道亨NSA钢管杆设计系统数据文件技术参考书

NSA柔性非线性矩阵分析核心程序技术参考(NSA钢管杆设计计算程序)(道亨版)目录

一、用途和概况2

二、数据文件22.1控制信息22.1.

1、常规填法22.1.

2、简略填法32.2直接输入的节点42.3直接输入的杆件42.4节点和杆件的成段输入52.5直接输入的断面参数52.6节点荷载62.7管状杆件力学参数的生成6

三、运行和输出XXX文件XXX文件XXX文件XXX文件XXX文件93.5.

1、管状杆件93.5.

2、非管状杆件XXX件93.6.

1、管状杆件103.6.

2、非管状杆件XXX文件11

四、同TTA的衔接124.1对TTA的改动124.1.1删去原成段输入功能124.1.2节点坐标的读入和计算124.1.3TTA数据的改动124.1.4进一步扩大了解题规模124.2有关NSA方面124.2.1来自TTA的数据124.2.2运行和输出13附录14A1关于惯性轴在空间的取向14A2部分约束节点14A3关于XXX文件14-16-NSA柔性非线性矩阵分析核心程序技术参考(NSA钢管杆设计系统数据文件参考)

一、本书的用途本书针对高级的用户。NSA钢管杆设计系统由以下六部分组成：1.主杆及横担输入界面。2.计算和导入荷载数据。3.主杆及横担计算(在Windows平台或DOS平台下)。这是本程序的核心部分。4.生成主杆，横担及连接部分计算书。5.主杆及横担绘图。6.基础设计计算及绘图。上述的“1.数据输入界面”和“2.计算和导入荷载数据”完成后，用户如果执行“高级直接操作”菜单中的“生成输入文件”子菜单，将得到一个输入数据文件(XXX)。该文件包含了钢管杆主杆计算所需要的全部的数据。即主杆计算(在Windows平台的XXX或DOS平台下的XXX)程序将使用该数据输入文件进行计算。因此，该数据文件是钢管杆主杆计算的核心输入数据。“1.数据输入界面”和“2.计算和导入荷载数据”后，最终生成该数据文件成果。系统将该数据成果拷贝到DHCADCZR_GGGCZR目录下的G文件。XXX程序运行时，则会读入G文件中的数据(以及参数文件XXX的数据)，计算钢管杆。当用户对NSA钢管杆设计系统有了深入的了解后，可以直接修改输入数据文件，最后保存到DHCADCZR_GGGCZR目录下的G文件中，然后运行XXX或DOS平台下的XXX程序，计算主杆。NSA钢管杆设计系统数据文件参考是对输入数据“G”文件的数据的详细说明。“G”文件是界面的输出文件，同时是“计算程序”(XXX)的输入文件。

二、数据文件一律按自由格式，字符型可省略引号。除首行控制信息外，一般共分6段，固定按下述顺序，其中有些段可能不需要。2.1控制信息有两种填法任选：常规填法和简略填法，后者略简便些，但不如前者适应性强些。2.1.

1、常规填法固定一行，包含10项内容，都是整型：正常的格式：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)NODMEMMINNCNLNSEGNTYPNTUBEPSNON(1)NOD-第一段数据的行数，表示的是在输入主界面输入的节点数；(2)MEM-第二段数据的行数，即直接输入的杆件数；(3)MIN-与基础连接的受约束的节点中的最小节点号，凡MIN的节点号对应的节点则是自由节点；(4)NC-荷载节点数(即导、地线节点数)；(5)NL-计算的工况数；(6)NSEG-第三段数据行数(用于成段输入节点、杆件)；(7)NTYP-第四段数据行数，即非管状杆件的断面参数的行数，具体内容见2.5节；(8)NTUB-每行一般列出1或2个管状杆件的自然段，见2.7节；百位数及百位以上位数表示挠度控制范围，个位数和十位数表示管状力学参数的行数；NTUB如果为正数就表示不优选壁厚，为负数则表示优选壁厚，如果挠度(即百位及百位以上不为0)也要优选。(9)EPS-收敛精度，以牛(或牛米)为单位，一般填1表示全部节点的不平衡力(或力矩)都小于1牛(牛米)才可结束运行；数据所能要求的最高精度为0.001牛(或牛米)，此时对应的EPS=0。(10)NON-为0时表示线性分析，为1时表示按非线性迭代到收敛。注：满应力生成的接口文件名为原数据名后加有_C，其内容与钢管杆输入数据文件内容基本相同，但缺后者中的第3和第6两段，首行控制信息也略有不同，具体见：“

