SUST
Collage of Engineering
School of Civil Engineering
4th Class β 7th semester β 2014
Structural Analysis II Moment Distribution Method
(Hardy Cross Method)
Tutorial No. (3)
Continuous Beams
Eng. Nyazi Tawfeeg
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
Eng.
Nya
zi T
awfe
eg
2
Example 1
Calculate the final end moments and then sketch the shear force diagram for the following beam using the Moment Distribution Method taking the Elastic Modulus (E) as constant.
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = β
πππ2
πΏ2 = β60Γ4Γ22
62 = β26.67 ππ. π
β ππ΅π΄πΉ =
ππ2π
πΏ2 =60Γ42Γ2
62 = 53.33 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = βππΏ2
12= β
20Γ32
12= β15 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = ππ·πΆ
πΉ = βππΏ
8= β
30Γ8
8= β30 ππ. π
2) Calculate the Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =1.5πΈπΌ
6=
πΈπΌ
4 β πΏππ‘ π = πΈπΌ/4 β πΎπ΄π΅ = π
β πΎπ΅πΆ =πΈπΌ
3 β πΎπ΅πΆ = 1.33π
β πΎπΆπ· =2πΈπΌ
8=
πΈπΌ
4 β πΎπΆπ· = π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+1.33π=
1
1+1.33= 0.43
β π·π΅πΆ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
1.33π
π+1.33π=
1.33
1+1.33= 0.57 ππ (π·π΅πΆ = 1 β 0.43 = 0.57)
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
1.33π
1.33π+π=
1.33
1.33+1= 0.57
β π·πΆπ· =πΎπΆπ·
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
1.33π+π=
1
1.33+1= 0.43 ππ (π·πΆπ· = 1 β 0.57 = 0.43)
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 0
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
Eng.
Nya
zi T
awfe
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3
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«ππππππππππ ππππππ
0 0.43 0.57 0.57 0.43 0
πΉ. πΈ. π -26.67 53.33 -15 15 -30 30
π΅ππππππ -16.48 -21.85 8.55 6.45
πΆππππ¦ ππ£ππ -8.24 4.28 -10.93 3.23 1
π΅ππππππ -1.84 -2.44 6.23 4.70
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.92 3.12 -1.22 2.35 2
π΅ππππππ -1.34 -1.78 0.70 0.52
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.67 0.35 -0.89 0.26 3
π΅ππππππ -0.15 -0.20 0.51 0.38
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.08 0.26 -0.10 0.19 4
π΅ππππππ -0.11 -0.15 0.06 0.04
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.06 0.03 -0.08 0.02 5
π΅ππππππ -0.01 -0.02 0.05 0.03
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.01 0.03 -0.01 0.02 6
π΅ππππππ -0.01 -0.02 0.01 0.00
πππππ π¬ππ π΄ππππππ
-36.65 33.39 -33.39 17.88 -17.88 36.07
5) The shear force diagram:
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
Eng.
Nya
zi T
awfe
eg
4
Example 2
Calculate the final end moments at joints for the following beam using the Moment Distribution Method considering the beam has a constant value of the Elastic Modulus (E).
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = βππ΅π΄
πΉ = βππΏ
8= β
20Γ4
8= β10 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = βππΏ2
12= β
4Γ52
12= β8.33 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = ππ·πΆ
πΉ = 0
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =πΈπΌ
πΏ=
πΈΓ(6000Γ10β8)
4= (6
4)(10β5πΈ) β πΏππ‘ π = (10β5πΈ) β πΎπ΄π΅ = (6
4)π = 1.5π
β πΎπ΅πΆ =πΈΓ(5000Γ10β8)
5= (5
5)(10β5πΈ) = π
β πΎπΆπ· =πΈΓ(4000Γ10β8)
7= (4
7)(10β5πΈ) = 0.57π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
1.5π
1.5π+π=
1.5
1.5+1= 0.60
β π·π΅πΆ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
1.5π+π=
1
1.5+1= 0.40
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+0.57π=
1
1+0.57= 0.64
β π·πΆπ· =πΎπΆπ·
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
0.57π
π+0.57π=
0.57
1+0.57= 0.36
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 0
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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5
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«ππππππππππ ππππππ
0 0.60 0.40 0.64 0.36 0
πΉ. πΈ. π -10 10 -8.33 8.33 0 0
π΅ππππππ -1.00 -0.67 -5.33 -3.00
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.50 -2.67 -0.34 -1.50
π΅ππππππ 1.60 1.07 0.22 0.12
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.80 0.11 0.54 0.06
