反弯点法及D值法设计题
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框架结构在水平荷载下的计算反弯点法和D值法一、计算反弯点法计算反弯点法是一种经验法,适用于刚度较高的结构。
它基于结构中存在的反弯点,即曲率为零的点。
通过计算这些反弯点的位置和力矩,可以得到结构的内力和变形。
计算反弯点法的计算步骤如下:1.给定结构的几何形状和边界条件,例如梁的长度、剪力边界条件等。
2.根据结构的几何形状和边界条件,计算结构的弹性曲线。
可以使用一般的弹性理论或其他适用的方法。
3.计算结构中的反弯点位置和力矩。
反弯点的位置可以通过求解结构的弹性曲线方程来获得,反弯点处的曲率为零。
力矩可以通过将荷载施加于结构上的每个部分和弹性曲线求解得到。
4.根据反弯点的位置和力矩,计算结构的内力和变形。
内力可以通过结构的受力平衡方程求解,变形可以通过结构的弹性曲线方程求解。
优点:1.相对简单易懂,不需要复杂的计算方法和软件。
缺点:1.只适用于刚度较高的结构,无法适用于柔性结构。
2.需要手工计算,计算过程繁琐。
3.无法考虑非线性和动力特性。
二、D值法D值法是一种常用的结构计算方法,适用于不同刚度的结构。
它基于结构的刚度和刚度分布,通过计算结构的刚度矩阵和荷载向量,得到结构的内力和变形。
D值法的计算步骤如下:1.给定结构的几何形状和边界条件,例如梁的长度、材料性质等。
2.根据结构的几何形状和边界条件,建立结构的刚度矩阵。
刚度矩阵可以通过结构的几何形状和材料性质计算得到。
3.根据结构的荷载,建立荷载向量。
荷载向量可以通过结构的荷载形式和大小计算得到。
4.解结构的内力和变形。
通过求解结构的刚度矩阵和荷载向量的乘积,可以得到结构的位移向量。
通过位移向量和刚度矩阵的乘积,可以得到结构的内力向量。
优点:1.适用于不同刚度的结构,可以考虑结构的非线性和动力特性。
2.可以使用计算软件进行计算,提高计算效率和准确性。
缺点:1.较为复杂,需要掌握结构力学理论和计算方法。
2.计算过程较为繁琐,需要较长的计算时间。
总结:计算反弯点法和D值法是两种常用的框架结构计算方法。
框架结构在水平荷载下的计算反弯点法和D值法资料在设计建筑结构时,考虑到水平荷载对结构的影响是必不可少的。
在这方面,反弯点方法和D值方法是两种常用的计算方法,用来评估结构的抗水平力能力。
以下是关于反弯点方法和D值方法的详细介绍和计算过程。
一、反弯点方法:反弯点方法主要用于根据结构的初始刚度和变形来计算结构的抗震性能。
它是根据结构的能量耗散特性进行设计的一种方法。
1.计算反弯点:反弯点是指结构能耗散能力较好的位置。
通常是选取结构中变形较大的地方。
计算反弯点的步骤如下:(1)计算结构的间距比:间距比可以用来确定结构变形的程度,即结构的柔性程度。
计算公式为间距比=(L1+L2)/(L1×L2),其中L1和L2是连续两个支点的间距。
(2)设计抗震体系:根据建筑物所在区域的地震烈度和结构类型,选择相应的抗震体系,如剪力墙、框架等。
(3)计算形位系数:形位系数是根据结构所在的地震烈度区域和抗震体系的性能要求确定的。
它可以用来计算反弯点的位置。
2.计算抗水平力:根据结构的刚度和变形,计算结构能够承受的最大水平力。
计算公式为:抗水平力=抗震能力系数×初始刚度×底面剪力。
3.设计结构:根据计算得到的抗水平力,选择合适的结构材料和截面尺寸,进行详细设计。
二、D值法:D值法是一种比较简单的计算方法,它是根据结构的刚度、质量和周期来评估结构的抗水平力能力的。
1.计算刚度:根据结构的材料和截面尺寸,计算结构的刚度。
刚度可以通过计算结构的弹性刚度来得到。
2.计算周期:根据结构的自振频率来计算结构的周期。
结构的周期是结构的重要参数,通常用于反应结构的动力特性。
3.计算质量:根据结构的质量和材料密度,计算结构的质量。
4.计算D值:D值是结构的抗震性能指标,可以用来评估结构的抗水平力能力。
计算公式为:D值=刚度×周期/质量。
D值越大,结构的抗水平力能力越强。
5.设计结构:根据计算得到的D值,选择合适的结构材料和截面尺寸,进行详细设计。
•反弯点法得到得D值与D值法得D值得物理意义就是什么?有何区别?分别在什么情况下使用?D值都就是指柱子得抗侧移刚度,反弯点法中D值就是指直接有结构力学确定得柱子得刚度,而D值法中得D值就是指经过梁柱线刚度得比值修正过得,也就就是在前者得基础上乘了一个修正系数(当然,这个修正系数由梁柱线刚度得比决定)。
其实反弯点法等于就是d值法得一个特殊情况只就是在计算层间位移得地方计算不同如果您发现得话反弯点法柱得弯矩为0得地方一般为1/3柱高得位置,便于计算而d值法得话就比较麻烦要计算弯矩分配情况明白不?柱得抗侧移刚度不但与柱得线刚度与层高有关,而且还与梁得线刚度有关,另外,柱得反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁得线刚度比,上下层层高得变化等因素有关。
日本武藤清教授在分析了上述影响因素得基础上,对反弯点法中柱得抗侧移刚度与反弯点高度进行了修正。
