实验报告一 平面刚架内力计算程序APF日期： 2013.4.19 实验地点： 综合楼503 实验目的：1、通过实验加深对静定、超静定结构特性的认识。
如各杆刚度改变对内力分布的影响、温度和沉陷变形因数的影响等。
2、观察并分析刚架在静力荷载及温度作用下的内力和变形规律，包括刚度的变化，结构形式的改变，荷载的作用位置变化等因素对内力及变形的影响。
对结构静力分析的矩阵位移法的计算机应用有直观的了解。
3、掌握杆系结构计算的《求解器》的使用方法。
实验设计1： 计算图示刚架当梁柱刚度分别为15、11、15、110时结构的内力和位移，由此分析当刚架在水平荷载作用下横梁的水平位移与刚架梁柱比（12I I ）之间的关系。
(计算时忽略轴向变形)。
一、 数据文件：（1）TITLE, 实验一变量定义,EI1=1 变量定义,EI2=0.2（1, 5, 10） 结点,1,0,0 结点,2,0,4 结点,3,6,0 结点,4,6,4单元,1,2,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,2,4,1,1,1,1,1,1 结点支承,1,6,0,0,0,0 结点支承,3,6,0,0,0,0 结点荷载,2,1,100,0单元材料性质,1,2,-1,EI1,0,0,-1 单元材料性质,3,3,-1,EI2,0,0,-1 END二、主要计算结果：位移：(2)令I2=1时，I1=5,1,0.2,0.1弯矩：(1) 令I1=1时，I2=0.2,1,5,10①梁柱刚度比I2：I1为1：5时的刚架弯矩图如下②梁柱刚度比I2：I1为1：1时的刚架弯矩图如下③梁柱刚度比I2：I1为5：1时的刚架弯矩图如下④梁柱刚度比I2：I1为10：1时的刚架弯矩图如下三、结果分析及结论：（1）无论EI1和EI2的值如何改变，只要EI2:EI1的值不改变，那么刚架的弯矩图都是相同的；且随着钢架梁柱刚度比EI2:EI1的增大，两柱的弯矩的反弯点向下移动；横梁的弯矩的反弯点保持在中点不变；（2）在保持钢架梁刚度不变的情况下，当I1=1，I2=0.2,1,5,10时，随着钢架梁柱刚度比（I2：I1）的增大，刚架在水平荷载作用下的横梁的水平位移变小，其值分别为：711.11/EI1，426.67/EI1，304.76/EI1，286.18/EI1 结论：在水平荷载保持不变的情况下：（1）增大梁柱的抗弯刚度比值可使梁端的弯矩值增大，同时也会使柱底端的弯矩值变小，即刚架梁柱刚度比的变化影响梁柱的内力分配。
（2）横梁的水平位移随结构总刚度的增加而减少。
（3）钢架梁的水平位移与梁柱的抗弯刚度比值关系不大，而与柱的抗弯刚度的大小的关系大，柱的抗弯刚度越小，梁的水平位移越大，即横梁的水平位移主要由柱刚度控制；由此可以大致定论，在门式钢架结构中，提高柱的刚度比提高梁的刚度更有利于控制结构的水平位移。
α，各实验设计2：求作图示刚架温度变化时的弯矩图。
设61-=10⨯105.1⨯=E N/cm2，5杆的截面尺寸均为50cm×40cm。
试分析当改变截面尺寸（设各杆截面尺寸均为50cm×60cm，及50cm×80cm）时，对结构的内力的影响。
如果截面尺寸均为50cm×40cm，温度变化为内侧降温300C，外侧升温100C，分析温度变化对内力的影响。
