平面桁架內(nèi)力程序MHJS

平面桁架內(nèi)力分析程序

PMHJS

[摘要]

為改進(jìn)平面桁架設(shè)計(jì)不便的狀況，編制平面桁架內(nèi)力分析軟件PMHJS，經(jīng)過多種桁架的多次對(duì)比計(jì)算，準(zhǔn)確性較高，使用方便，可供工程應(yīng)用時(shí)參考。[關(guān)鍵詞]平面桁架內(nèi)力分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平面桁架設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中量大面廣的工作。我們采用界面有好、易學(xué)易用、編程簡潔、程序集成化程度高的VisualBasic6.0編制平面桁架內(nèi)力分析軟件PMHJS。PMHJS具有形象直觀使用方便的特點(diǎn)，在輸入數(shù)據(jù)的過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)糾正錯(cuò)誤，提高了工作效率。一、計(jì)算方法計(jì)算方法平面桁架內(nèi)力計(jì)算中采用下列假設(shè)：桁架的結(jié)點(diǎn)都是光滑的鉸結(jié)點(diǎn)。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(jié)點(diǎn)上。各結(jié)點(diǎn)按鉸接按結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是固定的，便于編寫統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)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(jié)點(diǎn)座標(biāo)、桿件參數(shù)、支承條件、荷載形式；將結(jié)構(gòu)離散化，分成有限個(gè)桿件單元，單無與單元之間以共同的結(jié)點(diǎn)相連結(jié)。然后，對(duì)每一單元計(jì)算其單元矩陣；將單元?jiǎng)偠染仃嚰铣烧w剛度矩陣；計(jì)算荷載列陣，形成位移方程右端的常數(shù)項(xiàng)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(jié)點(diǎn)位移；計(jì)算桿件內(nèi)力；輸出計(jì)算結(jié)果。1、局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃嚲仃嚁U(kuò)展形式為：

式—3簡寫矩陣形式為：

式—4

式中：—桿端力或稱結(jié)點(diǎn)力；—結(jié)點(diǎn)位移；—局部坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃嚒?、整體坐標(biāo)系下的單元?jiǎng)偠染仃囋诓煌淖鴺?biāo)系中，同一桿件單元的結(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換關(guān)系：

式—5式中：；；、、、分別為單元桿結(jié)點(diǎn)i、j在整體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，為桿的長度。式—5可簡寫為：式—6

式中：—局部坐標(biāo)系的單元結(jié)點(diǎn)力； —整體坐標(biāo)系的單元結(jié)點(diǎn)力； —坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣，這是一個(gè)正交矩陣。同一桿件的結(jié)點(diǎn)位移在不同坐標(biāo)系中有下列關(guān)系：式—9

將式(式—6)、(式—9)代入式(式—4)，經(jīng)矩陣運(yùn)算后，可得：式—10式(式—10)可寫為：式—11或?qū)憺椋菏健?2式（式—12）建立了單元結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，即單元?jiǎng)偠确匠?，[K]e稱為整體坐標(biāo)系下的單元?jiǎng)偠染仃?。式?3將式（式—13）中各項(xiàng)相乘展開，可得[K]e整體坐標(biāo)系中單元?jiǎng)偠染仃嚤磉_(dá)式為：

式—14

3、總體剛度矩陣集成

整體剛度矩陣是由單元?jiǎng)偠染仃嚰隙傻摹＜系倪^程分兩步，第一步將單元?jiǎng)偠染仃嚁U(kuò)大，更換結(jié)點(diǎn)編碼，形成擴(kuò)大的單元?jiǎng)偠染仃?；第二步子將各桿單元的擴(kuò)大剛度矩陣結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)編號(hào)集合而成整體矩陣。4、支承條件處理采用乘大數(shù)進(jìn)行支承條件處理。5、解剛度方程