第四章同TTA衔接”。2.1.

2、简略填法只保留上述10项中的5项：(3)(4)(5)(8)(10)MINNCNLNTUBNON所略去的NOD、MEM、NSEG和NTYP分别代表第1第4段的数据行数，交程序去检查；略去EPS后程序默认它是1。这种填法除首行控制信息外其余6段数据，每填完一段必须恰好插入一空白行作为结束；即使该段数据完全无内容(即行数为0)，也必须插入一行空白结束，其后还得至少再有一行空白作为文件结束。两种填法都含有的NTUB，如果0都表示包含在后述第6段数据内的管状杆件(见2.7节)的壁厚要交程序去确定，从所填的厚度开始，逐级增2毫米直至应力全面合格为止；对于主杆还要保证位于下段的厚度至少不薄于上段杆件的。NTUB的拾、个两位数用来记述第6段数据行数，如果为简略填法不妨固定填成1，反正程序要查点实际行数后自行改正之。当NTUB0时其千百两位数用来表示单杆杆顶的允许的千分值，例如：NTUB=5：表示第6段有5行数据，且不优化壁厚，而且此5还会被弃而不用，程序会自动检查管状力学参数的实有行数并取代5；NTUB=-5：表示第6段有5行数据，且壁厚交程序优化；NTUB=-1205(或-805)，除了表示第6段有5行数据，且壁厚交程序优化；还表示主杆杆顶挠度不得超过杆高的1.2%(或0.8%)。但挠度要求只限于单主杆且在第末(即第NL)工况下的情况，它应是人们最常见到的所谓日常情况，其它工况(如大风)人们难得一见，挠度无意，徒然付出高昂代价而已。双主杆一般挠度较小，程序便未考虑挠度，但可要求两主杆壁厚对应相同，为此可将NTUB的万位填成2，例如-20008，就表示有8行数据，(如为简略填法，此8不算数)，壁厚交程序优化，但应使左、右两主杆壁厚相同以保证对称。多主杆程序不考虑挠度的。2.2直接输入的节点(共NOD行)每行4项，1整数、3实数，有三种填法：要求有些差别。+_第一种J是所输入的节点号，_、Y、Z是它的坐标；+Y+ZJ_YZ程序所采用的(整体)坐标系如图示，注意Z轴朝下与重力方向一致，属右手系。注意：(整体)坐标系的原点应选在地面，使基础的Z坐标为零或很接近零。第二种J仍是节点号，但三坐标中只指定其一，其余两个为节点信息，例如指定Z坐标时就填成：J10000.00+R10000.00+SZR和S也是节点号(程序允许的最小编号为1，最大9999)，要求J在直线RS上且具有指定的Z坐标。第三种固定填成(注意仍然是一整、三实数)：10000+J10000.000+R10000.000+SF要求J位于从R出发，朝向S移动F的距离后所达到的位置，F为负数时则反向移。例如F=0.5则J是的中点；又如=3米，则若F=1.15则J在S外距S为0.153=0.45米处；若F=-0.2，则J在R外距R为0.23=0.60米处。后两种填法，如要利用的节点R、S未全包括在本段数据内，而需等到下面2.4节中通过成段输入才能形成，则第一项整数要添负，以通知程序推迟去计算坐标，以免出错。2.3直接输入的杆件(共MEM行)因下面有成段输入，此段数据有可能完全空缺(MEM=0)。每行6项，前4项是整数，角度ANG是实数，材质为字符型。JKTM3TM4ANG材质J、K是始、终节点号，J0要求从I1开始向I2等分成n段，除最后一段外均新增一个节点，编号递增S，同时新增一个杆件，总共新增n-1点，n根杆件。例如n=5时是：I

