平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序使用說明

1、pmgx平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序使用說明夏健明廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系2009.12目錄1 前言12 基本概念12.1 整體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系12.2 結(jié)點編號與單元編號12.3 結(jié)點位移22.4 結(jié)點的約束特征22.5 荷載的類型22.6 數(shù)據(jù)輸出32.7 是否考慮桿件的軸向變形33 平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序的使用33.1 數(shù)據(jù)輸入33.2 查看數(shù)據(jù)43.3 結(jié)構(gòu)計算43.4 計算結(jié)果43.5 幫助43.6 退出54 原始輸入數(shù)據(jù)說明54.1 基本信息（1行）54.2 結(jié)點約束信息（nj行）64.3 單元信息（ne行）64.4 結(jié)點荷載信息（np行，np0時輸入）64.5 非結(jié)點荷載信息（

2、nf行，nf0時輸入）64.6 結(jié)點坐標(biāo)信息(nj行)75 輸出格式說明75.1 結(jié)點位移75.2 單元內(nèi)力（ne行）76 顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖和剪力圖86.1 操作86.2 退出97 程序的文件說明98 算例99 其他問題14平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序使用說明1 前言平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序使用visual basic 6.0編寫，運行于windows 95, 98 2000, xp操作系統(tǒng)，可對平面桿系結(jié)構(gòu)進行矩陣位移法計算，輸出結(jié)構(gòu)的結(jié)點位移和單元桿端內(nèi)力，可在屏幕上顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖和剪力圖，并可對其進行放大、縮小、移動等操作。程序界面友好，使用方便。2 基本概念2.1 整體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系圖1 整

3、體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系整體坐標(biāo)系是結(jié)構(gòu)總的參考系，以水平軸為x軸，指向右為正；垂直軸為y軸，指向上為正；角位移以逆時針轉(zhuǎn)為正。如圖1所示。單元的局部坐標(biāo)系以桿軸線為軸，始端結(jié)點（i）指向終端結(jié)點（j）為正方向；軸逆時針轉(zhuǎn)90得軸。局部坐標(biāo)系與整體坐標(biāo)系的夾角為軸與x軸的夾角，逆時針轉(zhuǎn)為正。2.2 結(jié)點編號與單元編號圖2 結(jié)點與單元編號用矩陣位移法進行結(jié)構(gòu)分析時，需要對結(jié)構(gòu)進行結(jié)點編號。結(jié)構(gòu)的支座、剛結(jié)點、鉸結(jié)點、截面形狀突變處可看作結(jié)點，如圖2所示。兩結(jié)點間為單元，一般按順序?qū)卧幪枺瑔卧惺级私Y(jié)點和終端結(jié)點，如圖2所示單元（2），其始端結(jié)點為2，終端結(jié)點為3。2.3 結(jié)點位移圖3 結(jié)點的約束

4、特征平面桿系結(jié)構(gòu)每個結(jié)點有3個方向的位移，即水平位移x，豎向位移y，轉(zhuǎn)角。結(jié)點位移以整體坐標(biāo)系作參考系，當(dāng)位移與相應(yīng)的坐標(biāo)正向相同時為正。2.4 結(jié)點的約束特征結(jié)點每個方向位移會有一定的約束，有以下三種情況：（1）當(dāng)某方向位移被約束時，約束特征為-1，表示該方向無自由度。（2）當(dāng)某方向位移無約束，即該方向有自由度時，約束特征為0。（3）當(dāng)某方向位移的約束情況與其他結(jié)點相同，則其約束特征為與該方向約束情況相同的結(jié)點的結(jié)點號。如圖3所示鉸結(jié)點兩側(cè)有3、4結(jié)點，4結(jié)點的豎向位移與3結(jié)點相同，所以4結(jié)點豎向方向的約束特征為3。圖4 結(jié)點荷載2.5 荷載的類型程序可以處理結(jié)點荷載和非結(jié)點荷載。（1）結(jié)點

5、荷載結(jié)點荷載有水平方向集中力、豎直方向集中力和集中力偶，以整體坐標(biāo)系為參考系，與整體坐標(biāo)軸正向相同為正。（2）非結(jié)點荷載圖5 第1種非結(jié)點荷載程序可以處理以下三種非結(jié)點荷載第1類非結(jié)點荷載。如圖5所示，jt=1, me=單元號, ep=p, ea=a。第2類非結(jié)點荷載。如圖6所示，jt=2, me=單元號, ep=q, ea=0。圖6 第2種非結(jié)點荷載第3類非結(jié)點荷載。如圖7所示，jt=3, me=單元號, em=p, ea=a。圖7 第3種非結(jié)點荷載非結(jié)點荷載以局部坐標(biāo)系為參考系，圖5、6、7所示方向為正方向。2.6 數(shù)據(jù)輸出圖8 單元的桿端內(nèi)力程序輸出結(jié)構(gòu)的結(jié)點位移，輸出每個結(jié)點位移的三個