每個(gè)結(jié)點(diǎn)位移的剛度元素只與和這一結(jié)點(diǎn)相連結(jié)的桿件的單元有關(guān)，與不相連接的桿件無關(guān)。整體剛度矩陣的元素集中在主對(duì)角線附近，呈帶分布。為節(jié)約存儲(chǔ)量，整體剛度矩陣集合后，只儲(chǔ)存最大半帶寬以內(nèi)的上半帶寬。最大半帶寬NB按下式計(jì)算： 程序采用半帶寬存儲(chǔ)消去法解方程，求出結(jié)點(diǎn)位移。6、桿件內(nèi)力用結(jié)點(diǎn)位移代入式（式—6）和式（式—12）求得桿件內(nèi)力。7、運(yùn)行程序起動(dòng)程序，初始界面為軟件封面，顯示文件名、版本號(hào)、編制日期。軟件封面顯示約2秒鐘后退出，接著顯示運(yùn)算主窗口。單擊“開始”按鈕，顯示基本參數(shù)輸入窗輸入控制信息：結(jié)點(diǎn)總數(shù)、單元總數(shù)、支撐約束數(shù)、荷載總數(shù)。單擊“繼續(xù)”按鈕，分別打開計(jì)算參數(shù)輸入窗口，輸入結(jié)點(diǎn)座標(biāo)、桿件細(xì)節(jié)、支撐約束信息、荷載信息。輸入?yún)?shù)時(shí)，可用滾動(dòng)條輸入數(shù)據(jù)也可直接在文本框內(nèi)鍵入數(shù)據(jù)。每輸入一組參數(shù)，在下部圖象窗口顯示計(jì)算參數(shù)的幾何圖象。方便用戶監(jiān)視計(jì)算參數(shù)輸入結(jié)果，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修改糾正。輸入?yún)?shù)時(shí)點(diǎn)擊“退出”按鈕，可關(guān)閉窗口退出運(yùn)算程序；點(diǎn)擊“后退”按鈕，可退至上一輸入?yún)?shù)窗口；點(diǎn)擊“清除”按鈕，可清除輸入框內(nèi)的數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊“查詢”按鈕，可重新顯示輸入數(shù)據(jù)。需修改數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)框，光標(biāo)移至需修改的數(shù)據(jù)框內(nèi)，鍵入新數(shù)據(jù)后敲[Enter]鍵確認(rèn)。數(shù)據(jù)綢輸完中返回訴計(jì)算體窗，寧跳出方“項(xiàng)吩目名研稱輸鳳入框醬”鍵缸入項(xiàng)駛目名呢稱。蓬敲“忘確認(rèn)座”按鍋鈕，懲關(guān)閉君“項(xiàng)霜目名魂稱輸湊入框仆”，吵隨即藥開始薦計(jì)算蘭。計(jì)都算完害在屏版幕圖析形框肥內(nèi)顯辨示計(jì)父算簡造圖，先跳出茅“計(jì)貸算結(jié)掘束”適信息憂框。爆敲“輝確認(rèn)阿”按榜鈕，娘關(guān)閉裝信息敘框，圾計(jì)算辣結(jié)束強(qiáng)。主窗秀口由悠三部扎份組日成：味左上把部分帥為下丟拉菜媽單；紅右部今分為懶操作談命令潮鍵區(qū)叉；中倚部為務(wù)運(yùn)算返圖象只顯示賓區(qū)。脾簡圖翻以彩饒色顯嬌示，永結(jié)點(diǎn)雨-紅柏色園乎圈，糠桿件蝕-綠赤色線總條，虹結(jié)點(diǎn)鉤及桿灘件號(hào)班數(shù)-冤黑色露，約江束-兔蘭色母粗線稿條。冠在圖秧象窗交口左爛、下校部顯木示Y租、X榜座標(biāo)混及座衫標(biāo)值掌。計(jì)那算結(jié)谷束后位敲“弄打印覽圖形蠅”按門鈕，搭打印戴計(jì)算偽簡圖接。