π΅ππππππ -0.07 -0.04 -0.35 -0.19
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.04 -0.18 -0.02 -0.10
π΅ππππππ 0.11 0.07 0.01 0.01
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.06 0.01 0.04 0.01
π΅ππππππ -0.01 0.00 -0.03 -0.01
πΆππππ¦ ππ£ππ -0.01 -0.02 0.00 -0.01
π΅ππππππ 0.01 0.01 0.00 0.00
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.01 0.00 0.01 0.00
π΅ππππππ 0.00 0.00 -0.01 0.00
πππππ π¬ππ π΄ππππππ
-9.68 10.64 -10.64 3.07 -3.07 -1.54
Example 3
Using the Moment Distribution Method calculate the bending moment at supports for the following beam. [πΈπΌ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = βππ΅π΄
πΉ = ππ·πΈπΉ = βππΈπ·
πΉ = β10Γ42
12= β13.33 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = ππΆπ·πΉ = βππ·πΆ
πΉ = β10Γ62
12= β30 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ = πΎπ·πΈ =πΈπΌ
4 β πΎπ΄π΅ = πΎπ·πΈ = 1.5π
β πΎπ΅πΆ = πΎπΆπ· =πΈπΌ
6 β πΏππ‘ π = (πΈπΌ/6) β πΎπ΅πΆ = πΎπΆπ· = π
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
1.5π
1.5π+π= 0.60
β π·π΅πΆ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
1.5π+π= 0.40
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+π= 0.50
β π·πΆπ· =πΎπΆπ·
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+π= 0.50
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = π·π΅πΆ = 0.40 (ππππ π π¦ππππ‘ππ¦)
β π·π·πΈ = π·π΅π΄ = 0.60 (ππππ π π¦ππππ‘ππ¦)
βΉ π½ππππ‘ πΈ β π·πΈπ· = 0
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D E
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC DE ED
π«ππππππππππ ππππππ
0 0.60 0.40 0.50 0.50 0.40 0.60 0
πΉ. πΈ. π -13.33 13.33 -30 30 -30 30 -13.33 13.33
π΅ππππππ 10.00 6.67 0.00 0.00 -6.67 -10.00
πΆππππ¦ ππ£ππ 5.00 0.00 3.33 -3.33 0.00 -5.00
π΅ππππππ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
πππππ π¬ππ π΄ππππππ
-8.33 23.33 -23.33 33.33 -33.33 23.33 -23.33 8.33
Notes:
For continuous beams those symmetrical about the vertical Centre-line of the beam with odd number of supports, we can analyze just one half of the beam treating the support that located at the Centre-line of the continuous beam as edge fixed support.
For continuous beams with symmetrical spans and edge fixed supports, the Final End Moments equal the Fixed End Moments. Because there is no un-balanced moment will develop at the interior supports to be distributed.
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Example 4 (Edge simple support)
Using the Hardy Crossβs Method calculate the distributed and final end moments at the joints for the following beam. [πΈπΌ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = ππ΅π΄
πΉ = 0
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = βππΏ
8= β
16Γ5
8= β10 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = ππ·πΆ
πΉ = βππΏ2
12= β
3Γ52
12= β6.25 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ = πΎπ΅πΆ =πΈπΌ
5βΉ π & πΎπΆπ· = 0.75 (
πΈπΌ
5) = 0.75π (
πβπ π π‘ππππππ π ππ π‘βπ ππππ πππππ€ππ‘β ππππ π πππππ π π’πππππ‘ ππ πππ’πππ‘π 75% ππ ππ‘π πππ‘π’ππ π π‘ππππππ π
)
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+π= 0.50 & π·π΅πΆ = 1 β 0.50 = 0.50
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+0.75π= 0.57 & π·πΆπ· = 1 β 0.57 = 0.43
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 1
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«. π 0 0.50 0.50 0.57 0.43 1
πΉ. πΈ. π 0 0 -10 10 -6.25 6.25
π΅ππππππ -6.25
πΆππππ¦ ππ£ππ -3.13
π. πΉ. πΈ. π 0.00 0.00 -10.00 10.00 -9.38
π΅ππππππ 5.00 5.00 -0.35 -0.27
πΆππππ¦ ππ£ππ 2.50 -0.18 2.50
π΅ππππππ 0.09 0.09 -1.43 -1.08
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.05 -0.72 0.05
π΅ππππππ 0.36 0.36 -0.03 -0.02
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.18 -0.02 0.18
π΅ππππππ 0.01 0.01 -0.10 -0.08
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.01 -0.05 0.01
π΅ππππππ 0.03 0.03 -0.01 0.00
πππππ π¬. π΄ 2.74 5.49 -5.48 10.82 -10.83 0.00
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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8
Example 5 (Two edge simple supports)