1、I1+S、I1+2S、I1+3S、I1+4S、I

2、共增4点，5杆件。显然n=1时只新增一个杆件I1I2，这时S弃而不用，可以是0或其它整数。(2)n=0这时S既是编号的增量，又是以分米为单位的距离。从I1开始，每S分米增一点，同时增一个杆件，直至最后剩余距离不超过1.5S时结束。例如S=20，相当于2米，如I1I2长9.4米，则形成：I

1、I1+

20、I1+40、I1+60、I1+80、I2共增4点、5杆件，除最后一根长1.4米外，其余均2米长。前一方法分段完全均匀，但段长需要算一下才知道；后一法除最后一段外，其余段长容易准确预知，两种各有优缺。2.5直接输入的断面参数(共NTYP行)非管状杆件只有在此提供断面参数，每行，固定按自由格式：序号AIzIySzSyS_B序号从1开始逐行连续递增，只是为了前述的TM4来引用。其余为：A=截面积，cm2Iz、Iy=最大、最小惯性矩，cm4Sz、Sy=最大、最小轴抗弯断面系数，cm3S_=抗扭惯性距，cm3B=断面抗剪不均匀系数对于桁元，除A外其余都可填成0.0汪唯注：后来，考虑剪力变形的影响，修改如下：S_=抗扭惯性距，cm3，一般填0，系统自动计算。B=断面抗剪不均匀系数，一般填2。具体说明可参见软件中的提示。2.6节点荷载(共1+(1+NC)NL行)开始一行5项内容：KV3HGTHG地形类型其中3表示荷载中只含以千牛计的力，不另含以千牛米计的力矩，否则3应改填6；KV是电压，HGT是塔全高，单位米。程序利用它俩去查表以确定风压调整系数z，该表列在XXX文件中第

9、10两行，其中前5项适用于66千伏及以下，后5项适用于更高电压；但HGT也可直接填成z同时另添负号，总之当HGT0时为压力)，Fy和Fz是两个方向的剪力，M_扭力矩，My和Mz是两个方向的弯矩。XXX文件分工况在局部坐标系中给出杆件两端的位移和转角，同时还给出该局部_、Y、Z轴在整体坐标系中的方向余弦。这个最终的局部_、Y、Z轴只适用于有关于工况，更不同于.MEM文件中的未受力的_、Y、Z轴。以上三个文件具有基础性质，不仅是后述二实用文件的依据，更可相互印证。例如.MD中的转角或位移，利用该文件中的方向余弦就可转换成整体坐标系中的转角或位移，当然应同.RN文件一致；.RM中的力或力矩也同样可转换到整体坐标系中，然后将汇集在同一节点的各杆件上的力或力矩加到一起，变号后就应是.RN中给出的该节点所应有的外力或外力矩，总之，.MD中的方向余弦是局部和整体间相互联系的纽带，正是这些方向余弦是程序的灵魂和核心。XXX文件分工况给出的数据，每个工况下的数据包括两段数据：3.5.

1、第一段数据表示管状杆件共输出15项，力的单位均为千牛，力矩为千牛米，应力毫米。这15项顺序为：(1)轴向力(2)剪力=两方向合成值=(3)扭力矩(4)始端最小轴弯矩My(5)始端最大轴弯矩Mz(6)终端最小轴弯矩My(7)终端最大轴弯矩Mz(8)始端轴向应力=积，负数表压力(9)始端剪切应力，具体内容节说明(10)始端弯曲应力，具体内容见下节说明(11)始端综合应力，具体内容见下节说明(12)终端轴向应力=积，负数表压力(13)终端剪切应力，具体内容节说明(14)终端弯曲应力，具体内容见下节说明(15)终端综合应力，具体内容见下节说明3.5.