结点、单元编号示意图↑一、数据文件：TITLE,实验二变量定义,E=1.5E7,B=0.5,H=0.4 (0.6, 0.8),EA=E*B*H,EI=E*B*H*H*H/12变量定义,t1=-30(10),t2=10(-30)结点,1,0,0结点生成,4,2,1,1,1,6,0结点生成,1,1,1,9,2,0,8单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元生成,4,1,1,2单元,2,4,1,1,1,1,1,1单元生成,3,6,6,2结点支承,1,6,0,0,0,0结点支承,3,6,0,0,0,0结点支承,5,6,0,0,0,0结点支承,7,6,0,0,0,0结点支承,9,6,0,0,0,0单元材料性质,1,9,EA,EI,0,0,-1单元温度改变,1,1,(t1+t2)/2,t1-t2,0.00001,H单元温度改变,2,4,t2,0,0.00001,H单元温度改变,5,5,(t1+t2)/2,t2-t1,0.00001,H单元温度改变,6,9,(t1+t2)/2,t1-t2,0.00001,HEND二、计算结果（弯矩和轴力）：（1）当H＝0.4, B=0.5时刚架的弯矩图和轴力图：M图（单位：KN·m）N图（单位：KN）（2）当H＝0.6, B=0.5时刚架的弯矩图和轴力图：M图（单位：KN·m）N图（单位：KN）（3）当H＝0.8, B=0.5时刚架的弯矩图和轴力图：M图（单位：KN·m）N图（单位：KN）三、温度变化内侧降温300C，外侧升温100C时刚架的弯矩图和轴力图：M图（单位：KN·m）N图（单位：KN）三、结果分析及结论：1.当刚架外侧降温300C，内侧升温100C时：（1）在刚架截面的宽度不变（50cm），随着高度增大（分别为40cm、60cm、80cm），有弯矩的杆件的弯矩值都增大，所有杆件的轴力都增大；（2）对于上下表面温差不为零的杆件（即边柱和梁），温度降低的一侧，杆件受拉；温度升高的一侧，杆件受压；（3）而刚架内部上下表面温差为零的杆件（即两根中柱和对称柱），两中柱底端外侧受拉，顶端里侧受拉，对称柱没有弯矩；（4）从轴力图可知，两中柱受压，其它杆件受拉。
2.当刚架的外侧升温100C，内侧降温300C时，在刚架的宽度为50cm，高度为40cm的情况下：（1）上下表面温差不为零的杆件（即边柱和梁），降温的一侧，杆件受拉；升温的一侧，杆件受压；（2）而刚架内部上下表面温差不变的杆件（即两根中柱和对称柱），两中柱底端外侧受拉，顶端里侧受拉，对称柱没有弯矩；（3）从轴力图可知，两根边柱和对称柱受压，中柱和梁受拉。
由此可得出结论：（1）当杆件有温差时，弯矩图的竖矩出现在降温面的一侧，升温面产生压应力，降温面产生拉应力；（2）随着杆件截面高度的增大（宽度不变，即刚度增大），各有弯矩的杆件的弯矩值增大，有轴力的杆件轴力也增大，即刚度变化影响内力的变化，刚度越大，内力越大，反之，内力越小；（3）两端约束作用下，杆件轴心降温轴力为正，升温为负。
实验报告二平面桁架内力计算日期：2013.4.26实验地点：综合楼503实验目的：（1）考察并分析桁架的结构形式、刚度、荷载作用位置等因素对桁架内力及变形的影响及规律。
（2）对比平行桁架和三角桁架的受力特点及杆件内力的变化规律；平行弦桁架和三角形桁架在相同荷载作用下内力的不同；荷载上承（荷载作用在上弦杆上）和下承（荷载作用在相应的下弦杆上）时各杆内力的变化。
（3）掌握杆系结构计算的《结构力学求解器》的使用方法和对矩阵位移法计算位移的了解。
通过实验加深对静定、超静定结构特性的认识。
实验设计：计算图示桁架的内力和位移。
分析：1. 刚度对内力和位移（跨中竖向位移）的影响；2.平行弦桁架和三角形桁架在相同荷载作用下内力的不同；3.荷载上承（荷载作用在上弦杆上，如图）和下承（荷载作用在相应的下弦杆上）时各杆内力的变化。
