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框架结构的内力与位移计算4．1 概述框架结构是目前多、高层建筑中常采用的结构形式之一。
框架在结构力学中称为刚架，结构力学中已经比较详细地介绍了超静定刚架(框架)内力和位移的计算方法，比较常用的手算方法有全框架力矩分配法、无剪力分配法和迭代法等，均为精确算法。
但在实用中大多已被更精确、更省人力的计算机分析方法(矩阵位移法)所代替。
不过，其中有些手算近似计算方法由于其计算简单、易于掌握，又能反映刚架受力和变形的基本特点，目前在实际工程中应用还很多，特别是在初步设计时的估算，手算的近似方法仍为设计人员所常用。
多、高层建筑结构在进行内力与位移计算中，为使计算简化，必须作出一些假定，以下将讨论一些结构计算中的基本假定：(1)弹性工作状态假定：结构在荷载作用下的整体工作按弹性工作状态考虑，内力和位移按弹性方法计算。
但对于框架梁及连梁等构件，可考虑局部塑性变形，内力重分布。
(2)平面结构假定：任何结构都是一个空间结构，实际风荷载及地震作用方向是随意的、不定的。
为简化计算，对规则的框架、框架—剪力墙、剪力墙结构体系及框筒结构，可将结构沿两个正交主轴方向划分为若干平面抗侧力结构—若干榀框架、若干片墙，以承受该框架、墙平面方向的水平力(风荷载及水平地震作用)，框架、墙不承受垂直于其平面方向的水平力。
(3)刚性楼面假定：各平面|考试大|抗侧力结构之间通过楼板相互联系并协同工作。
一般情况下，可认为楼板在自身平面内刚度无限大，而楼板平面外刚度很小，可以不考虑。
为保证楼面在平面内刚度，在设计中应采取相应的构造措施。
但当楼面有大开孔、楼面上有较长的外伸段、底层大空间剪力墙结构的转换层楼面以及楼面的整体性较差时，宜对采用刚性楼面假定的计算结果进行调整或在计算中考虑楼面的平面内刚度。
在上述假定下，内力分析时要解决两个问题：一个是按各片抗侧力结构的相对刚度大小，分配水平荷载至各片抗侧力结构；另一个是计算每片抗侧力结构在所分到的水平荷载作用下的内力及位移。
《高层建筑结构与抗震》辅导材料四框架结构内力与位移计算学习目标1、熟悉框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的弯矩图形、剪力图形和轴力图形；2、熟悉框架结构内力与位移计算的简化假定及计算简图的确定；3、掌握竖向荷载作用下框架内力的计算方法——分层法；4、掌握水平荷载作用下框架内力的计算方法——反弯点法和D值法，掌握框架结构的侧移计算方法。
学习重点1、竖向荷载作用下框架结构的内力计算；2、水平荷载作用下框架结构的内力及侧移计算。
框架在结构力学中称为刚架，刚架的内力和位移计算方法很多，可分为精确算法和近似算法。
精确法是采用较少的计算假定，较为接近实际情况地考虑建筑结构的内力、位移和外荷载的关系，一般需建立大型的代数方程组，并用电子计算机求解；近似算法对建筑结构引入较多的假定，进行简化计算。
由于近似计算简单、易于掌握，又能反映刚架受力和变形的基本特点，因此近似的计算方法仍为工程师们所常用。
本章内容主要介绍框架结构在荷载作用下内力与位移的近似计算方法。
其中分层法用于框架结构在竖向荷载作用下的内力计算，反弯点法和D值法用于框架结构在水平荷载作用下的内力计算。
既然是近似计算，就需要熟悉框架结构的计算简图和各种计算方法的简化假定。
一、框架结构计算简图的确定一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，可以按照第四章所述的平面结构假定的简化原则，忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将框架结构简化为沿横方向和纵方向的平面框架，承受竖向荷载和水平荷载，进行内力和位移计算。
结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析，若作用于纵向框架上的荷载各不相同，则必要时应分别进行计算。
框架结构的节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。
在常见的现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，这时节点应简化为刚接节点；对于现浇钢筋混凝土柱与基础的连接形式，一般也设计成固定支座，即为刚性连接。
结构力学大作业—多层多跨框架结构内力计算多层多跨框架结构是一种常见的建筑结构形式，具有良好的承载能力和空间利用率。
在设计和施工过程中，需要对该结构的内力进行计算，以确保结构的安全可靠性。
本文将介绍多层多跨框架结构内力计算的方法和步骤。
首先，需要进行结构的荷载分析。
根据设计要求和使用功能，确定结构所受的重力荷载、风荷载和地震荷载等。
根据荷载的作用位置和方向，进行荷载分解和转换，将荷载分配给各个构件。
其次，进行结构模型的建立。
采用有限元分析软件（如ANSYS、ABAQUS等）或者手工计算的方法，将结构划分为有限个构件，建立相应的杆件模型。
注意考虑构件的截面形状、材料性质和连接方式等。
然后，进行结构的静力分析。
根据结构的平衡条件和变形规律，建立结构的刚性方程组。
通过求解刚性方程组，得到结构的各个节点的位移和构件内力。
需要注意的是，在多层多跨框架结构中，由于存在多个层和多个跨度，结构的刚性方程组会比较复杂，需要采用适当的计算方法（如直接刚度法、位移法等）进行求解。
最后，进行结构的动力分析。
根据结构的动力特性（如固有周期、振型等），确定结构所受的地震荷载或者其他动力荷载，并进行结构的动力响应分析。
