带弹性地基梁平面框架内力计算
1.1.1 程序编制原理
根据《计算结构力学》(朱慈勉 吴宇清,科学出版社),采用平面框架矩阵位移直接刚度法计算。矩阵位移法分析结构时需设定一个结构坐标系,采用右手坐标系 Oxy,结点位移和结点力均取与结构坐标的方向一致为正,其中结点的角位移和结点力矩按右手法则均取逆时针方向为正(x 轴逆时针转至 y 轴为正)。每个单元设定局部坐标系 Ixy,局部坐标系采用右手系,其原点设在单元的一个端点,使其与 x 轴与杆件的轴线相重合,并指向单元的别一个端点。局部坐标系相对于结构坐标系的方位角用 a 表示 。a 角定义为由结构 坐标系的 x 轴方向沿逆时针方向转至局部坐标系的 x 轴方向所转过的角度。弹性地基梁采用文克尔假定,采用初参数法利用挠曲线得解释解单元刚度。
1.1.2 程序输入格式
程序需输入 6 组原始数据,第 1 组为结构基本参数,分别为节点数、单元数、荷载条件数、边界条件数、杆件模量、刚架标识、含弹性地基梁标识、输入杆件断面 bh 或 ai 标识、基坑 m 法标识、节间荷载条件数;第 2 组为结点坐标,分别为结点编号、x,y;第 3 组为单元特性,分别为单元编号、起点节点号、终点节点号、杆件截面 b 或 a、杆件 h 或 i、弹性地基梁标识、弹性抗力;第 4 组为节点荷载信息,分别为节点号、x 轴向荷载、y 轴向荷载、节点力矩,为整体坐标系;第 5 组为支座约束信息,分别为支座结点编号、该支座结点在 x、y、转角方向位移状态的指示信息和 x、y、转角方向的已知位移值,为整体坐标系,若支座结点某一方向的位移是未知值时相应的位移状态的指示信息填 1,若位移是已知值时相应的指示信息填 0。指示信息 0 表示某项位移是已知的,1 表示某项位移是未知的。节点及单元编号从 1 开始,需连续不重复;第 6 组为节间荷载条件信息,采用单元局部坐标系,分别为单元编号、荷载类型、力或力矩或 qa、距 i 点距离 a 或 qb,各类型数据为 0 集中 力 距离、1 力矩 力 距离、2 均布 qa、3 三角 qa qb、4 梯形 qa qb。
刚架中的弹簧支座可等效为一刚架杆件,刚架杆件的轴向刚度 EA/L 与弹簧刚度相同,弯曲刚度 EI 充分小;刚架中的绞结点可在原绞结点邻近部位取一小段杆为特殊单元,长度充分小可取 0.01m,该单元横截面积与原杆相同,横截面惯性矩取充分小值原杆十万分之一(-5 次方)。
1.1.3 验证
《计算结构力学》(朱慈勉 吴宇清,科学出版社)例题计算结果与教材完全一致。