Using the Moment Distribution Method calculate the moment at supports for the following beam. [πΈ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = ππ΅π΄
πΉ = β20Γ32
12= β15 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = β40Γ4
8= β20 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = β
40Γ3Γ22
52 = β19.2 ππ. π & ππ·πΆπΉ =
40Γ2Γ32
52 = 28.8 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ = 0.75 (πΈπΌ
3) =
πΈπΌ
4 βΉ π
β πΎπ΅πΆ =πΈπΌ
4 βΉ π
β πΎπΆπ· = 0.75 (2πΈπΌ
5) =
3
4(
2πΈπΌ
5) βΉ 1.2π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 1
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+π= 0.50 & π·π΅πΆ = 1 β 0.50 = 0.50
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+1.2π= 0.45 & π·πΆπ· = 1 β 0.45 = 0.55
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 1
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«. π 1 0.50 0.50 0.45 0.55 1
πΉ. πΈ. π -15 15 -20 20 -19.2 28.8
π΅ππππππ 15.00 -28.80 πΆππππ¦ ππ£ππ 7.50 -14.40
π. πΉ. πΈ. π
22.50 -20.00 20.00 -33.60
π΅ππππππ -1.25 -1.25 6.12 7.48
πΆππππ¦ ππ£ππ 3.06 -0.63
π΅ππππππ -1.53 -1.53 0.28 0.35
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.14 -0.77
π΅ππππππ -0.07 -0.07 0.35 0.42
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.18 -0.04
π΅ππππππ -0.09 -0.09 0.02 0.02
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.01 -0.05
π΅ππππππ -0.01 -0.01 0.02 0.03
πππππ π¬. π΄ 0.00 19.55 -19.56 25.30 -25.30 0.00
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9
Example 6 (Edge simple support + Cantilever)
Using the Moment Distribution Method sketch the shear force and bending moment diagrams for the beam shown below. [πΈ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = ππ΅π΄
πΉ = β20Γ82
12= β106.67 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = β60Γ4
8= β30 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = β20 Γ 2 = β40 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =2πΈπΌ
8=
πΈπΌ
4 βΉ π
β πΎπ΅πΆ = 0.75 (πΈπΌ
4) βΉ 0.75π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+0.75π= 0.57 & π·π΅πΆ = 1 β 0.57 = 0.43
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ = 1
4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C
π΄πππππ AB BA BC CB CD
π«. π 0 0.57 0.43 1
πΉ. πΈ. π -106.67 106.67 -30 30 -40
π΅ππππππ 10.00
πΆππππ¦ ππ£ππ 5.00
π. πΉ. πΈ. π -106.67 106.67 -25.00
π΅ππππππ -46.55 -35.12
πΆππππ¦ ππ£ππ -23.28
π΅ππππππ 0.00 0.00
πππππ π¬. π΄ -129.95 60.12 -60.12 40.00 -40.00
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Example 7
(Edge simple support + Cantilever + Actual joint moment)
Use the Hardy Crossβs Method to calculate the support reactions and draw the bending moment diagram for the beam shown below. [πΈπΌ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = β
40Γ3Γ22
52 = β19.2 ππ. π & ππ΅π΄πΉ =
40Γ2Γ32
52 = 28.8 ππ. π
ππ΅πΉ = β50 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = β20Γ4
8= β10 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = βππ·πΆ
πΉ = β10Γ32
12= β7.5 ππ. π
β ππ·πΈπΉ = β10 Γ 2 = β20 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =πΈπΌ
5 βΉ 0.8π
β πΎπ΅πΆ =πΈπΌ
4 βΉ π
β πΎπΆπ· = 0.75 (πΈπΌ
3) =
3
4(
πΈπΌ
3) =
πΈπΌ
4 βΉ π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
0.8π
0.8π+π= 0.44 & π·π΅πΆ = 1 β 0.44 = 0.56
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+π= 0.50 & π·πΆπ· = 1 β 0.50 = 0.50
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 1
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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4) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA Joint Moment
BC CB CD DC DE
π«. π 0 0.44 0.56 0.50 0.50 1
πΉ. πΈ. π -19.2 28.8 -50 -10 10 -7.5 7.5 -20
π΅ππππππ 12.50
πΆππππ¦ ππ£ππ 6.25
π. πΉ. πΈ. π -19.20 28.80 -50.00 -10.00 10.00 -1.25
π΅ππππππ 13.73 17.47 -4.38 -4.38
πΆππππ¦ ππ£ππ 6.87 -2.19 8.74
π΅ππππππ 0.96 1.23 -4.37 -4.37
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.48 -2.19 0.62
π΅ππππππ 0.96 1.23 -0.31 -0.31
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.48 -0.16 0.62
π΅ππππππ 0.07 0.09 -0.31 -0.31
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.04 -0.16 0.05