通过求解结构的动力方程组，得到结构的振动位移和构件的动力响应。
在进行内力计算时，需要考虑结构的整体受力平衡和构件的局部受力平衡。
对于整体受力平衡，需要保证结构的静力平衡，即各个节点的受力之和为零。
对于局部受力平衡，需要考虑构件的内力传递和受力集中等因素，以确保构件的强度和稳定性。
在实际计算过程中，需要根据具体的结构形式和工程要求，选择适当的计算方法和假设条件。
特别是在多层多跨框架结构中，由于受力情况的复杂性，需要进行合理的简化和近似，以提高计算效率和准确性。
综上所述，多层多跨框架结构内力计算是结构力学领域的重要内容之一、通过对结构的荷载分析、模型建立、静力分析和动力分析等步骤的综合运用，可以得到结构的内力分布情况，为结构的设计和施工提供科学依据。
空间结构中的力学行为分析在建筑和工程领域中，空间结构是指由梁、柱、墙等构件组成的三维结构体系。
这些构件在承受荷载时会发生力学行为，因此对空间结构的力学行为进行分析是非常重要的。
一、力学行为的分类空间结构的力学行为可以分为静力学行为和动力学行为两类。
静力学行为是指在静力平衡条件下，结构在荷载作用下的变形和力的分布情况。
静力学行为的分析是建筑和工程设计的基础，通过计算和模拟，可以确定结构的稳定性和安全性。
动力学行为是指结构在受到外界激励时的响应情况。
这些激励可以是地震、风力、交通振动等。
动力学行为的分析可以帮助设计师评估结构的抗震性能和振动特性，从而进行合理的结构设计和改进。
二、力学行为的分析方法1. 静力学分析方法静力学分析是通过建立结构的数学模型，应用静力学原理和力学方程进行计算和分析。
常用的静力学分析方法包括刚度法、弹性理论、有限元法等。
刚度法是一种基于刚度的分析方法，通过计算结构的刚度矩阵和荷载向量，可以求解结构的位移和内力。
弹性理论基于弹性材料的假设，将结构看作由弹性构件组成的整体，通过应力-应变关系来分析结构的响应。
有限元法则是将结构离散化为有限个单元，通过求解节点的位移和应力，来模拟整个结构的力学行为。
2. 动力学分析方法动力学分析是通过建立结构的动力学模型，考虑结构的质量、刚度和阻尼等因素，来研究结构在外界激励下的响应。
常用的动力学分析方法包括模态分析、响应谱分析和时程分析等。
模态分析是一种基于结构的固有振动模态进行分析的方法。
通过求解结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，可以评估结构的振动特性和抗震性能。
响应谱分析是一种基于结构的响应谱进行分析的方法，通过结合地震动的频谱和结构的频率响应，来评估结构在地震作用下的最大响应。
时程分析是一种基于结构的动力学方程进行数值求解的方法，通过模拟结构在时间上的响应，来研究结构的振动行为。
三、力学行为的影响因素空间结构的力学行为受到多种因素的影响，包括结构的几何形状、材料的性质、荷载的大小和方向等。
空间位移的概念空间位移的概念空间位移是物体在三维空间中的运动，它是指物体从一个位置到另一个位置的距离和方向的变化。
在物理学和工程学中，空间位移通常用于描述物体在三维空间中的运动轨迹。
一、基本概念1.1 空间位移的定义空间位移是指物体从一个位置到另一个位置的距离和方向的变化。
它可以用矢量来表示，即由起点和终点两个点组成的有向线段。
1.2 空间位移与平面位移的区别平面位移是指物体在平面内从一个位置到另一个位置的距离和方向的变化。
与之相比，空间位移是指物体在三维空间中从一个位置到另一个位置的距离和方向的变化。
1.3 空间位移与向量的关系由于空间位移可以用矢量来表示，因此它与向量密切相关。
事实上，矢量就是描述物体在三维空间中运动时所发生的空间位移。
二、计算方法2.1 二维平面上任意两点之间距离公式设两点坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)，则它们之间的距离为：d = √[(x2-x1)² + (y2-y1)²]2.2 三维空间中任意两点之间距离公式设两点坐标分别为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，则它们之间的距离为：d = √[(x2-x1)² + (y2-y1)² + (z2-z1)²]2.3 空间位移的计算方法设起点坐标为(x1,y1,z1)，终点坐标为(x2,y2,z2)，则空间位移可以表示为：D = √[(x2-x1)² + (y2-y1)² + (z2-z1)²]三、应用领域3.1 物理学中的应用在物理学中，空间位移是描述物体运动轨迹的重要概念。
例如，在牛顿力学中，物体的运动可以用空间位移来描述。
3.2 工程学中的应用在工程学中，空间位移常常用于描述结构体在三维空间中的变形情况。
例如，在建筑工程学中，工程师需要计算结构体在受力作用下发生的变形情况，从而确定结构体是否安全。
3.3 计算机图形学中的应用在计算机图形学中，空间位移是描述三维模型变换的重要概念。
剪力墙结构的内力与位移计算在现代建筑结构设计中，剪力墙结构因其良好的抗震性能和空间整体性而被广泛应用。
要确保剪力墙结构的安全性和稳定性，准确计算其内力与位移至关重要。
接下来，让我们一起深入探讨剪力墙结构内力与位移计算的相关知识。
剪力墙，简单来说，就是主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。
它如同建筑物的坚强卫士，能够有效地抵抗侧向力，保障建筑的稳定。
内力计算是剪力墙结构设计的关键环节之一。
在水平荷载作用下，剪力墙会产生弯矩、剪力和轴力。
