元信息(NE行) 6
结点荷载信息(NP行,NP>0时输入) 6
非结点荷载信息(NF行,NF>0时输入) 6
结点坐标信息(NJ行) 7
5 输出格式说明 7
结点位移 7
单元内力(NE行) 7
6 显示结构的弯矩图和剪力图 8
操作 8
退出 9
7 程序的文件说明 9
8 算例 9
9 其他问题 14
1 前言
平面杆系结构分析程序使用Visual Basic ,运行于Windows 95, 98 2000, XP操作系统,可对平面杆系结构进行矩阵位移法计算,输出结构的结点位移和单元杆端内力,可在屏幕上显示结构的弯矩图和剪力图,并可对其进行放大、缩小、移动等操作。程序界面友好,使用方便。
2 基本概念
整体坐标系与局部坐标系
图1 整体坐标系与局部坐标系
整体坐标系是结构总的参考系,以水平轴为x轴,指向右为正;垂直轴为y轴,指向上为正;角位移以逆时针转为正。如图1所示。
单元的局部坐标系以杆轴线为轴,始端结点(i)指向终端结点(j)为正方向;轴逆时针转90°得轴。局部坐标系与整体坐标系的夹角为轴与x轴的夹角α,逆时针转为正。
结点编号与单元编号
图2 结点与单元编号
用矩阵位移法进行结构分析时,需要对结构进行结点编号。结构的支座、刚结点、铰结点、截面形状突变处可看作结点,如图2所示。两结点间为单元,一般按顺序对单元编号,单元有始端结点和终端结点,如图2所示单元(2),其始端结点为2,终端结点为3。
结点位移
图3 结点的约束特征
平面杆系结构每个结点有3个方向的位移,即水平位移Δx,竖向位移Δy,转角θ。结点位移以整体坐标系作参考系,当位移与相应的坐标正向相同时为正。
结点的约束特征
结点每个方向位移会有一定的约束,有以下三种情况:
(1)当某方向位移被约束时,约束特征为-1,表示该方向无自由度。
(2)当某方向位移无约束,即该方向有自由度时,约束特征为0。
(3)当某方向位移的约束情况与其他结点相同,则其约束特征为与该方向约束情况相同的结点的结点号。如图3所示铰结点两侧有3、4结点,4结点的竖向位移与3结点相同,所以4结点竖向方向的约束特征为3。
图4 结点荷载
荷载的类型
程序可以处理结点荷载和非结点荷载。
(1)结点荷载
结点荷载有水平方向集中力、竖直方向集中力和集中力偶,以整体坐标系为参考系,与整体坐标轴正向相同为正。
(2)非结点荷载
图5 第1种非结点荷载
程序可以处理以下三种非结点荷载
①第1类非结点荷载。如图5所示,JT=1, ME=单元号, EP=P, EA=a。
②第2类非结点荷载。如图6所示,JT=2, ME=单元号, EP=q, EA=0。
图6 第2种非结点荷载
③第3类非结点荷载。如图7所示,JT=3, ME=单元号, EM=P, EA=a。
图7 第3种非结点荷载
非结点荷载以局部坐标系为参考系,图5、6、7所示方向为正方向。
数据输出
图8 单元的杆端内力
程序输出结构的结点位移,输出每个结点位移的三个分量,即水平位移Δx,竖向位移Δy,转角θ。以整体坐标系为参考系,即水平位移向右为正,竖向位移向上为正,转角逆时针转为正。
程序输出每一单元的杆端内力,以局部坐标系为参考系,即轴力与局部坐标轴轴正向相同为正,剪力与局部坐标轴轴正向相同为正,弯矩逆时针转为正。如图8所示单元的杆端内力正负号为:Ni(+), Nj(+), Qi(+), Qj(-), Mi(+), Mj(-)。
是否考虑杆件的轴向变形
结构力学手算习惯是不考虑杆件的轴向变形的。在程序的计算中也可以不考虑杆件的轴向变形,可以这样处理:单元的面积A输0,单元两端的位移在杆轴向的投影相等,则程序计算的杆端弯矩、剪力与手算结果相同,但轴力为