简支梁为出发点看手算和电算
你才是电老虎
2022年03月10日 09:44:10
只看楼主

一、引言 某个项目在用SAP2000进行分析的时候出了点小插曲(计算结果和大脑预判偏差有点大),后来检查发现是参数设置问题。这两天抽空思考了一下,以简支梁为出发点,来谈谈手算和电算。 二、内容 本部分根据我下面的内容,层层递进,开始阅读吧! 一根简支梁跨度10m,截面800x4000mm,均布荷载5000Kn/m,计算跨中挠度。(为了突出主要矛盾,数据略显夸张)

一、引言
某个项目在用SAP2000进行分析的时候出了点小插曲(计算结果和大脑预判偏差有点大),后来检查发现是参数设置问题。这两天抽空思考了一下,以简支梁为出发点,来谈谈手算和电算。
二、内容
本部分根据我下面的内容,层层递进,开始阅读吧!
一根简支梁跨度10m,截面800x4000mm,均布荷载5000Kn/m,计算跨中挠度。(为了突出主要矛盾,数据略显夸张)
感兴趣的朋友看下面内容之前,先自己算一下跨中挠度,我相信相当一部分人算不出结果。(不信的话,算完对比一下)
工作时间久了,一般都习惯用电算计算,懒得手算了,SAP2000计算得到下面结果。

  

接下来如果手算的话,大家一定听过结构力学的图乘法,根据总结的跨中挠度计算公式计算,于是得到挠度为5mm。(一部分人得到这个结果)
问题来了,差的2mm是怎么回事?稍微有点概念的朋友马上想到是剪切变形的影响。不错,软件考虑了剪切变形的影响。
如果软件不考虑剪切变形呢?看下图。

上面就是只考虑弯曲变形的结果,和手算相差无几。上面这些内容是要提醒各位朋友,对于有限元软件,一定要客观看待,不同的情况,考虑条件不一样。就像这个简支梁,一般我们只考虑弯曲变形即可,但是剪切变形是客观存在的,尤其是跨高比很小的时候,影响更大。这要求我们随时有个清醒的认知,否则我们会以为软件计算错了。
那问题来了,手算是否可以相对精准的简单校核软件计算呢?当然可以。在熟悉基本原理的基础上,可以编一些EXCEL工具,也可以用MATHCAD 编一些简单计算程序来验证,比如下图。

简支梁的问题到此告一段落,其实对一般的设计师而言,思考到这里也可以了,但是善于思考的设计师,会进一步思考一些问题:比如剪切变形?弯曲变形?更进一步的应用?
下面过渡到悬臂梁。
为了和后面的内容联系,我就考虑倒三角形荷载下的悬臂梁顶点位移。

看看软件计算位移。

再看看手算的结果(因为MATHCAD所见即所得,因此可以认为它的结果就是手算的结果)。

两者几乎相差无几。
把悬臂梁再旋转九十度,就是我们的高层建筑的简图。进一步思考的话,就可以联系到高层建筑结构的侧移刚度和位移了。(下图无缝衔接下面傅学怡大师的内容,篇幅所限,只截取部分)

最后我再附一张手动推导的剪切变形和弯曲变形的积分计算过程(貌似上一次算积分都是两年前的事了,有些生锈了)

三、小结
1、     手算是左手,电算是右手,缺一不可;
2、     手算和电算的基础是基本的结构概念和原理。
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