（a）(b)一、数据文件：三、图(a)所示的桁架的数据文件如下：TITLE, 实验三（平行弦桁架）变量定义,EA=1(2\5\10)结点,1,0,0结点生成,6,2,1,1,1,2,0结点生成,1,1,1,13,2,0,2单元,1,2,1,1,0,1,1,0单元生成,6,1,1,2单元,1,3,1,1,0,1,1,0单元生成,5,8,8,2单元,2,3,1,1,0,1,1,0单元生成,2,20,20,2单元,7,10,1,1,0,1,1,0单元生成,2,23,23,2结点支承,1,3,0,0,0结点支承,13,3,0,0,0结点荷载,2(1),1,0.5,-90结点荷载,14(13),1,0.5,-90结点荷载,4(3),1,1,-90结点荷载,6(5),1,1,-90结点荷载,8(7),1,1,-90结点荷载,10(9),1,1,-90结点荷载,12(11),1,1,-90单元材料性质,1,25,EA, 0.000001,0,0,-1 END（2）图(b)所示的桁架的数据文件如下：TITLE, 实验三（三角形桁架）变量定义,EA=1结点,1,0,0结点生成,6,1,1,1,1,2,0结点,8,2,2/3结点,9,4,4/3结点,10,6,2结点,11,8,4/3结点,12,10,2/3单元,1,2,1,1,0,1,1,0单元生成,5,1,1,1单元,1,8,1,1,0,1,1,0单元,8,9,1,1,0,1,1,0单元,9,10,1,1,0,1,1,0单元,10,11,1,1,0,1,1,0单元,11,12,1,1,0,1,1,0单元,12,7,1,1,0,1,1,0单元,2,8,1,1,0,1,1,0单元,8,3,1,1,0,1,1,0单元,9,4,1,1,0,1,1,0单元,11,4,1,1,0,1,1,0单元,12,5,1,1,0,1,1,0结点支承,1,3,0,0,0结点支承,7,3,0,0,0结点荷载,1,1,0.5,-90结点荷载,8,1,1,-90结点荷载,9,1,1,-90结点荷载,10,1,1,-90结点荷载,11,1,1,-90结点荷载,12,1,1,-90结点荷载,7,1,0.5,-90单元材料性质,1,21,EA,0.000001,0,0,-1END二、计算结果：1. 结构各单元内力：（1）图（a）所示桁架在图中力的作用下产生的单元内力图如下：N图（荷载上承）N图（荷载下承）(2) 图（b）所示桁架在图中力的作用下产生的单元内力图如下：N图（荷载上承）2. 不同刚度时，图（a）跨中的竖向位移。
二、结果分析：刚度对内力和位移（跨中竖向位移）的影响：在相同荷载的作用下，平行弦桁架随着杆件刚度的增大，桁架内力不变，跨中的竖向位移变小；平行弦桁架和三角形桁架在相同荷载作用下内力的不同：（1）在相同荷载的作用下，平行弦桁架的上弦杆受压，且由外向里（由边直腹杆往对称轴的方向）杆件受力是逐渐变大的，三角形桁杆的上弦杆也受压，但由外向里杆件受力是逐渐变小的；（2）在相同荷载的作用下，平行弦桁架的下弦杆受拉（其中下弦边杆受力为零），且由外向里杆件受力是逐渐变大的，三角形桁杆的下弦杆也受拉，但由外向里杆件受力情况是：下弦边杆与第二边杆受力相同，且比中杆受力大；（3）在相同荷载的作用下，平行弦桁架的直腹杆受压，且由外向里受力是逐渐变小的，三角形桁杆的直腹杆受拉，且由外向里受力是逐渐变大的（三角形桁杆的边直腹杆受力为零）；（4）在相同荷载的作用下，平行弦桁架的斜腹杆受拉，且由外向里受力是逐渐变小的，三角形桁杆的斜腹杆受压，且由外向里受力是逐渐变大的。