计算这些内力时，需要考虑多种因素。
首先是荷载的确定。
水平荷载通常包括风荷载和地震作用。
风荷载的大小取决于建筑物所在地区的基本风压、体型系数以及高度等因素。
地震作用则需要根据抗震设防烈度、场地类别等进行计算。
其次，剪力墙的几何形状和尺寸对内力计算有着重要影响。
比如，墙的长度、厚度以及开洞情况等。
开洞会使剪力墙的刚度发生变化，从而影响内力分布。
在计算方法上，常用的有等效抗弯刚度法和有限元法等。
等效抗弯刚度法相对简单，适用于规则形状的剪力墙。
它将剪力墙等效为一个具有一定抗弯刚度的杆件，通过结构力学的方法计算内力。
有限元法则能够更精确地模拟剪力墙的复杂受力情况，适用于各种形状和开洞的剪力墙，但计算过程相对复杂。
位移计算同样不容忽视。
位移过大可能导致建筑物使用功能受限，甚至影响结构的安全。
计算剪力墙的位移，需要先确定其侧向刚度。
侧向刚度与剪力墙的材料、几何形状、边界条件等密切相关。
对于混凝土剪力墙，其刚度会随着混凝土的龄期和受力状态而变化。
在计算位移时，要考虑多种因素的影响。
比如，梁和柱对剪力墙的约束作用，以及填充墙等非结构构件对结构刚度的贡献。
实际工程中，为了更准确地计算剪力墙结构的内力和位移，通常会借助计算机软件进行分析。
这些软件基于各种成熟的计算理论和算法，能够快速给出精确的结果。
然而，软件计算结果并不是绝对可靠的，工程师需要对其进行判断和校核。
这就要求工程师具备扎实的专业知识和丰富的工程经验，能够识别计算结果中的不合理之处，并进行必要的调整。
位移三维计算位移是指某个物体从一个位置移动到另一个位置的过程。
在三维空间中，位移可以用向量来表示，包括沿着x轴、y轴和z轴的位移分量。
首先，我们来讨论位移的概念。
位移是一个基本的物理量，它描述了物体在空间中的位置改变情况。
比如我们要从一座山的山脚爬到山顶，我们可以通过测量我们从山脚到山顶的距离来计算我们的位移。
位移与路径无关，只与起始位置和终止位置有关。
其次，我们来看看位移的计算方法。
在三维空间中，我们可以用一个三维向量来表示位移，即(x, y, z)。
其中，x分量代表沿着x轴方向的位移，y分量代表沿着y轴方向的位移，z分量代表沿着z轴方向的位移。
如果我们知道了起始位置和终止位置的坐标，就可以用终止位置减去起始位置，得到位移向量。
例如，终止位置坐标为(x1, y1, z1)，起始位置坐标为(x0, y0, z0)，那么位移向量为(x1 - x0, y1 - y0, z1 - z0)。
接下来，让我们来看看位移的意义。
位移不仅可以用来描述物体在空间中的位置改变情况，还可以帮助我们理解物体的运动过程。
通过观察位移的大小和方向，我们可以推断出物体是向左还是向右移动，是向上还是向下移动，是向前还是向后移动。
位移还可以用来计算物体的速度和加速度等运动参数，对于研究物体的运动规律具有重要的指导意义。
最后，让我们来应用位移的概念。
在现实生活中，位移的概念可以广泛应用于各个领域。
例如，在建筑工程中，工程师们需要计算物体的位移，以确保建筑物的结构稳定和安全；在航天领域，科学家们可以通过计算航天器的位移来确定其准确的轨道和航向；在电子游戏开发中，程序员们可以利用位移概念来实现角色的移动和碰撞检测。
综上所述，位移是描述物体在空间中位置改变的物理量，可以用三维向量来表示。
它不仅有助于我们理解物体的运动过程，还可以帮助我们计算物体的速度和加速度等运动参数。
位移的概念在各个领域都有重要的应用价值，对于我们了解和解决实际问题具有指导意义。
作业四编制有限元程序求解结构内力位移第一部分程序设计过程和子程序的说明本例为空间桁架结构有限元分析程序。
设计思路为：自然离散桁架结构，确定各节点自由度；为单元和节点编号，输入支撑信息、荷载信息、截面特性；运行程序求得刚度矩阵，继而求得节点位移和杆件内力。
程序所需各子程序已给出，在此只需编制主程序然后调用子程序求解即可。
1、主要变量及数组说明程序中要设置许多变量和数组来存放各种数据。
在本程序中，变量及数组名称选用习惯中常用的表示方法，同时遵从FORTRAN90语言的隐含规则，即由字母I-N开头的均为整型，否则为实型。
程序中的变量及数组说明详见附录源程序变量和数组说明。
2、内力计算及检算程序形成一维存储总刚子程序CONKB、解线性方程组子程序LDLTREBACK、求节点位移及单元内力子程序DISPLS。
下面是子程序的介绍。
☆SUBROUTINE FLMT(NP,NE,NN,NN1,NR,RR,ME,IT,LMT)功能：形成IT以及LMT子程序：传入参数：NP,NE ,NR,ME,RR传出参数：IT,LMT,NN,NN1☆FMAXA(NN1,NE,LMT,MAXA,NWK,NP)功能：形成MAXA数组传入参数：NN1,NE,LMT,NP传出参数：MAXA,NWK☆SUBROUTINECONKB(NP,NE,NWK,ME,X,Y,Z,AE,LMT,MAXA,CKK,NN1)功能：①根据输入的杆件编号、节点位置、杆件位置信息及截面信息，形成杆件在局部坐标系下刚度矩阵的子程序：5SUBROUTINE FKE(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,AE,AKE)传入参数：NF,NP,NE,NR, ME,X,Y,Z,AE传出参数：AKE②由局部坐标系向总体坐标系转换的子程序：SUBROUTINE FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,T)传入参数：IE,NP,NE,X,Y,Z,ME传出参数：T③矩阵转置子程序：SUBROUTINE