2、第二段数据表示非管状杆件共10项，内容顺序是：(1)轴向力(2)最小轴方向的剪力(3)最大轴方向的剪力(4)扭力矩(5)始端的最小轴弯矩(6)始端的最大轴弯矩(7)终端的最小轴弯矩(8)终端的最大轴弯矩(9)始端的综合应力(10)终端的综合应力这儿所谓综合应力指：轴向应力、最小轴弯曲应力和最大轴弯曲应力三者绝对值之和。XXX件.ST件是不分工况，而是综合各工况给出最严重工况和该工况下的各个应力和应力比，后者指实际应力对允许应力的比值，用百分数表示。所谓最严重工况是指应力比达到最大值的工况。程序先在各工况内比较不同类型的应力比，挑出其最大者参与工况间对比，这样才确定出最严重工况，只输出该工况下的各型应力和应力比。具体内容也分两段数据：3.6.

1、第一段数据表示管状杆件应力严格按规定计算，每杆件三行，首先给出杆件两端节点号，材质和始、终端各自最严重的工况号。第

二、三两行分指始、终端，每端5对数值：(1)拉应力和应力比拉应力=积，但目前规定对如何扣孔尚无明确规定，考虑到拉应力超限可能性很小，暂用截面积代替，希用户注意。(2)压+弯应力和应力比为避免局部压屈，规定对多边形断面，除要根据每边的宽厚比确定受压和受弯时的允许应力外，还要进而按下式检查：而对圆环形除要根据直径确定受压允许应力和受弯允许应力外还要进而按下式检查由于前一式有量纲，后一式无量纲，为统一起见，我们将前一式改变为故程序输出的(压+弯)应力为无量纲的标么值，而应力比只是将它改成百分值而已。公式中的为压力，为截面积；至于：对于多边形它按计算，这儿下标Z指最大轴，Y指最小轴，因在刚度矩阵法中局部_轴按惯例总是用来代表形心。但对于规定表5.1中各断面，我们是取该表中的Y轴为最大轴，因而该表中的_轴为最小轴，因此只需将我们的Z换成Y，我们的Y换成_，就成为规定表述的形式其中各符号就可直接引用规定的说明；对于圆环形中的合成弯矩改用规定中的符号就是断面外圆半径或，顺序对应规定中的或参看下文对综合应力的说明。(3)剪切应力和应力比剪切应力按规定中的公式剪力V是最大、最小轴两方向的合成，参看3.5节说明，是将剪力转变成剪切应力的因数，T是扭力矩的绝对值，是将扭力矩转换成剪切应力的因数，这两个因数规定均有明确的算法，f是材料的设计应力，故0.58f是允许值。顺便指出0.58，对照下文综合应力公式就易于理解了。(4)弯曲应力及应力比弯曲应力按规定公式(多边形)或(圆环形)其中各符号均已在上面说明。(5)综合应力及应力比综合应力按规定中公式2=(2+3(V)2(多边形)或(圆环形)式中M、I和C的下标y和z，顺序对应规定原公式中的_和y，参看上文压+弯应力的说明。式中的N、Mz、My顺序为轴向力、最大、最小轴弯矩，三者都取绝对值，最大、最小惯性矩Iz、Iy，规定认为他俩相等，故除计算点至中和轴距离Cy和Cz外，其余各符号均已在以上各款中交待清楚。对于Cy和Cz，规定给出：系数KN同多边形边数或是否圆环形有关，均有明确规定可以遵照。至于角度a，规定为各种多边形罗列了所需考虑的各种数值，我们只需逐个计算并挑选最大的即可。鉴于规定为多边形所罗列的各角度，均为多边形各顶点位置，而圆环形可视为边数无限之多边形，故角度可连续变化，取090度间之一切数值，因此很容易证明公式中涉及弯矩的两项：所能达到的最大值为，其中故我们就以代替该两项给出最大的。3.6.