輸入頂及輸匯出數(shù)執(zhí)據(jù)用歪文本狼文件漿“P牌mh痛jf為il必e.猛tx慕t”懷保存翁，點(diǎn)啄擊“熔文件封”、照“輸喝出文擋件”濟(jì)菜單正，調(diào)抖出查臭詢窗細(xì)，可比查閱麗“T述ps坑fi瓦le欣.t廈xt譽(yù)”文蓄件。并也可螺在運(yùn)喇算窗脖口雙先擊“根Pm早hj較fi什le唐.t良xt翼”文辜件鏈棵接框典，可浴調(diào)用滑“W愧in窯do璃ws熄”下禿的文鑼本處俗理器巨打開晌文件育，可品對(duì)文鉛件進(jìn)夫行編獵輯、蜜改名夕、打姓印及擠移動(dòng)偷。二、連算例“建筑志結(jié)構(gòu)膠靜力講計(jì)算壓手冊(cè)”四儲(chǔ)節(jié)間鵝芬克甜式屋謹(jǐn)架，薯全跨廈屋面嘗荷載丸，L筐/h飄=3恢，算貸例：表1腸全跨工屋面找荷載踢下桿戒件內(nèi)顛力對(duì)銜比桿號(hào)123456手冊(cè)查出內(nèi)力-2.7-2.15-0.830.752.251.5計(jì)算結(jié)果內(nèi)力-2.7042-2.1498-0.8320.75032.251.51、病芬克揉式屋魄架圖1慚靜力逃計(jì)算傭手冊(cè)數(shù)芬克緩式屋扔架簡復(fù)圖軟件述封面仍窗口運(yùn)算眾主窗柜口基本墻參數(shù)滅輸入纖窗口結(jié)點(diǎn)堂座標(biāo)晃輸入幫窗口結(jié)點(diǎn)漸座標(biāo)聽桿件妖細(xì)節(jié)攔輸入桿窗口支撐興點(diǎn)約籮束信蒙息輸捏入窗而口荷載慕信息鑰輸入飯窗口運(yùn)算祥結(jié)束錫計(jì)算鍵簡圖預(yù)窗口鏈接瘡紀(jì)事猾本顯姑示計(jì)殼算文誓件窗橡口輸出姻文件燒窗顯會(huì)示計(jì)波算文拘件程序但計(jì)算綱輸出允文件攻“P榮mh斤jf兩il位e.立tx羽t”蠢：平面水桁架哪設(shè)計(jì)陸軟件摩P羞M(jìn)H復(fù)JS貫1.甜0乖編制失：構(gòu)南什京工喚業(yè)大芬學(xué)土窩木工竹程學(xué)綢院--待--子--墊--鎮(zhèn)--悅--打--仗--呢--困--富--鉆--鐵--叨--拍--領(lǐng)--設(shè)--煌--者--共--很--巷--早--起--酒--陪--皂--拴--柔--校--純--汗--幟--寺--勝--害--繞--茂--惠--彎--園-工程尾項(xiàng)目發(fā)名稱津:芬鬼克式扛屋架臭全跨辱屋面植荷載日期凡=2體00裕3-壯02點(diǎn)-1候2俗時(shí)間波=1未4:詠17方:4拌0--趕--記--購--液--鉆--憂--煩--水--居--醫(yī)--隊(duì)--燭--喊--發(fā)--浸--趴--概--翻--報(bào)--孤--株--波--蜘--玩--蒜--爽--假--穩(wěn)--缸--臂--浙--餐--蓋--略--化--挨--廉--分--鬼--閘-輸錫入京參裕數(shù)伏:--算--述--軍--惜--隔--記--徐-結(jié)點(diǎn)菜總數(shù)炮N部N=剩7航單元犯總數(shù)駐N澆E=饅1于1支承條約束抓數(shù)東NC尤=妻3侮節(jié)坑點(diǎn)荷紀(jì)載數(shù)君N魔P=岔5--象--兵--血--悅--椅--艙--畝--樸--偽--啦--闊--蹈--坊--閣--崗--沸--島--栽-結(jié)憐點(diǎn)靈座妻標(biāo)慢：結(jié)衫點(diǎn)關(guān)序鼓號(hào)較X逗方拍向壁Y斗方脂向1植0胸02幟.7簡5致.批53喉1.槽08劫3殖04保1.乞5傻15拆1.晃91鞏7辜06夢(mèng)2.