MAT(M,N,A,B)传入参数：M,N,A传出参数：B④矩阵乘法子程序：SUBROUTINE MUL(A,B,M,N,L,AB)传入参数：A,B,M,N,L传出参数：AB传入参数：NF,NP,NE,NM,NR,ME,X,Y,Z,AE,NAE,NN1,JS传出参数：IT,MAXA,CKK，NWK☆SUBROUTINELDLTREBACK(PF,CKK,V,MAXA,NN,NWK,NN1,ISH,IOUT,NCF,NP) 功能：①将一维存储的结构刚度矩阵进行LDLT分解子程序SUBROUTINE LDLT(CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NN1)传入参数：CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NN1传出参数：MAXA,CKK②回代求解得节点位移子程序6SUBROUTINEREBACK(PF,CKK,V,MAXA,NN,NWK,NN1,NCF,NR)传入参数：PF,CKK,MAXA,NN,NWK,NN1,NCF,NR传出参数：V☆SUBROUTINEDISPLS(NP,NE,NM,NN,IT,FTOOL,DIST,AE,NAE,X,Y,Z,PP,FF,SG,SM) 功能：求单元内力、节点位移及约束反力传入参数：NP,NE,NM,NN,IT,FTOOL,AE,NAE,X,Y,Z传出参数：DIST,SG,SM,FF第二部分程序使用说明1、在使用所述桁架内力计算程序具体步骤如下：（1）绘制结构计算简图，对杆件和节点进行编号；（2）建立整体坐标系，确定各个节点的坐标；（3）填写输入数据表；（4）建立输入数据文件，文件扩展名为“.txt”；（5）运行程序，按屏幕提示语句进行操作；（6）程序运行完毕，查看输出数据文件结果。
2、参照附录部分各个变量的含义和说明，填写输入文件（1）输入NP,NE,NR,NM,NCF（2）输入X(M),Y(M),Z(M),M=1,NP（3）输入MM(M),ME(1,M),ME(2,M),M=1,NE（4）输入RR(M),M=1,NR（5）输入PF(1,M),PF(2,M),PF(3,M),PF(4,M),M=1,NCF（6）输入AE(1,1),AE(2,1)7第三部分空间桁架有限元程序1、源程序PROGRAM MAINOPEN(1,FILE="IN.TXT",STATUS='OLD')OPEN(2,FILE="OUT1.TXT",STATUS='UNKNOWN')READ(1,*)NP,NE,NR,NM,NCFCALL LAST(NP,NE,NR,NM,NCF)ENDSUBROUTINE LAST(NP,NE,NR,NM,NCF)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4(I-N)DIMENSION X(NP),Y(NP),Z(NP),MM(NE),ME(2,NE),&RR(2,NR),PF(4,NCF),AE(2,NM),SG(NE),SM(NE),&IT(3,NP),DIST(NP*3),LMT(6,NE),MAXA(1000),V(1000),CKK(1000),& FF(NP*3),PP(NP*3)READ(1,*)(X(M),Y(M),Z(M),M=1,NP)READ(1,*)(MM(I),ME(1,I),ME(2,I),I=1,NE)READ(1,*)(RR(1,M),RR(2,M),M=1,NR)READ(1,*)(PF(1,M),PF(2,M),PF(3,M),PF(4,M),M=1,NCF)READ(1,*)(AE(1,M),AE(2,M),M=1,NM)WRITE(2,'(20X,A)')'///////////////////////////////////////////'WRITE(2,'(20X,A)')'/ program for analysis of space trusses /'WRITE(2,'(20X,A)')'/ school of civil engineering CSU /'WRITE(2,'(20X,A)')'/ 2012.06.23 designed by 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FORMAT(1X,F8.0,3X,F8.3,3X,F8.3,3X,F8.3)WRITE(2,'(/A/)')'the information of sections:'WRITE(2,700)'a','e'700 FORMAT(1X,A,2X,A)WRITE(2,800)AE(1,1),AE(2,1)800 FORMAT(1X,1PE8.2,3X,F8.4)CALL FLMT(NP,NE,NN,NN1,NR,RR,ME,IT,LMT)CALL FMAXA(NN1,NE,LMT,MAXA,NWK,NP)!WRITE(*,*)(LMT(1,I),LMT(2,I),LMT(3,I),LMT(4,I),LMT(5,I),LMT(6,I) ,I=1,26)!WRITE(*,*)(MAXA(I),I=1,NN1)CALL CONKB(NP,NE,NWK,ME,X,Y,Z,AE,LMT,MAXA,CKK,NN1)!WRITE(*,*)(TAK(I,1),TAK(I,2),TAK(I,3),TAK(I,4),TAK(I,5),TAK(I,6), I=1,6)!WRITE(*,*)NWK!WRITE(*,*)(CKK(I),I=1,NWK)!CALL