平面杆系结构分析程序使用说明.doc

pmgx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2009.12目录1 前言12 基本概念12.1 整体坐标系与局部坐标系12.2 结点编号与单元编号12.3 结点位移22.4 结点的约束特征22.5 荷载的类型22.6 数据输出32.7 是否考虑杆件的轴向变形33 平面杆系结构分析程序的使用33.1 数据输入33.2 查看数据43.3 结构计算43.4 计算结果43.5 帮助43.6 退出54 原始输入数据说明54.1 基本信息（1行）54.2 结点约束信息（nj行）64.3 单元信息（ne行）64.4 结点荷载信息（np行，np0时输入）64.5 非结点荷载信息（nf行，nf0时输入）64.6 结点坐标信息(nj行)75 输出格式说明75.1 结点位移75.2 单元内力（ne行）76 显示结构的弯矩图和剪力图86.1 操作86.2 退出97 程序的文件说明98 算例99 其他问题14平面杆系结构分析程序使用说明1 前言平面杆系结构分析程序使用visual basic 6.0编写，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2.1 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，逆时针转为正。2.2 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。2.3 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x，竖向位移y，转角。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。2.4 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2.5 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第1类非结点荷载。如图5所示，jt=1, me=单元号, ep=p, ea=a。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。2.6 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x，竖向位移y，转角。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(-)。2.7 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0（由于面积a为0），舍去轴力。若考虑杆件的轴向变形，输入单元的截面面积，则杆端轴力不为0。3 平面杆系结构分析程序的使用在计算机任一驱动器（如c）上新建文件夹pmgx，把程序的所有文件拷贝到文件夹pmgx中，进入文件夹，双击可执行文件pmgx.exe，则启动本程序。进入程序的主菜单，有六个弹出式菜单：（1）数据输入；（2）查看数据；（3）结构计算；（4）计算结果；（5）帮助；（6）退出。各弹出式菜单的菜单项如下：3.1 数据输入（1）编辑数据以编辑文本的方式输入原始数据，修改原始数据。原始数据保存在数据文件pmgx.txt中。（2）对话框输入数据以对话框方式输入原始数据。3.2 查看数据（1）数据输入以文本的方式查看已输入的原始数据。（2）结构图形显示已输入原始数据所构成的结构图形。3.3 结构计算对平面杆系结构进行矩阵位移法计算。3.4 计算结果（1）查看结果以文本方式显示结构的结点位移，单元杆端内力。（2）弯矩图显示结构的弯矩图。（3）剪力图显示结构的剪力图。3.5 帮助（1）内容显示程序的帮助文件。（2）关于显示程序的名称、版本、开发者、说明等信息。3.6 退出退出本程序。可按以下步骤使用本程序：1、编写原始数据。2、在菜单“数据输入”处输入原始数据，可直接敲入原始数据，也可用对话框方式输入。3、菜单“查看数据”，检查所输入原始数据。4、菜单“结构计算”，对结构进行矩阵位移法计算。5、获得计算成果。菜单项“计算结果”“查看结果”，可查看结点位移、单元内力；菜单项“计算结果”“弯矩图”，可显示结构的弯矩图；菜单项“计算结果”“剪力图”，可显示结构的剪力图。6、退出程序，菜单项“退出”。4 原始输入数据说明4.1 基本信息（1行）nj, ne, np, nf其中 hj：结点总数ne：单元总数np：结点荷载总数nf：非结点荷载总数4.2 结点约束信息（nj行）ix，iy，iq其中ix：x方向约束iy：y方向约束iq：方向约束约束信息的说明：被约束为-1；自由为0；与第n个结点位移相同，则为n(n0)。4.3 单元信息（ne行）ie，je，el，ea，ei，ee，eh其中ie：单元的始端结点号je：单元的终端结点号el：单元杆长ea：单元截面面积ei：单元截面惯性矩ee：单元弹性模量eh：单元局部坐标系与总体坐标系的夹角（角度）4.4 结点荷载信息（np行，np0时输入）jj，jd，pp其中jj：荷载作用结点号jd：荷载作用方向。x方向为1，y方向为2，方向为3。pp：荷载值4.5 非结点荷载信息（nf行，nf0时输入）me，jt，ep，ea其中me：荷载作用单元号jt：荷载作用类型号。