π΅ππππππ 0.07 0.09 -0.03 -0.03
πππππ π¬. π΄ -11.33 44.59 5.41 10.63 -10.65 20.00 -20.00
5) The support reactions and the bending moment diagram:
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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awfe
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Example 8
(Two edge simple supports + Cantilever)
Calculate the final end moments at the supports using the Moment Distribution Method for the depicted beam. π΄π π π’ππ [πΈπΌ β‘ πΆπππ π‘πππ‘]
Solution:
1) Fixed End Moments:
β ππ΅π΄πΉ =
12Γ1.52
2= 13.5 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = βππΆπ΅
πΉ = β12Γ52
12= β25 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = βππ·πΆ
πΉ = β [12Γ52
12+
60Γ5
8] = β62.5 ππ. π
2) Stiffness:
β πΎπ΅πΆ = πΎπΆπ· = 0.75 (πΈπΌ
5) βΉ π
3) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅πΆ = 1
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+π= 0.50 & π·πΆπ· = 0.50
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 1
4) Moment distribution Table:
π±ππππ B C D
π΄πππππ BA BC CB CD DC
π«. π 1 0.50 0.50 1
πΉ. πΈ. π 13.5 -25 25 -62.5 62.5
π΅ππππππ 11.50 -62.50
πΆππππ¦ ππ£ππ 5.75 -31.25
π. πΉ. πΈ. π
30.75 -93.75
π΅ππππππ 31.50 31.50
πππππ π¬. π΄ 13.50 -13.50 62.25 -62.25 0.00
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
Eng.
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eg
13
Example 10 (Support Settlement)
Calculate the final end moments and draw the shear force diagram if the support (B) sinks by (15 ππ) using the Moment Distribution Method. [ππππ πΈπΌ = 3000 ππ. π2 πππ ππππ π‘πππ‘ πππππ π‘βπ ππππ]
Solution:
1) The displacement sign:
β βπ΄= βπΆ= βπ·= 0 & βπ΅= 15 ππ
β πΉππ ππππ (π΄π΅); βπ΄π΅= +15 ππ = +0.015 π
β πΉππ ππππ (π΅πΆ); βπ΅πΆ= β15 ππ = β0.015 π
β πΉππ ππππ (πΆπ·); βπΆπ·= 0
2) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = β
πππ2
πΏ2 β6πΈπΌβ
πΏ2 = β100Γ2Γ32
52 β6Γ3000Γ0.015
52 = β82.8 ππ. π
ππ΅π΄πΉ =
ππ2π
πΏ2 β6πΈπΌβ
πΏ2 =100Γ3Γ22
52 β6Γ3000Γ0.015
52 = 37.2 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = β
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β50Γ52
12β
6Γ3000Γβ0.015
52 = β93.37 ππ. π
ππΆπ΅πΉ =
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 =50Γ52
12β
6Γ3000Γβ0.015
52 = 114.97 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = β
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β30Γ4
8β 0 = β15 ππ. π
ππ·πΆπΉ =
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 =30Γ4
8β 0 = 15 ππ. π
3) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =πΈπΌ
5 βΉ π
β πΎπ΅πΆ =πΈπΌ
5 βΉ π
β πΎπΆπ· =πΈπΌ
4 βΉ 1.2π
4) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+π= 0.50 & π·π΅πΆ = 0.50
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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eg
14
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
π
π+1.2π= 0.45 & π·πΆπ· = 1 β 0.45 = 0.55
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 0
5) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«. π 0 0.50 0.50 0.45 0.55 0
πΉ. πΈ. π -82.8 37.2 -93.37 114.97 -15 15
π΅ππππππ 28.09 28.09 -44.99 -54.98
πΆππππ¦ ππ£ππ 14.05 -22.50 14.05 -27.49
π΅ππππππ 11.25 11.25 -6.32 -7.73
πΆππππ¦ ππ£ππ 5.63 -3.16 5.63 -3.87
π΅ππππππ 1.58 1.58 -2.53 -3.10
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.79 -1.27 0.79 -1.55
π΅ππππππ 0.64 0.64 -0.36 -0.43
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.32 -0.18 0.32 -0.22
π΅ππππππ 0.09 0.09 -0.14 -0.18
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.05 -0.07 0.05 -0.09
π΅ππππππ 0.04 0.04 -0.02 -0.03
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.02 -0.01 0.02 -0.02
π΅ππππππ 0.01 0.01 -0.01 -0.01
πππππ π¬. π΄ -61.94 78.90 -78.86 81.46 -81.46 -18.24
6) The support reactions and the shear force diagram:
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15
Example 10 (Support Settlement + Edge simple support)
Calculate the final end moments, if the support (B) sinks by (10 ππ) using the Hardy Crossβs Method, taking the Bending Rigidity (πΈπΌ = 4000 ππ. π2).