P1(NCF,P,PF,NP)!CALL SUPPORT(NP,NR,JS,IDS,DJS,TK,P)ISH=10CALL LDLT(CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NN1)CALL REBACK(CKK,V,MAXA,NN,NWK,NN1,NP,NCF,PF,IT)WRITE(2,'(20X,///A/)')'the result data:'WRITE(2,'(/1X,A/)')'joint displacements'10WRITE(2,'(1X,A,6X,A,15X,A,15X,A/)')'joint','U','V','W'!WRITE(2,40)(I,P(3*I-2),P(3*I-1),P(3*I),I=1,NP)!40 FORMAT(I3,4X,E11.4,4X,E11.4,4X,E11.4)!DO IE=1,NECALL DISPLS(NP,NE,NN,IT,V,DIST,AE,X,Y,Z,PP,FF,SG,SM,ME) WRITE(2,40)(I,DIST(3*I-2),DIST(3*I-1),DIST(3*I),I=1,NP)40 FORMAT(I3,4X,E11.4,4X,E11.4,4X,E11.4)!END DOWRITE (2,'(20X,/A/)')'axial force'WRITE(2,'(/1X,A,5X,A/)')'member','N'WRITE(2,50)(M,SG(M),M=1,NE)50 FORMAT(I3,4X,E10.2)WRITE (2,'(20X,/A/)')'stress'WRITE(2,'(/1X,A,5X,A/)')'member','σ'WRITE(2,60)(M,SM(M),M=1,NE)60 FORMAT(I3,4X,E10.2)RETURNEND!矩阵转置SUBROUTINE MAT(M,N,A,B)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4(I-N)DIMENSION A(M,N),B(N,M)DO I=1,M11DO J=1,NB(J,I) = A(I,J)END DOEND DORETURNEND!形成单元局部坐标系中的刚度矩阵SUBROUTINE FKE(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,AE,AKE)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)DIMENSION AKE(2,2),X(NP),Y(NP),Z(NP),ME(2,NE),AE(2,1) !WRITE(*,*)ME(1,IE)N1=ME(1,IE)N2=ME(2,IE)X1=X(N1);Y1=Y(N1);Z1=Z(N1)X2=X(N2);Y2=Y(N2);Z2=Z(N2)BL=SQRT((X2-X1)**2+(Y2-Y1)**2+(Z2-Z1)**2)WRITE(*,*)BLE0=AE(1,1)A0=AE(2,1)C=E0*A0/BL!WRITE(*,*)CAKE(1,1)=CAKE(1,2)=-C12AKE(2,1)=-CAKE(2,2)=CRETURNEND!局部坐标与总体坐标转换矩阵SUBROUTINE FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,T)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)DIMENSION X(NP),Y(NP),Z(NP),ME(2,NE),T(2,6) !WRITE(*,*)NP!WRITE(*,*)ME(1,IE)T=0N1=ME(1,IE);N2=ME(2,IE)X1=X(N1);Y1=Y(N1);Z1=Z(N1)X2=X(N2);Y2=Y(N2);Z2=Z(N2)!WRITE(*,*)X1,X2BL=SQRT((X2-X1)**2+(Y2-Y1)**2+(Z2-Z1)**2) CX=(X2-X1)/BLCY=(Y2-Y1)/BLCZ=(Z2-Z1)/BLT(1,1)=CX;T(2,4)=CXT(1,2)=CY;T(2,5)=CYT(1,3)=CZ;T(2,6)=CZ!WRITE(*,*)(T(1,I),T(2,I),I=1,6)13RETURNEND!形成IT和LMT数组SUBROUTINE FLMT(NP,NE,NN,NN1,NR,RR,ME,IT,LMT)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4(I-N)!This program forms the joint&element numbering matrix IT&LMTDIMENSION IT(3,NP),LMT(6,NE),ME(2,NE),RR(2,NR)NN=0;NN1=0;IT=0;LMT=0N=0DO I=1,NPC=0DO K=1,NRKR=RR(1,K)IF(KR.EQ.I)C=RR(2,K)ENDDONC=CC=C-NCDO J=1,3C=C*10.0L=C+0.1C=C-LIF(L.EQ.0)THENN=N+114IT(J,I)=NELSEIT(J,I)=0ENDIFENDDOENDDONN=NNN1=NN+1DO IE=1,NEDO I=1,2NI=ME(I,IE)DO J=1,3LMT((I-1)*3+J,IE)=IT(J,NI) ENDDOENDDOENDDORETURNEND!