6、分量，即水平位移x，豎向位移y，轉(zhuǎn)角。以整體坐標(biāo)系為參考系，即水平位移向右為正，豎向位移向上為正，轉(zhuǎn)角逆時針轉(zhuǎn)為正。程序輸出每一單元的桿端內(nèi)力，以局部坐標(biāo)系為參考系，即軸力與局部坐標(biāo)軸軸正向相同為正，剪力與局部坐標(biāo)軸軸正向相同為正，彎矩逆時針轉(zhuǎn)為正。如圖8所示單元的桿端內(nèi)力正負號為：ni(+), nj(+), qi(+), qj(-), mi(+), mj(-)。2.7 是否考慮桿件的軸向變形結(jié)構(gòu)力學(xué)手算習(xí)慣是不考慮桿件的軸向變形的。在程序的計算中也可以不考慮桿件的軸向變形，可以這樣處理：單元的面積a輸0，單元兩端的位移在桿軸向的投影相等，則程序計算的桿端彎矩、剪力與手算結(jié)果相同，但軸力為0（

7、由于面積a為0），舍去軸力。若考慮桿件的軸向變形，輸入單元的截面面積，則桿端軸力不為0。3 平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序的使用在計算機任一驅(qū)動器（如c）上新建文件夾pmgx，把程序的所有文件拷貝到文件夾pmgx中，進入文件夾，雙擊可執(zhí)行文件pmgx.exe，則啟動本程序。進入程序的主菜單，有六個彈出式菜單：（1）數(shù)據(jù)輸入；（2）查看數(shù)據(jù)；（3）結(jié)構(gòu)計算；（4）計算結(jié)果；（5）幫助；（6）退出。各彈出式菜單的菜單項如下：3.1 數(shù)據(jù)輸入（1）編輯數(shù)據(jù)以編輯文本的方式輸入原始數(shù)據(jù)，修改原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)文件pmgx.txt中。（2）對話框輸入數(shù)據(jù)以對話框方式輸入原始數(shù)據(jù)。3.2 查看數(shù)據(jù)（1）數(shù)

8、據(jù)輸入以文本的方式查看已輸入的原始數(shù)據(jù)。（2）結(jié)構(gòu)圖形顯示已輸入原始數(shù)據(jù)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)圖形。3.3 結(jié)構(gòu)計算對平面桿系結(jié)構(gòu)進行矩陣位移法計算。3.4 計算結(jié)果（1）查看結(jié)果以文本方式顯示結(jié)構(gòu)的結(jié)點位移，單元桿端內(nèi)力。（2）彎矩圖顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖。（3）剪力圖顯示結(jié)構(gòu)的剪力圖。3.5 幫助（1）內(nèi)容顯示程序的幫助文件。（2）關(guān)于顯示程序的名稱、版本、開發(fā)者、說明等信息。3.6 退出退出本程序?？砂匆韵虏襟E使用本程序：1、編寫原始數(shù)據(jù)。2、在菜單“數(shù)據(jù)輸入”處輸入原始數(shù)據(jù)，可直接敲入原始數(shù)據(jù)，也可用對話框方式輸入。3、菜單“查看數(shù)據(jù)”，檢查所輸入原始數(shù)據(jù)。4、菜單“結(jié)構(gòu)計算”，對結(jié)構(gòu)進行矩陣位移法計

9、算。5、獲得計算成果。菜單項“計算結(jié)果”“查看結(jié)果”，可查看結(jié)點位移、單元內(nèi)力；菜單項“計算結(jié)果”“彎矩圖”，可顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖；菜單項“計算結(jié)果”“剪力圖”，可顯示結(jié)構(gòu)的剪力圖。6、退出程序，菜單項“退出”。4 原始輸入數(shù)據(jù)說明4.1 基本信息（1行）nj, ne, np, nf其中 hj：結(jié)點總數(shù)ne：單元總數(shù)np：結(jié)點荷載總數(shù)nf：非結(jié)點荷載總數(shù)4.2 結(jié)點約束信息（nj行）ix，iy，iq其中ix：x方向約束iy：y方向約束iq：方向約束約束信息的說明：被約束為-1；自由為0；與第n個結(jié)點位移相同，則為n(n0)。4.3 單元信息（ne行）ie，je，el，ea，ei，ee，eh其中i

