杆端位移影响单元变形和内力。由于结点的约束效应,一般情况下,杆端位移可根据结点位移进行表达,故结点位移成为体系计算的基本未知量。而结点位移编码,就是对体系所有可能产生的结点位移,按结构整体坐标系中的分量约定,连续编码,以确定结点位移向量的基本构成。
平面杆系结构的每个结点(此处所指为刚结点、无外约束)在整体坐标系下有3个位移分量(u,v,θ)。采用先处理法计算时,应按照结构的结点顺序,依次对每个结点的未知位移分量u,v,θ统一编码(即结点位移编码,也称为结点未知量编码)。
为便于程序编制,有几个约定,说明如下:
①对于取作基本未知量的结点未知量,连续编码,即1,2,…,n。
例如,图2.10中的刚结点1、2、3,各有3个结点未知量,故它们的结点位移编码分别为(列写于结点编号后括号内):
结点1(1,2,3),结点2(4,5,6),结点3(7,8,9)。
图2.10 结构位移分量编码
②对于已知的支座结点位移分量(包括为零和非零),编“0”号。
由于外约束对应的结点位移分量为已知值,不属基本未知量,应加以排除。例如,图2.10中的固端支座处结点4、结点5、结点6,在X、Y、θ3个方向都不可能产生未知位移,故它们的结点位移编码均为(0,0,0)。
先处理法中,对于支座处存在非零位移值者,对应位移分量仍应编“0”号,而将支座位移以单元广义荷载的形式引入。(www.daowen.com)
③当平面刚架内部有铰结点(全铰或半铰结点)时,由于铰结点无法协调连接各杆端的转角位移,结点转角将无法表达所有的杆端转角分量,为继续遵从“以结点位移表达杆端位移”这一约定,需要使用“重结点”编号模式。即对无法用单结点位移表达所有杆端位移处,增设一个(或多个)单独的结点号。
如图2.11(a)中,结点A连接的单元①、单元②的两个杆端,杆端位移分量中线位移相同,而转角不同,故结点对应的杆端位移不完全相同;它们的线位移分量采用相同编码,而转角采用不同编码,此时结点未知量编码分别为:结点2(1,2,3)、结点3(1,2,4)。图2.11(a)中结点B的情况也是如此。
上述方式也可用于处理定向结点,如图2.11(b)所示的结点C。由于结点C无法协调其左、右两侧竖向位移,所以引入重结点编号,保证两重结点间竖向位移相互独立。
图2.11 内部有特殊结点时的结点位移分量编码
④对于无效结点未知量(即计算中不需考虑的结点未知量),编“0”号。例如,平面桁架中的结点[如图2.12(a)中结点1、2、3、4]或平面组合结构中桁杆之间的铰结点[如图2.12(b)中结点7、8],由于桁杆转角与弹性变形(即内力)无关,杆端转角位移分量不需要考虑,故编“0”号。至于连接一般单元与桁架单元之间的铰结点[如图2.12(b)中的结点1、2、5、6],因其杆端转角位移分量仅仅影响与其连接的一般单元,而不影响与其连接的桁架单元(后者EI=0),故这些结点仍具有3个独立的位移未知量(分别为0,0,1;2,3,4;9,10,11和12,0,13),不需进行处理。
图2.12 有无效未知量的结点位移分量编码
对于忽略轴向变形的刚架,刚结点在某些方向上的位移分量不一定独立。如图2.13所示刚架,当忽略各杆的轴向变形时,横梁上结点2、3、4的水平位移X2=X3=X4,它们是同一个未知量,因此采用相同的结点未知量编码“2”。同理,柱(单元①)两端结点1、2的竖向位移Y1=Y2=0,因此采用相同编码“0”;柱(单元③)两端结点5、3的竖向位移Y5=Y3=0,因此也采用相同编码“0”。
图2.13 忽略轴向变形时结点位移分量编码
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