矩阵的乘法SUBROUTINE MUL(A,B,M,N,L,AB) IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N) DIMENSION A(M,N),B(N,L),AB(M,L) DO I=1,M15DO J=1,LAB(I,J)=0DO K=1,NAB(I,J)=AB(I,J)+A(I,K)*B(K,J)ENDDOENDDOENDDOEND!形成MAXA数组SUBROUTINE FMAXA(NN1,NE,LMT,MAXA,NWK,NP) IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)! This program forms the MDE address matrix MAXA of [K] DIMENSION MAXA(3*NP),LMT(6,NE)MAXA=0;NWK=0MAXA(1)=1DO I=2,NN1IP=I-1IG=IPDO IE=1,NEDO J=1,6IF(LMT(J,IE).EQ.IP) THENDO K=1,6IF(LMT(K,IE).GT.0.AND.LMT(K,IE).LE.IG) IG=LMT(K,IE)16ENDDOEND IFENDDOENDDOMAXA(I)= MAXA(I-1)+IP-IG+1ENDDONWK=MAXA(NN1)-1RETURNEND!形成一维存储数组总体刚度矩阵CKKSUBROUTINECONKB(NP,NE,NWK,ME,X,Y,Z,AE,LMT,MAXA,CKK,NN1)IMPLICIT REAL*8 (A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)DIMENSION CKK(NWK),X(NP),Y(NP),Z(NP),AE(2,1),&LMT(6,NE),ME(2,NE),MAXA(NN1),&AKE(2,2),T(2,6),TT(6,2),TAK(6,6),AK(6,2)!WRITE(*,*)(LMT(1,I),LMT(2,I),LMT(3,I),LMT(4,I),LMT(5,I),L MT(6,I),I=1,26)CKK=0!WRITE(*,*)(ME(1,IE),IE=1,NE)DO IE=1,NE!WRITE(*,*)NETAK=0K=IE17CALL FKE(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,AE,AKE)CALL FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,T)!WRITE(*,*)(T(1,I),T(2,I),I=1,6)CALL MAT(2,6,T,TT)CALL MUL(TT,AKE,6,2,2,AK)CALL MUL(AK,T,6,2,6,TAK)!CALL FLMT(NP,NE,NN,NN1,NR,RR,ME,IT,LMT) !CALL FMAXA(NN1,NE,LMT,MAXA,NWK,NP)!WRITE(*,*)LMT(1,IE)DO I=1,6DO J=1,6NI=LMT(I,IE)!WRITE(*,*)NINJ=LMT(J,IE)IF((NJ-NI).GE.0.AND.NI*NJ.GT.0)THENK=MAXA(NJ)+NJ-NICKK(K)=CKK(K)+TAK(I,J)ENDIFENDDOENDDOENDDORETURNEND!解线性方程组得位移值V18!SUBROUTINELDLTREBACK(PF,CKK,V,MAXA,IT,NN,NWK,NN1,ISH,IOUT,NCF,N P)!IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)!IMPLICIT INTEGER*4(I-N)!DIMENSIONCKK(NWK),V(NN,1),MAXA(NN1),PF(4,NCF),IT(3,NP)!CALL LDLT(CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NN1)!CALL REBACK(CKK,V,MAXA,NN,NWK,NN1,NP,NCF,PF,IT)!END!将一维存储的结构刚度矩阵进行LDLT分解SUBROUTINE LDLT(CKK,MAXA,NN,ISH,IOUT,NWK,NN1)IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)DIMENSION CKK(NWK),MAXA(NN1)IF(NN.EQ.1) RETURNDO 200 N=1,NNKN=MAXA(N)KL=KN+1KU=MAXA(N+1)-1KH=KU-KLIF(KH)304,240,210210 K=N-KHIC=0KLT=KU19DO 260 J=1,KHKLT=KLT-1IC=IC+1KI=MAXA(K)ND=MAXA(K+1)-KI-1IF(ND) 260,260,270270 KK=MIN0(IC,ND)C=0.0DO 280 L=1,KK280 C=C+CKK(KI+L)*CKK(KLT+L)CKK(KLT)=CKK(KLT)-C260 K=K+1240 K=NB=0.0DO 300 KK=KL,KUK=K-1KI=MAXA(K)C=CKK(KK)/CKK(KI)IF(ABS(C).LT.1.0E+07) GOTO 