2、第二段数据表示非管状杆件也是每杆件三行，首行内容同管状杆件，其余二行分别给出始端和终端的各三对应力和应力比，它们顺序为：(1)最小轴应力和应力比此应力=轴向应力+最小轴弯曲应力，二者均取绝对值再迭加。(2)最大轴应力和应力比此应力=轴向应力+最大轴弯曲应力，二者均取绝对值再迭加同上。(3)综合应力和应力比综合应力为轴向应力、最大、最小轴弯曲应力三者绝对值相加，剪切应力忽略。XXX文件NSA运行完毕后，如想进而生成D_F文件看图，要接着运行D_F程序，它启动后屏幕上先显示NL=工况数，然后等待键入两整数I、K，所键入的I要K，K要NL，表示要包括从工况I直到工况K的各个变形图。0虽不对应任何工况，但却用来表示结构本身的单线图，故也是可作为I乃至K而键入的。在结构单线图上，在各节点号旁给出的是以米为单位的_、Y、Z坐标；而在工况单线图上则改成以毫米为单位的节点位移，而且受力前后的两图并列形成对比。有了D_F文件，只需进入AutoCAD下达D_FIN命令就看到了图。另外，对于有曲横担的情况，由于要分成很多短段，涉及到的节点很多，为了节省时间，可键入I、-K(K前添负号)，这样就只生成图，而不生成各有关的表，可以较快地看到图。