Solution:
1) The displacement sign:
β πΉππ ππππ (π΄π΅); βπ΄π΅= +10 ππ = +0.01 π
β πΉππ ππππ (π΅πΆ); βπ΅πΆ= β10 ππ = β0.01 π
2) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = β
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β20Γ82
12β
6Γ2(4000)Γ0.01
82 = β114.17 ππ. π
ππ΅π΄πΉ =
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 =20Γ82
12β
6Γ2(4000)Γ0.01
82 = 99.17 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = β
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β60Γ4
8β
6Γ4000Γβ0.01
42 = β15 ππ. π
ππΆπ΅πΉ =
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 =60Γ4
8β
6Γ4000Γβ0.01
42 = 45 ππ. π
3) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =2πΈπΌ
8=
πΈπΌ
4 βΉ π
β πΎπ΅πΆ = 0.75 (πΈπΌ
4) βΉ 0.75π
4) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+0.75π= 0.57 & π·π΅πΆ = 1 β 0.57 = 0.43
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ = 1
5) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C
π΄πππππ AB BA BC CB
π«. π 0 0.57 0.43 1
πΉ. πΈ. π -114.17 99.17 -15 45
π΅ππππππ -45.00
πΆππππ¦ ππ£ππ -22.50
π. πΉ. πΈ. π -114.17 99.17 -37.50
π΅ππππππ -35.15 -26.52
πΆππππ¦ ππ£ππ -17.58
π΅ππππππ 0.00 0.00
πππππ π¬. π΄ -131.75 64.02 -64.02 0.00
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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16
Example 11 (Support Settlement + Edge simple support)
Calculate the final end moments if the support (B) sinks by (20 ππ) and support (C) by (12 ππ) using the Moment Distribution Method. [ππππ πΈπΌ = 5000 ππ. π2]
Solution:
1) The displacement sign:
β βπ΄= βπ·= 0 & βπ΅= 20 ππ & βπΆ= 12 ππ
β πΉππ ππππ (π΄π΅); βπ΄π΅= +20 ππ = +0.02 π
β πΉππ ππππ (π΅πΆ); βπ΅πΆ= β(20 β 12) = β8 ππ = β0.008 π
β πΉππ ππππ (πΆπ·); βπΆπ·= β12 ππ = β0.012 π
2) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = β
πππ2
πΏ2 β6πΈπΌβ
πΏ2 = β [30Γ2Γ42
62 +30Γ4Γ22
62 ] β6Γ2(5000)Γ0.02
62 = β73.33 ππ. π
ππ΅π΄πΉ =
πππ2
πΏ2 β6πΈπΌβ
πΏ2 = [30Γ2Γ42
62 +30Γ4Γ22
62 ] β6Γ2(5000)Γ0.02
62 = 6.67 ππ. π
β ππ΅πΆπΉ = β
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β15Γ52
12β
6Γ1.5(5000)Γβ0.008
52 = β16.85 ππ. π
ππΆπ΅πΉ =
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 =15Γ52
12β
6Γ1.5(5000)Γβ0.008
52 = 45.65 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = β
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β50Γ4
8β
6Γ5000Γβ0.012
42 = β2.5 ππ. π
ππ·πΆπΉ =
ππΏ
8β
6πΈπΌβ
πΏ2 =50Γ4
8β
6Γ5000Γβ0.012
42 = 47.5 ππ. π
3) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =2πΈπΌ