290WRITE(IOUT,2010) N,CSTOP290 B=B+C*CKK(KK)300 CKK(KK)=CCKK(KN)=CKK(KN)-B20304 IF(CKK(KN)) 310,310,200310 IF(ISH.EQ.0) GOTO 320IF(CKK(KN).EQ.0.0) CKK(KN)=-1.0E-16GOTO 200320 WRITE(IOUT,2000) N,CKK(KN)STOP200 CONTINUERETURN2000 FORMAT(//' Stop-stiffness matrix not positive& + definite',//,'nonpositive pivot for equation',&I4,//,' pivot =',E20.10)2010 FORMAT(//,' Stop-sturm sequence check failed& + because of multiplier growth for column&+ number',I4,//, ' Multiplier = ',E20.8)END!回代求解子程序SUBROUTINEREBACK(CKK,V,MAXA,NN,NWK,NN1,NP,NCF,PF,IT) IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4 (I-N)DIMENSIONCKK(NWK),V(NN),MAXA(NN1),PF(4,NCF),IT(3,NP) V=0DO J=1,NCFM=PF(1,J)21L=IT(1,M)V(L)=PF(2,J)V(L+1)=PF(3,J)V(L+2)=PF(4,J)ENDDODO 400 N=1,NNKL=MAXA(N)+1KU=MAXA(N+1)-1IF(KU-KL) 400,410,410 410 K=NC=0.0DO 420 KK=KL,KUK=K-1420 C=C+CKK(KK)*V(K)V(N)=V(N)-C400 CONTINUEDO 480 N=1,NNK=MAXA(N)480 V(N)=V(N)/CKK(K)IF(NN.EQ.1)RETURNN=NNDO 500 L=2,NNKL=MAXA(N)+1KU=MAXA(N+1)-122IF(KU-KL) 500,510,510510 K=NDO 520 KK=KL,KUK=K-1520 V(K)=V(K)-CKK(KK)*V(N)500 N=N-1RETURNEND!求单元内力节点位移及约束SUBROUTINEDISPLS(NP,NE,NN,IT,V,DIST,AE,X,Y,Z,PP,FF,SG,SM,ME) IMPLICIT REAL*8(A-H,O-Z)IMPLICIT INTEGER*4(I-N)DIMENSIONIT(3,NP),DIST(NP*3),V(NN),T(2,6),X(NP),Y(NP),Z(NP),&TT(6,2),AE(2,1),ME(2,NE),UE(6),U(2),&AKE(2,2),FE1(2),FE(6),FF(NP*3),PP(NP*3),SG(NE),SM(NE) SG=0;SM=0;FF=0DO I=1,NPDO J=1,3LAB=IT(J,I)IF(LAB.EQ.0) THENDIST(3*(I-1)+J)=0.0ELSEIF(B.LE.NN) THENDIST(3*(I-1)+J)=V(LAB)23ENDIFENDDOENDDODO IE=1,NEN1=ME(1,IE);N2=ME(2,IE)DO J=1,3UE(J)=DIST(3*(N1-1)+J)UE(3+J)=DIST(3*(N2-1)+J)ENDDOCALL FT(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,T)CALL FKE(IE,NP,NE,X,Y,Z,ME,AE,AKE)CALL MUL(T,UE,2,6,1,U) !U=T*UE求局部坐标系中的节点位移CALL MUL(AKE,U,2,2,1,FE1) !FE1=AKE*U求单元局部坐标系节点力CALL MAT(2,6,T,TT)CALL MUL(TT,FE1,6,2,1,FE) !FE=TT*FE1DO J=1,3FF(3*(N1-1)+J)=FF(3*(N1-1)+J)+FE(J)FF(3*(N2-1)+J)=FF(3*(N2-1)+J)+FE(3+J)ENDDOAO=AE(2,1)SG(IE)=FE1(2)SM(IE)=FE1(2)/AODO I=1,NP*32425FF(I)=FF(I)-PP(I) ENDDO ENDDO RETURN END第四部分 程序使用算例121110987654321Y ZX2019181716151413121110823765419444421222324252610kNkN10说明：A=0.002，E=2.1E8输出文件OUT1 //////////////////////////////////////////// program for analysis of space trusses / / school of civil engineering CSU / / 2012.06.23 designed by Hulihua ////////////////////////////////////////////the control data:num joints num members num supports num tyepe num p12 26 4 1 2 the