平面桁架內力分析程序MHJS

平面桁架內力分析程序

PMHJS

[摘要]

為改進平面桁架設計不便的狀況，編制平面桁架內力分析軟件PMHJS，經(jīng)過多種桁架的多次對比計算，準確性較高，使用方便，可供工程應用時參考。[關鍵詞]平面桁架內力分析計算機輔助設計平面桁架設計是工程設計中量大面廣的工作。我們采用界面有好、易學易用、編程簡潔、程序集成化程度高的VisualBasic6.0編制平面桁架內力分析軟件PMHJS。PMHJS具有形象直觀使用方便的特點，在輸入數(shù)據(jù)的過程中能及時發(fā)現(xiàn)糾正錯誤，提高了工作效率。一、計算方法計算方法平面桁架內力計算中采用下列假設：桁架的結點都是光滑的鉸結點。各桿的軸線都是直線并通過鉸的中心。荷載和支座反力都作用在結點上。各結點按鉸接按結構靜力分析有兩種基本方法：力法與位移法。矩陣位移法的基本結構是固定的，便于編寫統(tǒng)一的計算機程序，PMHJS采用矩陣位移法編制。分析步驟如下：輸入原始數(shù)據(jù)，結點座標、桿件參數(shù)、支承條件、荷載形式；將結構離散化，分成有限個桿件單元，單無與單元之間以共同的結點相連結。然后，對每一單元計算其單元矩陣；將單元剛度矩陣集合成整體剛度矩陣；計算荷載列陣，形成位移方程右端的常數(shù)項向量；引入支承條件，修改位移法方程；求解位移法方程，求出結點位移；計算桿件內力；輸出計算結果。1、局部坐標系中的單元剛度矩陣矩陣擴展形式為：