10、e：單元的始端結(jié)點號je：單元的終端結(jié)點號el：單元桿長ea：單元截面面積ei：單元截面慣性矩ee：單元彈性模量eh：單元局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系的夾角（角度）4.4 結(jié)點荷載信息（np行，np0時輸入）jj，jd，pp其中jj：荷載作用結(jié)點號jd：荷載作用方向。x方向為1，y方向為2，方向為3。pp：荷載值4.5 非結(jié)點荷載信息（nf行，nf0時輸入）me，jt，ep，ea其中me：荷載作用單元號jt：荷載作用類型號。集中力為1，均布荷載為2，集中力偶為3。ep：荷載值ea：荷載距離4.6 結(jié)點坐標(biāo)信息(nj行)x, y其中x：結(jié)點的x坐標(biāo)y：結(jié)點的y坐標(biāo)5 輸出格式說明5.1 結(jié)點位移i,

11、x, y, 其中i：結(jié)點號x：x方向位移y：y方向位移：方向位移5.2 單元內(nèi)力（ne行）ie, ni, qi, mi, nj, qj, mj其中ie：單元號ni：單元i端軸力qi：單元i端剪力 mi：單元i端彎矩nj：單元j端軸力qj：單元j端剪力 mj：單元j端彎矩6 顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖和剪力圖進行結(jié)構(gòu)計算后，菜單項“計算結(jié)果”“彎矩圖”，可進入顯示結(jié)構(gòu)彎矩圖模塊，程序彈出一顯示彎矩圖的窗體，窗體有兩個彈出菜單：（1）操作；（2）退出。菜單的功能如下：6.1 操作有六個菜單項，分別如下：（1）放大放大彎矩圖，彎矩圖變成前一個圖形的2倍。（2）縮小縮小彎矩圖，彎矩圖變成前一個圖形的0.5倍。（

12、3）移動移動彎矩圖，按下鼠標(biāo)左鍵，屏幕上的光標(biāo)為雙箭頭形狀，拖動鼠標(biāo)，彎矩圖隨鼠標(biāo)移動，放松鼠標(biāo)左鍵，則彎矩圖停止移動，光標(biāo)恢復(fù)原來的箭頭形狀。（4）還原彎矩圖還原為原始狀態(tài)。（5）顯示彎矩值顯示桿端彎矩值。（6）隱藏彎矩值不顯示桿端彎矩值。 放大 縮小 移動 還原 顯示彎矩值 隱藏彎矩值圖9 工具欄的工具按鈕窗體的工具欄有以下工具按鈕，分別對應(yīng)一項菜單功能。如圖9所示。6.2 退出退出本程序。7 程序的文件說明本程序的主要文件及其功能說明如下：（1）pmgx.exe（可執(zhí)行文件）程序的主要文件，其功能包括本程序的大部分功能，有：顯示程序的主菜單，輸入原始數(shù)據(jù)，查看輸入數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)計算，輸出計算

13、結(jié)果。（2）notepad.exe（可執(zhí)行文件）借用windows的記事本程序，作為輸入原始數(shù)據(jù)的編輯器。（3）pmgx.txt（文本文件）儲存原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件。（4）pmgx.out（文本文件）儲存計算結(jié)果的數(shù)據(jù)文件。（5）pmgxh.txt程序的幫助文件。程序的文本文件可用任一個文本編輯器（記事本，書寫器，word等）編輯。圖10 算例1的計算簡圖8 算例算例1、如圖10（a）所示剛架，不考慮桿件軸向變形，用程序pmgx進行計算。解：結(jié)點和單元編號如圖10（b）所示，輸入數(shù)據(jù)為圖11 數(shù)據(jù)輸入對話框4,3,1,0-1,-1,-10,-1,02,-1,0-1,-1,-11,2,1,0,1,