information of joints:num x y z1 .00E+00 .00E+00 .00E+002 .40E+01 .00E+00 .00E+003 .80E+01 .00E+00 .00E+004 .00E+00 .40E+01 .00E+005 .40E+01 .40E+01 .00E+006 .80E+01 .40E+01 .00E+007 .00E+00 .00E+00 .40E+018 .40E+01 .00E+00 .40E+019 .80E+01 .00E+00 .40E+0110 .00E+00 .40E+01 .40E+0111 .40E+01 .40E+01 .40E+0112 .80E+01 .40E+01 .40E+01the information of members:member start end1 1 22 2 33 1 44 2 55 3 66 4 57 5 68 7 8269 8 910 7 1011 8 1112 9 1213 10 1114 11 1215 1 816 3 817 4 1118 6 1119 1 1020 3 1221 1 722 2 823 3 924 4 1025 5 1126 6 12the information of supports:joint s1. .1113. .1114. .1116. .111the information of load:member x y z2710. .000 10.000 .00012. .000 10.000 .000the information of sections:a e2.10E+08 .02000the result data:joint displacementsjoint U V W1 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+002 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+003 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+004 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+005 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+006 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+007 .0000E+00 .3646E-03 .0000E+008 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+009 .0000E+00 .3646E-03 .0000E+0010 .0000E+00 .3646E-03 -.9524E-0411 .0000E+00 .0000E+00 .0000E+0012 .0000E+00 .3646E-03 -.9524E-04axial forcemember N1 .00E+002 .00E+003 .00E+00285 .00E+006 .00E+007 .00E+008 .00E+009 .00E+0010 .00E+0011 .00E+0012 .00E+0013 .00E+0014 .00E+0015 .00E+0016 .00E+0017 .00E+0018 .00E+0019 .14E+0220 .14E+0221 .00E+0022 .00E+0023 .00E+0024 -.10E+0225 .00E+0026 -.10E+02stressmember σ1 .00E+00293 .00E+004 .00E+005 .00E+006 .00E+007 .00E+008 .00E+009 .00E+0010 .00E+0011 .00E+0012 .00E+0013 .00E+0014 .00E+0015 .00E+0016 .00E+0017 .00E+0018 .00E+0019 .71E+0420 .71E+0421 .00E+0022 .00E+0023 .00E+0024 -.50E+0425 .00E+0026 -.50E+0430附录程序各种变量的说明变量含义及说明控制数据NE 杆件单元数NP 节点数NR 支撑条件数NM 截面特征类型数NCF 集中荷载数目结构描述数据ME(1,NE) 杆件始端节点号ME(2,NE) 杆件末端节点号X(NP) 节点X坐标Y(NP) 节点Y坐标Z(NP) 节点Z坐标RR(1,NP) 支撑条件所处节点号RR(2,NP) 约束条件PF(1,NP) 施加荷载的节点号PF(2,NP) X方向上施加荷载的大小（KN）PF(3,NP) Y方向上施加荷载的大小（KN）PF(4,NP) Z方向上施加荷载的大小（KN）AE(1,1) 弹性模量EIT（3，NP）节点联系数组AE(2,1) 截面尺寸AAKE 单元在局部坐标系中的刚度矩阵TAK 单元在整体坐标系中的刚度矩阵LMT 单元联系数组T 坐标转换矩阵MAXA(NN1) 整体坐标系中的刚度矩阵对角线自由度数组CKK 一维存储总体刚度矩阵SG 杆件内力SM 杆件应力DIST(3*I-2) 单元I节点X方向的位移DIST(3*I-1) 单元I节点Y方向的位移DIST(3*I) 单元I节点Z方向的位移BL 杆件长度NN 结构矩阵方程的方程总数NWK 一维存储的结构刚度矩阵元素总数31。