近25勸.57琴3糕0支杯撐噸點(diǎn)眼約型束識(shí)信濕息組：結(jié)牙點(diǎn)步號(hào)等方姥向宵(X巨=1悉、Y鐮=2鞋)1鉆11提27騙2--泳--刑--相--圓--抬--散--關(guān)--胞--設(shè)--蛙--能--貌--利--鋼--蒼--哪--暗--落-桿缺件漠細(xì)汽節(jié)局：桿榨號(hào)態(tài)端點(diǎn)姐號(hào)(胃起-孟止)碧桿喬截面垮積(探mm舌2)啞桿彈貢性模便量(近kN拐/m播m2獨(dú))1景1趕-只2豆1血12腥1宰-材3熔1糠13慣2莫-禿3綢1押14叢2吼-銅4讓1強(qiáng)15摧3瘡-帖4諸1察16注3青-領(lǐng)5慰1粥17喜4謎-銷5繩1臺(tái)18彎4姥-寶6漏1劈燕19乘5尋-尼6榴1園110滑5挑-巧7藍(lán)1控111朵6賢-出7燃1拼1各屈結(jié)沫點(diǎn)饅荷部載襪：結(jié)點(diǎn)俱號(hào)種荷撥載方漂向(咳X=恢1、混Y=低2)挪荷王載大教小(勤kN鍬)1寒2句-.牽52向2縮慧-14各2災(zāi)-16釀2剛-17希2冊(cè)-.不5計(jì)凳算廢結(jié)偉果歲部謎分夾：--墓--嗎--頭--送--遼--濾--為--謝--各槽結(jié)荷點(diǎn)喘位最移(氧mm惜)：結(jié)點(diǎn)降號(hào)醒X方些向錘Y方支向1吃0影02睬5弄.0迷46錢3茫-1截1.橋96戚373毀2純.4皮36勒7孫-1削3.童10魯114哲3炎.0烏62章2癢-1組2.祥48戒115晉3外.6好87繞7惑-1塔3.嚇10蠢116稠1則.0姿78瘦2扎-1使1.塔96貼377降6蒼.1炒24岡5井0各丈桿峽件葬內(nèi)木力(玻kN術(shù))洞：桿取號(hào)欠端點(diǎn)閉號(hào)(游起-泊止)沫桿康件內(nèi)蔥力(揮kN貓)1竄1掏-略2友-2木.7巷04默22房誠1版-絕3獨(dú)2蜘.2股53密2檔-蠶3斑-.歸83等24廟2兔-貼4某-2虧.1隔49疼85紗3吹-統(tǒng)4割.借75秀036緩3晌-競5胸1碑.57段4恰-窩5痛.費(fèi)75阿038未4顛-陡6風(fēng)-2睬.1端49肚89掠5黑-灘6熄-.群83償210煩5束-明7科2訓(xùn).2帶511伙6耗-醉7繞-2奮.7笛04翻23、德“建夸筑結(jié)太構(gòu)分姑析程洽序”啄算例“建筑屆結(jié)構(gòu)姨分析耗程序”計(jì)快算例柿題四晚：桿件飲彈性蹈模量但E=坐12初5k確N/眠mm蓬2。汪4、策5、育8、境9、屢10恥號(hào)桿豆面積漠A=怪16胖00擠m拾m2孟，其啦余各莖桿為姨40霞0鞏mm趣2。狀計(jì)算摟簡圖庫見圖爪3，逆計(jì)算爬窗口匯見圖伏4，佛桿件貿(mào)內(nèi)力假對(duì)比壓見表煉2。圖3配“氧建筑鎖結(jié)構(gòu)擋分析蹤蝶程序掏”算物例簡狠圖表2愿桿缺件內(nèi)羅力對(duì)紐奉比桿號(hào)算例結(jié)果計(jì)算結(jié)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獅建房誠筑結(jié)身構(gòu)分趟析程孫序計(jì)妖算圖狠象3、擋折線醉屋架“簡明逃建筑漠結(jié)構(gòu)爸設(shè)計(jì)偉手冊(cè)”跨西度1偏8m壞折線御屋架警，桿額件軸微線長躺度見圓圖5燈，全旱跨荷沿載內(nèi)但力系勿數(shù)見億圖6箭，計(jì)汁算出圈的桿紛件內(nèi)竭力見存表3送。圖5脹折線萌屋架艦簡圖桿號(hào)端點(diǎn)號(hào)(起-止)桿件內(nèi)力(kN)11-2-7.355321-36.917432-3-.