式—3簡寫矩陣形式為：

式—4

式中：—桿端力或稱結點力；—結點位移；—局部坐標系中的單元剛度矩陣。2、整體坐標系下的單元剛度矩陣在不同的坐標系中，同一桿件單元的結點力轉換關系：

式—5式中：；；、、、分別為單元桿結點i、j在整體坐標系中的坐標值，為桿的長度。式—5可簡寫為：式—6

式中：—局部坐標系的單元結點力； —整體坐標系的單元結點力； —坐標旋轉矩陣，這是一個正交矩陣。同一桿件的的結點位移移在不同坐坐標系中有有下列關系系：式—9將式(式—6)、(式—9)代入式(式—4)，經(jīng)矩陣運運算后，可可得：式—10式(式—10)可寫為：式—11或寫為：式—12式（式—12）建立了單單元結點和和結點位移移的關系，，即單元剛剛度方程，，[K]e稱為整體坐坐標系下的的單元剛度度矩陣。式—13將式（式—13）中各項相相乘展開，，可得[K]e整體坐標系系中單元剛剛度矩陣表表達式為：：式—143、總體剛度度矩陣集成成整體剛度矩矩陣是由單單元剛度矩矩陣集合而而成的。集集合的過程程分兩步，，第一步將將單元剛度度矩陣擴大大，更換結結點編碼，，形成擴大大的單元剛剛度矩陣；；第二步子子將各桿單單元的擴大大剛度矩陣陣結構的結結點編號集集合而成整整體矩陣。。4、支承條件件處理采用乘大數(shù)數(shù)進行支承承條件處理理。5、解剛度方方程每個結點位位移的剛度度元素只與與和這一結結點相連結結的桿件的的單元有關關，與不相相連接的桿桿件無關。。整體剛度度矩陣的元元素集中在在主對角線線附近，呈呈帶分布。。為節(jié)約存存儲量，整整體剛度矩矩陣集合后后，只儲存存最大半帶帶寬以內的的上半帶寬寬。最大半半帶寬NB按下式計算算：程序采用半半帶寬存儲儲消去法解解方程，求求出結點位位移。6、桿件內力力用結點位移移代入式（（式—6）和式（式式—12）求得桿件件內力。7、運行程序序起動程序，，初始界面面為軟件封封面，顯示示文件名、、版本號、、編制日期期。軟件封封面顯示約約2秒鐘后退出出，接著顯顯示運算主主窗口。單單擊“開始始”按鈕鈕，顯示基基本參數(shù)輸輸入窗輸入入控制信息息：結點總總數(shù)、單元元總數(shù)、支支撐約束數(shù)數(shù)、荷載總總數(shù)。單擊“繼續(xù)續(xù)”按鈕鈕，分別打打開計算參參數(shù)輸入窗窗口，輸入入結點座標標、桿件細細節(jié)、支撐撐約束信息息、荷載信信息。輸入入?yún)?shù)時，，可用滾動動條輸入數(shù)數(shù)據(jù)也可直直接在文本本框內鍵入入數(shù)據(jù)。每每輸入一組組參數(shù)，在在下部圖象象窗口顯示示計算參數(shù)數(shù)的幾何圖圖象。方便便用戶監(jiān)視視計算參數(shù)數(shù)輸入結果果，發(fā)現(xiàn)錯錯誤及時修修改糾正。。輸入?yún)?shù)數(shù)時點擊““退出”按按鈕，可關關閉窗口退退出運算程程序；點擊擊“后退””按鈕，可可退至上一一輸入?yún)?shù)數(shù)窗口；點點擊“清除除”按鈕，，可清除輸輸入框內的的數(shù)據(jù)；點點擊“查詢詢”按鈕，，可重新顯顯示輸入數(shù)數(shù)據(jù)。需修修改數(shù)據(jù)時時，點擊數(shù)數(shù)據(jù)框，光光標移至需需修改的數(shù)數(shù)據(jù)框內，，鍵入新數(shù)數(shù)據(jù)后敲[Enter]鍵確認。數(shù)據(jù)輸完完返回計計算窗，，跳出““項目名名稱輸入入框”鍵鍵入項目目名稱。。敲“確確認”按按鈕，關關閉“項項目名稱稱輸入框框”，隨隨即開始始計算。。計算完完在屏幕幕圖形框框內顯示示計算簡簡圖，跳跳出“計計算結束束”信息息框。敲敲“確認認”按鈕鈕，關閉閉信息框框，計算算結束。。主窗口由由三部份份組成：：左上部部分為下下拉菜單單；右部部分為操操作命令令鍵區(qū)；；中部為為運算圖圖象顯示示區(qū)。簡簡圖以彩彩色顯示示，結點點-紅色園圈圈，桿件件-綠色線條條，結點點及桿件件號數(shù)-黑色，約約束-蘭色粗線線條。在在圖象窗窗口左、、下部顯顯示Y、X座標及座座標值。。計算結結束后敲敲“打印印圖形””按鈕，，打印計計算簡圖圖。輸入及輸輸出數(shù)據(jù)據(jù)用文本本文件““Pmhjfile.txt”保存，點點擊“文文件”、、“輸出出文件””菜單，，調出查查詢窗，，可查閱閱“Tpsfile.txt”文件。也也可在運運算窗口口雙擊““Pmhjfile.txt”文件鏈接接框，可可調用““Windows”下的文本本處理器器打開文文件，可可對文件件進行編編輯、改改名、打打印及移移動。二、算例例“建筑結構構靜力計計算手冊冊”四節(jié)間芬芬克式屋屋架，全全跨屋面面荷載，，L/h=3，算例：：表1全跨屋面面荷載下下桿件內內力對比比桿號123456手冊查出內力-2.7-2.15-0.830.752.251.5計算結果內力-2.7042-2.1498-0.8320.75032.251.51、芬克式式屋架圖1靜力計算算手冊芬芬克式屋屋架簡圖圖軟件封面面窗口運算主窗窗口基本參數(shù)數(shù)輸入窗窗口結點座標標輸入窗窗口結點座標標桿件細細節(jié)輸入入窗口支撐點約約束信息息輸入窗窗口荷載信息息輸入窗窗口運算結束束計算簡簡圖窗口口鏈接紀事事本顯示示計算文文件窗口口輸出文件件窗顯示示計算文文件程序計算算輸出文文件“Pmhjfile.txt”：平面桁架架設計軟軟件PMHJS1.0編制：南南京京工業(yè)大大學土木木工程學學院---------------------------------------------------------------------------------工程項目目名稱:芬克式屋屋架全跨跨屋面荷荷載日期=2003-02-12時間=14:17:40---------------------------------------------------------------------------------輸入?yún)?shù)數(shù):---------------結點總總數(shù)NN=7單元總總數(shù)NE=11支承約束束數(shù)NC=3節(jié)點荷載載數(shù)NP=5-------------------------------------結點座座標標：結點序序號號X方向Y方向1002.75.531.083041.5151.917062.25.5730支撐點點約約束信信息息：結點號號方方向向(X=1、Y=2)111272-------------------------------------桿件細細節(jié)節(jié)：桿號端端點號(起-止)桿截面積積(mm2)桿彈性模模量(kN/mm2)11-21121-31132-31142-41153-41163-51174-51184-61195-611105-711116-711各結點點荷荷載：：結點號荷荷載載方向(X=1、Y=2)荷載大小小(kN)12-.522-142-162-172-.5計算結結果果部分分：：------------------各結點點位位移(mm)：結點號X方向Y方向10025.0463-11.963732.4367-13.101143.0622-12.481153.6877-13.101161.0782-11.963776.12450各桿件件內內力(kN)：桿號端端點號(起-止)桿件內力力(kN)11-2-2.704221-32.2532-3-.83242-4-2.149853-4.750363-51.574-5.750384-6-2.149895-6-.832105-72.25116-7-2.70423、“建筑結構構分析程序””算例“建筑結構分析析程序”計算例題四四：桿件彈性模量量E=125kN/mm2。4、5、8、9、10號桿面積A=1600mm2，其余各桿為為400mm2。計算簡圖見見圖3，計算窗口見見圖4，桿件內力對對比見表2。圖3“建筑結構分析析程序”算例例簡圖表2桿件內力對比比桿號算例結果計算結果145.3236745.3236227.8267327.82673-14.59979-14.59974-69.67654-69.67645-5.80254-5.8025618.8739418.8739722.8057922.80578-26.6918-26.69179-16.12611-16.126110-21.21323-21.21321118.8739118.87391215.0000415圖4建筑結構分析析程序計算圖圖象3、折線屋架“簡明建筑結構構設計手冊”跨度18m折線屋架，桿桿件軸線長度度見圖5，全跨荷載內內力系數(shù)見圖圖6，計算出的桿桿件內力見表表3。圖5折線屋架簡圖圖桿號端點號(起-止)桿件內力