6=
πΈπΌ
3 βΉ 1.78π
β πΎπ΅πΆ =1.5πΈπΌ
5=
3πΈπΌ
10 βΉ 1.6π
β πΎπΆπ· = 0.75 (πΈπΌ
4) =
3πΈπΌ
16 βΉ π
4) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
1.78π
1.78π+1.6π= 0.53 & π·π΅πΆ = 1 β 0.53 = 0.47
Structural Analysis II Moment Distribution Method (Beams)
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17
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ =πΎπ΅πΆ
πΎπ΅πΆ+πΎπΆπ·=
1.6π
1.6π+π= 0.62 & π·πΆπ· = 1 β 0.62 = 0.38
βΉ π½ππππ‘ π· β π·π·πΆ = 1
5) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C D
π΄πππππ AB BA BC CB CD DC
π«. π 0 0.53 0.47 0.62 0.38 1
πΉ. πΈ. π -73.33 6.67 -16.85 45.65 -2.5 47.5
π΅ππππππ -47.50
πΆππππ¦ ππ£ππ -23.75
π. πΉ. πΈ. π -73.33 6.67 -16.85 45.65 -26.25
π΅ππππππ 5.40 4.78 -12.03 -7.37
πΆππππ¦ ππ£ππ 2.70 -6.02 2.39
π΅ππππππ 3.19 2.83 -1.48 -0.91
πΆππππ¦ ππ£ππ 1.60 -0.74 1.42
π΅ππππππ 0.39 0.35 -0.88 -0.54
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.20 -0.44 0.18
π΅ππππππ 0.23 0.21 -0.11 -0.07
πΆππππ¦ ππ£ππ 0.12 -0.06 0.11
π΅ππππππ 0.03 0.03 -0.07 -0.04
πππππ π¬. π΄ -68.71 15.91 -15.91 35.18 -35.18 0.00
Example 12
(Support Settlement + Edge simple support + Cantilever)
The settlement of (16 ππ) of the support (C) is due to the applied load shown. Calculate the final end moments if the Flexural Rigidity (πΈπΌ = 200 ππ. π2) along the whole length of the beam.
Solution:
1) The displacement sign:
β βπ΄= βπ΅= 0 & βπΆ= 16 ππ
β πΉππ ππππ (π΄π΅); βπ΄π΅= 0
β πΉππ ππππ (π΅πΆ); βπ΅πΆ= +16 ππ = +0.016 π
2) Fixed End Moments:
β ππ΄π΅πΉ = βππ΅π΄
πΉ = βππΏ
8= β
100Γ8
8= β100 ππ. π (
πβπππ ππ ππ πππππ‘πππππ πππ₯πππππ ππππππ‘π πππππ’π π βπ΄π΅= 0
)
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β ππ΅πΆπΉ = β
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 = β24Γ82
12β
6Γ200Γ0.016
82 = β128.3 ππ. π
β ππΆπ΅πΉ =
ππΏ2
12β
6πΈπΌβ
πΏ2 =24Γ82
12β
6Γ200Γ0.016
82 = 127.7 ππ. π
β ππΆπ·πΉ = β20 Γ 2 = β40 ππ. π
3) Stiffness:
β πΎπ΄π΅ =πΈπΌ
8 βΉ π
β πΎπ΅πΆ = 0.75 (πΈπΌ
8) βΉ 0.75π
4) Distribution factors:
βΉ π½ππππ‘ π΄ β π·π΄π΅ = 0
βΉ π½ππππ‘ π΅ β π·π΅π΄ =πΎπ΄π΅
πΎπ΄π΅+πΎπ΅πΆ=
π
π+0.75π= 0.57 & π·π΅πΆ = 1 β 0.57 = 0.43
βΉ π½ππππ‘ πΆ β π·πΆπ΅ = 1
5) Moment distribution Table:
π±ππππ A B C
π΄πππππ AB BA BC CB CD
π«. π 0 0.57 0.43 1
πΉ. πΈ. π -100 100 -128.3 127.7 -40
π΅ππππππ -87.70 πΆππππ¦ ππ£ππ -43.85
π. πΉ. πΈ. π -100.00 100.00 -172.15
π΅ππππππ 41.13 31.02
πΆππππ¦ ππ£ππ 20.57
π΅ππππππ 0.00 0.00
πππππ π¬. π΄ -79.43 141.13 -141.13 40.00 -40.00
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