集中力为1，均布荷载为2，集中力偶为3。ep：荷载值ea：荷载距离4.6 结点坐标信息(nj行)x, y其中x：结点的x坐标y：结点的y坐标5 输出格式说明5.1 结点位移i, x, y, 其中i：结点号x：x方向位移y：y方向位移：方向位移5.2 单元内力（ne行）ie, ni, qi, mi, nj, qj, mj其中ie：单元号ni：单元i端轴力qi：单元i端剪力 mi：单元i端弯矩nj：单元j端轴力qj：单元j端剪力 mj：单元j端弯矩6 显示结构的弯矩图和剪力图进行结构计算后，菜单项“计算结果”“弯矩图”，可进入显示结构弯矩图模块，程序弹出一显示弯矩图的窗体，窗体有两个弹出菜单：（1）操作；（2）退出。菜单的功能如下：6.1 操作有六个菜单项，分别如下：（1）放大放大弯矩图，弯矩图变成前一个图形的2倍。（2）缩小缩小弯矩图，弯矩图变成前一个图形的0.5倍。（3）移动移动弯矩图，按下鼠标左键，屏幕上的光标为双箭头形状，拖动鼠标，弯矩图随鼠标移动，放松鼠标左键，则弯矩图停止移动，光标恢复原来的箭头形状。（4）还原弯矩图还原为原始状态。（5）显示弯矩值显示杆端弯矩值。（6）隐藏弯矩值不显示杆端弯矩值。 放大 缩小 移动 还原 显示弯矩值 隐藏弯矩值图9 工具栏的工具按钮窗体的工具栏有以下工具按钮，分别对应一项菜单功能。如图9所示。6.2 退出退出本程序。7 程序的文件说明本程序的主要文件及其功能说明如下：（1）pmgx.exe（可执行文件）程序的主要文件，其功能包括本程序的大部分功能，有：显示程序的主菜单，输入原始数据，查看输入数据，结构计算，输出计算结果。（2）notepad.exe（可执行文件）借用windows的记事本程序，作为输入原始数据的编辑器。（3）pmgx.txt（文本文件）储存原始数据的数据文件。（4）pmgx.out（文本文件）储存计算结果的数据文件。（5）pmgxh.txt程序的帮助文件。程序的文本文件可用任一个文本编辑器（记事本，书写器，word等）编辑。图10 算例1的计算简图8 算例算例1、如图10（a）所示刚架，不考虑杆件轴向变形，用程序pmgx进行计算。解：结点和单元编号如图10（b）所示，输入数据为图11 数据输入对话框4,3,1,0-1,-1,-10,-1,02,-1,0-1,-1,-11,2,1,0,1,1,902,3,1,0,2,1,03,4,1,0,1,1,-902,1,10,00,11,11,0图12 算例1的弯矩图图13 算例1的剪力图按以下步骤进行计算：（1）输入原始数据。可直接输入原始数据，菜单项“数据输入”“编辑数据”，把以上数据直接敲入，保存文件，然后退出。也可以用对话框方式输入数据，菜单项“数据输入”“对话框输入数据”，弹出数据输入对话框，输入结点总数：4，单元总数：3，结点荷载数：1，非结点荷载数：0。按对话框上边的“确定”按钮。对话框的结点约束信息表弹出4行，单元信息表弹出3行，结点荷载信息表弹出1行，非结点荷载信息表消失，结点坐标信息表弹出4行，如图11所示，敲入所有数据，按下边的“确定”键。（2）菜单项“查看数据” “输入数据”，以文本方式输入数据；菜单项“查看数据” “结构图形”，查看输入数据的结构图。（3）菜单项“结构计算” “计算”，对结构进行矩阵位移法计算。（4）菜单项“计算结果” “查看结果”，查看结点位移、杆端内力；菜单项“计算结果” “弯矩图”，显示结构的弯矩图，如图12所示；菜单项“计算结果” “剪力图”，显示结构的剪力图，如图13所示。（5）菜单项“退出” “退出”，退出本程序。算例2、如图14（a）所示结构，不考虑杆件的轴向变形，ei=常数，用pmgx计算。解：结点和单元编号如图14（b）所示，输入数据图14 算例2的计算简图6,4,1,1-1,-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其计算结果如下： 平面结构分析程序 1.0 计算结果- 结点位移-结点号 水平位移 竖向位移 转角 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+03 4.410e+02 5 -4.571e+01 0.000e+00 2.514e+02 6 0.000e+00 0.000e+00 0.000e+00- 单元内力-单元号 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+02 4 0.000e+00 2.250e+01 5.857e+01 0.000e+00 -2.250e+01 1.214e+02 -图15 算例2的弯矩图欢迎使用平面杆系结构分析程序！广东水利职业技术学院土木系夏健明。图16 算例2的剪力图弯矩图如图15所示，剪力图如图16所示。9 其他问题1、保存当前结构的数据文件程序用数据文件pmgx.txt保存当前结构原始数据，需要计算新的结构时，要删除当前数据。可按以下操作保存当前数据：在编辑数据窗体中，菜单项“文件” “另存为”，把当前数据保存在另一个文件中，输入路径及文件名，如d:pmgxjob1.txt，则把当前数据保存在数据文件d:pmgxjob1.txt中。2、打开已保存的数据文件在编辑输入数据窗体中，菜单项“文件” “打开”，打开已保存的数据文件，如d:pmgxjob1.txt，然后另存为pmgx.txt，由于该文件已存在