14、1,902,3,1,0,2,1,03,4,1,0,1,1,-902,1,10,00,11,11,0圖12 算例1的彎矩圖圖13 算例1的剪力圖按以下步驟進行計算：（1）輸入原始數(shù)據(jù)?？芍苯虞斎朐紨?shù)據(jù)，菜單項“數(shù)據(jù)輸入”“編輯數(shù)據(jù)”，把以上數(shù)據(jù)直接敲入，保存文件，然后退出。也可以用對話框方式輸入數(shù)據(jù)，菜單項“數(shù)據(jù)輸入”“對話框輸入數(shù)據(jù)”，彈出數(shù)據(jù)輸入對話框，輸入結(jié)點總數(shù)：4，單元總數(shù)：3，結(jié)點荷載數(shù)：1，非結(jié)點荷載數(shù)：0。按對話框上邊的“確定”按鈕。對話框的結(jié)點約束信息表彈出4行，單元信息表彈出3行，結(jié)點荷載信息表彈出1行，非結(jié)點荷載信息表消失，結(jié)點坐標(biāo)信息表彈出4行，如圖11所示，敲入所有數(shù)

15、據(jù)，按下邊的“確定”鍵。（2）菜單項“查看數(shù)據(jù)” “輸入數(shù)據(jù)”，以文本方式輸入數(shù)據(jù)；菜單項“查看數(shù)據(jù)” “結(jié)構(gòu)圖形”，查看輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)圖。（3）菜單項“結(jié)構(gòu)計算” “計算”，對結(jié)構(gòu)進行矩陣位移法計算。（4）菜單項“計算結(jié)果” “查看結(jié)果”，查看結(jié)點位移、桿端內(nèi)力；菜單項“計算結(jié)果” “彎矩圖”，顯示結(jié)構(gòu)的彎矩圖，如圖12所示；菜單項“計算結(jié)果” “剪力圖”，顯示結(jié)構(gòu)的剪力圖，如圖13所示。（5）菜單項“退出” “退出”，退出本程序。算例2、如圖14（a）所示結(jié)構(gòu)，不考慮桿件的軸向變形，ei=常數(shù)，用pmgx計算。解：結(jié)點和單元編號如圖14（b）所示，輸入數(shù)據(jù)圖14 算例2的計算簡圖6,4,1

16、,1-1,-1,-10,-1,02,0,02,3,02,-1,0-1,-1,-11,2,8,0,1,1,902,3,4,0,1,1,04,5,4,0,1,1,06,5,8,0,1,1,903,2,-403,2,10,00,00,84,84,88,88,0其計算結(jié)果如下： 平面結(jié)構(gòu)分析程序 1.0 計算結(jié)果- 結(jié)點位移-結(jié)點號 水平位移 豎向位移 轉(zhuǎn)角 1 0.000e+00 0.000e+00 0.000e+00 2 -4.571e+01 0.000e+00 -2.286e+02 3 -4.571e+01 -1.547e+03 -4.657e+02 4 -4.571e+01 -1.547e+0

17、3 4.410e+02 5 -4.571e+01 0.000e+00 2.514e+02 6 0.000e+00 0.000e+00 0.000e+00- 單元內(nèi)力-單元號 i-n i-q i-m j-n j-q j-m 1 0.000e+00 -2.250e+01 -6.143e+01 0.000e+00 2.250e+01 -1.186e+02 2 0.000e+00 2.964e+01 1.186e+02 0.000e+00 -2.964e+01 0.000e+00 3 0.000e+00 -1.036e+01 7.638e-14 0.000e+00 5.036e+01 -1.214e+

18、02 4 0.000e+00 2.250e+01 5.857e+01 0.000e+00 -2.250e+01 1.214e+02 -圖15 算例2的彎矩圖歡迎使用平面桿系結(jié)構(gòu)分析程序！廣東水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木系夏健明。圖16 算例2的剪力圖彎矩圖如圖15所示，剪力圖如圖16所示。9 其他問題1、保存當(dāng)前結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)文件程序用數(shù)據(jù)文件pmgx.txt保存當(dāng)前結(jié)構(gòu)原始數(shù)據(jù)，需要計算新的結(jié)構(gòu)時，要刪除當(dāng)前數(shù)據(jù)?？砂匆韵虏僮鞅４娈?dāng)前數(shù)據(jù)：在編輯數(shù)據(jù)窗體中，菜單項“文件” “另存為”，把當(dāng)前數(shù)據(jù)保存在另一個文件中，輸入路徑及文件名，如d:pmgxjob1.txt，則把當(dāng)前數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)文件d:pmgxjob1.txt中。2、打開已保存的數(shù)據(jù)文件在編輯輸入數(shù)據(jù)窗體中，菜單項“文件” “打開”，打開已保存的數(shù)據(jù)文件，如d:pmgxjob1.txt，然后另存為pmgx.txt，由于該文件已存在