修正后,柱得抗侧移刚度以D表示,故此法又称“D值法”,也称为修正反弯点法。
D值法有四项假定:1.假定计算目标柱及与其上下相邻柱得线刚度均为ic2ﻫ。
假定计算目标柱及与其上下相邻柱得层间水平位移均为Δμ3、假定计算目标柱两端节点及与其上下左右相邻得各个节点得转角均为θ4ﻫ。
假定与目标柱相交得横梁得线刚度分别为i1,i2,i3,i4反弯点法适用于梁柱线刚度比大于3得情况,它不考虑由于层高得变化及梁柱截面尺寸得变化对反弯点高度得影响。
而D值法考虑了以上因素得影响并对反弯点高度进行修正。
2.D值得物理意义就是什么?影响因素有哪些?具有相同截面得边柱与中柱得D值就是否相同?具有相同截面及柱高得上层柱与底层柱得D值就是否相同(假定混凝土弹性模量相同)?3.物理意义:对反弯点法中柱得侧向刚度与反弯点高度得计算方法做了改进。
4.影响因素:具有相同截面得边住与中柱得D值不相同,因为边柱只有一根梁约束,中柱有两根梁约束;、具有相同截面及柱高得上层柱与底层柱得D值不相同,因为底层柱底端固定。
土木1204班 组员:卢焕然 邵明明 胡伟 卢鼎 刘杰 张辉 周敏
题目:试分别用反弯点法和D 值法计算下图1-1所示框架结构的内力(弯矩、剪
力、轴力)和水平位移。
图中在各杆件旁标出了线刚度,其中2600i kN m 。
图1-1: (1)反弯点法:
解:顶层柱反弯点位于柱中点
22h ,底层柱的反弯点位于柱高12
3
h 处,在反弯点处将柱切开,脱离体如图2、图3所示。
图1-2顶层脱离体:
图1-3底层脱离体:
(1)求各柱剪力分配系数k
k i
k k μ=
∑, 顶层:2
0.286223
GD IF μμ==
=⨯+
3
0.428223
HE μ=
=⨯+
底层:
3
0.3324
DA FC μμ==
=⨯+
4
0.4324
EB μ=
=⨯+
(2)计算各柱剪力:
0.2868kN 2.29kN QGD QIF F F ==⨯= 0.4288kN 3.42kN QHE F =⨯= 0.325kN 7.5kN QAD QCF F F ==⨯= 0.425kN 10kN QBE F =⨯=
(3)计算杆端弯矩,以节点E 为例说明杆端弯矩的计算 杆端弯矩:
2 3.3
3.42kN 5.64kN m 22EH QHE h M F m =-⨯
=-⨯=-⋅(反弯点位于22
h 处)
1 3.6
10kN 12kN m 3
3EB QBE h M F m =-⨯
=-⨯
=-⋅(反弯点位于柱123
h 处) 计算梁端弯矩时,先求出节点柱端弯矩之和为:
17.64kN m EH EB M M M =+=-⋅
按梁刚度分配:
12
17.647.84kN m 27ED M =⨯=⋅ 1517.649.8kN m 27
EF
M =⨯=⋅ 图1-4是刚架弯矩图:
图1-4弯矩图(单位kN m ⋅):
(2)D 值法: ①求各柱的剪力值:
12+12
=6226
=0.752+6
2
122
0.75 1.653.3
D 1.658 2.166.1
12+151215
=923
9
=0.822+9
2
1230.82 2.713.3
D 2.71
8 3.556.1V 1515
=7.522 7.5
=0.792+7.5
2
122
0.79 3.3
D 1.748 2.286.1V
12=43
0.5+4
=0.752+4
2
123
0.75 2.083.6D 12+15
=6.754
0.5+6.75
2+6.75
2
1240.83 3.073.6D
15=53
0.5+5
=0.792+5
2
120.79 3.6D 8
17
3.78
2.51 5.64
3.78
3.13
3.78
3.78
3.78
9
12.78
5.64
9.8
7.84
12
12.783.78
18
24
18
9
2.08
257.087.34
3.07
2510.467.34
2.19
257.467.34
②求个柱反弯点高度yh :
12
112,10y ,y 12
112
,30y
0.4500
0.45
1215
11215,10y ,12
112
,30y 0.45000.45
4 ,0
0.55y
3.3
0.923.6,10y 12
112
,30y 0.55000.55 6.75 ,0
0.50y
12
112,10y ,2y 12
112
,30y
0.5000
0.50
③求各柱的杆端弯矩: 第二层:
=2.16-=M 上(10.45)3.33.78=3.55-=5.64M 上(10.45)3.3 =2.160.4 3.3=3.78M 下=3.550.45 3.3=5.64M 下
第一层:
=7.08(10.6) 3.69.0M 上=10.46(10.55) 3.612.0M 上 =7.080.6 3.6=18.0M 下=10.460.55 3.6=24.0M 下
④绘制各横梁与柱的弯矩图:
8 17
3.78
2.51
5.64
3.78
3.13
3.78
3.78
3.789
12.78
5.64
9.8
7.84
12
12.78
3.78
182418
9。