四、同TTA的衔接4.1对TTA的改动4.1.1删去原成段输入功能由于实际上并不需要它，删节去后倒出空间写进新内容。4.1.2节点坐标的读入和计算改用自由式格式，这样直接输入的_、Y、Z就不再受只能表达到小数后三位的，而可按实际需要准确输入；而且原第二种节点输入方式JJ1J2RIS其中的R就可不再限于整数，从而扩大了所能描述的范围，例如若R=2.5，就是定义了J应位于从J1向J25与此同时，将坐标的计算改用双精度，以便能向NSA提供准确的节点坐标。4.1.3TTA数据的改动只需改动控制信息中的首行，原用于成段输入的第10项，现在要改填成整数BL，另于其后增加一项(第11项)VAR。由于TTA具有多塔高、多接腿以及不等高腿轮换功能，故一份数据文件可能包含很多基塔，BL和VAR就是要从其中明确指定一基塔交NSA去分析。BL的拾位B用来表示本体号，个位L表明腿号，第B本体加上第L腿所构成的塔就是所指定的塔。如L腿不含高低腿(即该腿只有4个基础节点)则VAR填0；否则VAR应指明四腿的高低，例如VAR=1111就指明了4角均用矮腿。如原数据只是单基塔，则BL=10且VAR=0就指明了该塔。仅当BL和VAR明确指定了一基塔，TTA才会为该塔生成NSA所能识别的数据。BL=0(因而VAR也填0)就未指定任何塔，这样的数据在老TTA和新改的TTA都可正常运行，只是不会生成NSA所需要的数据而已。4.1.4进一步扩大了解题规模节点总数1500，杆件总数3000，号差200。4.2有关NSA方面4.2.1来自TTA的数据文件名为原数据名后加有_C，内容同用于钢管杆的数据基本相同，但缺后者中的第3和第6两段(参看2.1节)，首行控制信息也略有不同，变成(仍然全部是整型)：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)NOD-MEMMINNCNLNTYP00EPSNON(1)其中前5项同2.1节，杆件数MEM额外添有负号表明此数据源于TTA；NTYP对应2.5节的数据行数，也就是塔上各杆件所用角钢共有多少不同的截面积；随后两0表示要须序分析全部工况，当然也可改成例如1，1(只分析第一工况)或2.5(从第2至到第5工况)。EPS仍是收敛精度，TTA固定输入1。NON=1时为线性分析(不计入结构变形的影响)；NON=2时为非线性迭代，但实际上目前仅当塔上无平面节点才能顺利收敛，故TTA也固定输入1。(2)接下去为以下4段数据：节点号和它和_、Y、Z方向的坐标；杆件，内容同2.3节；NTYP行截面积，见2.5节；荷载，共1+(NC+1)NL行，内容同2.6节。(3)倒数第二行数据是：1.01.01.01.0可自行修改，NSA将用这4数去乘节点的_、Y、Z和杆件截面积，对某些探索性工作或许有点益。(4)最末行数据000.050用于形成单线图。前两个0当自动生成之侧面图不正确时应改成侧面图最上的两节点(通常应是地线挂点)；0.05表示一切与地面接行(倾斜度5%)都要画出，但稍许增大一些(例如改成不超过0.1)有可能将横担顶面和底面也画出；最后一个0可用于加几行数据以便将某些既不会出现在正面或侧面图上，又显著不同地面平行的结构面也能包括在内，想补几行就要将0改成几，每行要列出4个节点号。例如我们可将最后一行改成：XXX.081XXXX1500于是要接着补一行，用4节点说明两条边：500XXXX2903这样一来侧面图就将从节点400和402往下一直画到有关的两基础为止，一切同地面倾斜在8%以内的结构图要画出，另外还要画出下曲臂内侧面(如右图示意的)。901900但对于多数铁塔来说，数据最末行可不必改动，仅当生成的图有缺陷时再考虑去改。4.2.2运行和输出启动NSA后会生成以下几份文件：.RN文件分工况列出节点位移和不平衡力，以及外荷同基础反作用的平衡程度；.RM文件分工况列出各杆件的轴向力(即内力)；.BRI文件综合各工况列出杆件最大拉力和最大压力，以及相应工况；.VOL文件给出各自由节点的节点体积；.DGN文件分工况列出刚度矩阵主对角线元素在形成之初和消元刚结束时的数值。最后二文件有助于查找不平衡或出现异常的原因。接着启动D_F程序，但当屏幕上显示NL=工况数并等待键入两整数I、K时，只宜键入相同的两数，例如键入0,0所得到的是铁塔单线图的.D_F文件，如果键入1,1(或2,2等)就可得出工况1(或工况2等)的变形图XXX(或XXX等)。附录A1关于惯性轴在空间的取向由于杆件横截面上的最大、最小轴相互正交，它俩又都同杆件形心线正交，故它们三者可形成一直角坐标系，即杆件局部坐标系。习惯上多取形心线为局部_轴，原点位于杆件始端，从始端看终端作为+_方向，局部Y轴选用断面上的最小轴，于是最大轴就成为局部Z轴。另一方面，单纯明确形心还不足以明确杆件如何安装，因杆件仍可绕形心线自由旋转，还必须明确转到什么方位才符合要求，这就涉及到最大(或最小)轴在空间究竟应取什么方向的问题。我们是采用通过TM3在整体_、Y、Z轴中指定一个明显不同形心平行的坐标轴来明确最大轴的方向。例如钢管主杆，一般都同地面垂直或接近垂直，因此_或Y轴都不会同其形心线平行，我们可以指定TM3=1或2，假定TM3=2，就是选择了Y轴的方向。从杆件始端朝这方向引一条直线，如果该直线恰好同形心正交(通常直立的主杆，情况正是如此)，则它就是我们所指定的最大轴方向，安装时必须将断面最大轴摆放到这条线上；如果该直线并不同形心正交(例如杆件同地面多少有些倾斜的情况)，则该直线仍然可同形心一起确定一