例:如圖1所示乙個二層框架,忽略其在豎向荷載作用下的框架側移,用分層法計算框架的彎矩圖,括號內的數字,表示各梁、柱桿件的線剛度值()。
圖1解:1、圖1所示的二層框架,可簡化為兩個如圖2、圖3所示的,只帶一層橫樑的框架進行分析。
圖2 二層計算簡圖
圖3 底層計算簡圖
2、計算修正後的梁、柱線剛度與彎矩傳遞係數
採用分層法計算時,假定上、下柱的遠端為固定,則與實際情況有出入。因此,除底層外,其餘各層柱的線剛度應乘以的修正係數。底層柱的彎矩傳遞係數為,其餘各層柱的彎矩傳遞係數為。
各層梁的彎矩傳遞係數,均為。
圖4 修正後的梁柱線剛度
圖5 各梁柱彎矩傳遞係數
3、計算各節點處的力矩分配係數
計算各節點處的力矩分配係數時,梁、柱的線剛度值均採用修正後的結果進行計算,如:
g節點處:
h節點處:
同理,可計算其餘各節點的力矩分配係數,計算結果見圖6、圖7。
圖6 二層節點處力矩分配係數
圖7 底層節點處力矩分配係數
4、採用力矩分配法計算各梁、柱桿端彎矩
(1)第二層:
①計算各梁杆端彎矩。先在g、h、i節點上加上約束,詳見圖8
圖8 二層計算簡圖
計算由荷載產生的、各梁的固端彎矩(順時針轉向為正號),寫在各梁杆端下方,見圖9:
在節點g處,各梁杆端彎矩總和為:
在節點h處,各梁杆端彎矩總和為:
在節點i處,各梁杆端彎矩總和為:
②各樑端節點進行彎矩分配,各兩次,詳見圖9
第一次彎矩分配過程:
放鬆節點g,即節點g處施加力矩,乘以相應分配係數0.668和0.332,得到樑端和柱端,按傳到gh梁h端;
放鬆節點i,即在節點i處施加力矩,乘以相應分配係數0.935和0.065,得到樑端和柱端,按傳到ih梁h端;
放鬆節點h,相應的在節點h處新加乙個外力偶矩,其中包括gh梁右端彎矩、ih梁左端彎矩、gh梁和ih梁傳來的彎矩。其值為,乘以分配係數,hi梁分配、hg梁分配、he柱分配,按傳到i端,按傳到g端。第一次分配過程完成。
第二次彎矩分配過程:
重複第一次彎矩分配過程,疊加兩次結果,得到杆端最終彎矩值。
③計算各柱的杆端彎矩。二層柱的遠端彎矩為各柱的近端彎矩的(即傳遞係數為),帶*號的數值是各梁的固端彎矩,各桿分配係數寫在圖中的長方框內
圖9 二層彎矩分配傳遞過程
(2)第一層:
①計算各梁杆端彎矩。先在d、e、f節點上加上約束,詳見圖10
圖10 底層計算簡圖
計算由荷載產生的、各梁的固端彎矩(順時針轉向為正號),寫在各梁杆端下方:
在節點d處,各梁杆端彎矩總和為:
在節點e處,各梁杆端彎矩總和為:
在節點i處,各梁杆端彎矩總和為:
②各樑端節點進行彎矩分配,各兩次,分配以及傳遞過程同第二層,但彎矩傳遞時要注意傳遞係數的差別。
③計算各柱的杆端彎矩。二層柱的遠端彎矩為各柱的近端彎矩的(即傳遞係數為),底層柱的遠端彎矩為近端彎矩的(即傳遞係數為),帶*號的數值是各梁的固端彎矩,各桿分配係數寫在圖中的長方框內。
圖11 底層彎矩分配傳遞過程
5、將二層與底層各梁、柱桿端彎矩的計算結果疊加,就得到各梁、柱的最後彎矩圖,詳見圖12。
圖12 彎矩圖(單位:)
6、力矩再分配
由以上各梁、柱的杆端彎矩圖可知,節點處有不平衡力矩,可以將不平衡力矩再在節點處進行一次分配,此次分配只在節點處進行,並且在各桿件上不再傳遞。在本題中,由於不平衡力矩相對較小,力矩可不再分配。
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