用曙光软件计算桁架结构.doc

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1、用曙光软件计算桁架结构第二十三题案例9土木工程郑仕文043553题目：如图所示桁架，各杆的横截面面积A及弹性模量E均相同，A＝100cm2，E＝21000kN/cm2。P=60kN，分析当P变为方向竖直向上、大小为60kN的力时，各杆轴力的变化。一、软件计算结果这是一个静定桁架结构，虽然结构比较简单，用手算亦可得出各杆轴力，但重复劳动显得过多。这里运用计算机软件进行计算，高速简便，可以提高不少效率。建立结构并输入相应数据后，可在“显示结果”的杆件内力中看到轴力示图，如下：计算各杆轴力结果图为了更清晰地看到各杆轴力，可以在随附的自动生成结果文件内查看各杆轴力值然后按照题意改变

2、集中力的方向后，再进行一次分析求解，得如下轴力示图：两次加载的计算结果相减，最终就可以得到各杆轴力的变化了，如下：各杆轴力变化单元号材料名称ΔN=N2－N1（KN）1杆材料-200.00002杆材料-160.00003杆材料-160.00004杆材料-200.00005杆材料160.00006杆材料160.00007杆材料160.00008杆材料160.00009杆材料0.000010杆材料0.000011杆材料0.000012杆材料0.000013杆材料0.0000各杆编号对应图二、分析不难发现，改变外界荷载后，整个桁架中各杆的轴力值变为原值的相反数。这是由外加的集中力方

3、向变为原来的反向造成的结果。对于这一现象其实不难理解，如果把两次外荷载叠加，则总的外荷载为零，那么结构中所有构件在此总荷载下的内力自然就应为零。由于这些构件的内力亦可由两次外荷载下各杆轴力的叠加得出。所以第二次荷载下，各杆件的轴力就应该取第一次荷载下各杆件轴力的相反数，这样才能使得其两次叠加后的值为零。三、用手算求解验证R2R1本题为静定简单桁架结构，可先分析零杆，得9、10、11号杆为零杆，算出支座反力R1、R2，然后运用节点法可自左向右求出左半部分结构的杆件轴力，再运用对称性，可知结构左右杆件轴力情况对称。即可得出所有杆件轴力。两次相减可得变化值：杆件号ΔN=N2－N1

4、（KN）1-2002-1603-1604-200516061607160816090100110120130手算的结果与用曙光软件算出的完全一样，可见之前的结果与分析是正确的。四、结论从以上计算可以看到，对于桁架结构，一旦外荷载反相，其中的每一根杆件的轴力都将反相。原本的拉力变为压力，而压力变为拉力。这种巨大内力分布变化会对整个结构造成巨大影响。所以在进行结构的设计时，决不能将荷载的方向估计错，否则将犯下重大的错误！但是鉴于结构的外荷载的随机性，在实际设计中只能估算出一个大致的方向。在极端情况下，荷载很可能反向，如屋面在正常情况下荷载方向向下，当遇到大风时其荷载方向会变为向

5、上！这时我们就需要根据不同结构的重要性进行稳定性设计。通常的结构就只考虑一般荷载下一些构件的抗拉与一些构件的抗压性能，重要的结构则不仅考虑一般情况下的内力，特殊情况下的内力反向也要充分考虑，使得组成该结构的各部分既能抵抗平时的拉（或压）应力，又能抵抗一部分特殊情况下的反向应力。另外，我们还可以努力在极端情况来临之前做好及时的预测，抢在内力变化之前做好加固保护工作。这也能使结构度过短时的特殊内力阶段。五、完成本题过程中的一些体会（随附的自我感言）本题先后运用了电算和手算两种方法。两者算出的结果虽相同，但手算所用时间明显多于机算（前者方法笔者用了10分钟，而后者方法仅耗时0.0

6、32s！）。可见将计算机技术运用于结构荷载的计算能节省很多人力及时间的投入。不过，通过这次实践，我也深刻体会到用好一个计算软件的不易，虽然计算过程仅百分之三秒，但之前的一次次的熟悉、摸索与试验却耗费了大量的时间。为了将来能节省更多的时间，取得更高的效率，我感觉必须趁在校阶段就尽量熟悉常用结构计算软件的用法和思路。有能力的话更应再往后编制出更好用易学的软件，为结构荷载的电算普及做好准备并献上自己的绵薄之力。下面还有一些在软件使用中发现的小技巧，作为附件仅供参考。在反复的实践中，我发现可以在绘制节点前先打开“格点”和“格点捕捉”，根据题中跨度，可将一个格点的宽度定为1m。然后直

7、接用鼠标按照提供的尺寸完成节点的布置，而不是建立坐标通过命令设点。运用这样一个技巧，可以迅速建立结构，并且避免如支座图例太大等通过后一种方法而产生的一些难以把握的问题。当然此法仅限于如本题这般的简单桁架，更复杂更不规则的桁架还是推荐建立坐标后设点。另外，在生成结果之前一定要先选中要观察的构件，如此题即13根杆件，否则将无法在结果中得到想要的数据。