应力图形法配筋程序研制与非杆系混凝土结构配筋方法比较

摘要

随着我国水利工程的大量兴建，大体积非杆系结构的应用越来越广泛。应力图形法是非杆系结构普遍采用的一种配筋计算方法，它首先求得配筋截面的线性应力分布图形，再根据拉应力图形面积确定钢筋用量。但目前尚没有与商业有限元软件对接简单，界面友好，工程师使用方便的应力图形法配筋程序。因而，研制可视化的剖面定位及按应力图形面积配筋的程序模块，很有实用价值。 同时，应力图形法和有限单元法虽然已列入我国水利土木行业的混凝土结构设计规范，但关于按内力配筋、按应力图形面积配筋与按有限元配筋计算三者之间关系的研究较少，因而有必要对这三种方法进行比较研究，明确按应力图形面积配筋的适用性。 本文对上述二个方面进行了较深入的研究，主要工作和成果如下： (1)提出了在AutoCAD界面下通过画线寻找所需剖面的思路，推导了空间结构按主拉应力分量图形面积配筋所需的有关公式。编制了剖面寻找和按应力图形面积配筋的程序模块及模块的用户图形界面。应用本文所编程序，只需通过界面操作就可实现剖面的寻找和配筋计算，避免了繁琐的人工作业。采用任意方向的悬臂梁和某拱坝的一个坝段作为考题，验证了程序的正确性、合理性和实用性。 (2)对受弯、大偏压与小偏压、大偏拉与小偏拉等杆系构件按内力配筋和按应力图形面积配筋进行了比较，结果表明后者的面积大于前者，结构按应力图形面积配筋能满足承载力能力极限状态的要求，且偏于安全。 (3)空间壁式牛腿结构的配筋计算结果表明，按计算所得钢筋用量由大到小排列，配筋方式依次为主拉应力图形法、主拉应力分量图形法、规范所列按内力配筋公式、正应力图形法。 (4)空间壁式牛腿和闸首结构按应力图形法配筋与有限元的对比计算表明，按主拉应力分量图形面积配筋能满足承载能力极限状态的要求，但不一定能满足正常使用极限状态的要求。对裂缝限制严格的非杆系结构按应力图形面积进行承载力配筋计算后，还应采用钢筋混凝土有限元进行正常使用极限状态的校核。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1非杆件结构的定义与特点

1.2非杆系结构的配筋方法

1.2.1按线性应力图形面积配筋

1.2.2按钢筋混凝土有限元法配筋

1.3本文的研究背景

1.4本文所做的工作

第二章空间结构应力图形法配筋程序模块的研制

2.1编程软件介绍

2.1.1 VBA简介

2.1.2 AutoCAD VBA和Fortran混合语言编程

2.2按主拉应力分量图形面积配筋

2.2.1坐标转换矩阵的确定

2.2.2剖面线和配筋方向的确定

2.2.3主应力大小及其方向的确定

2.2.4主拉应力分量的确定

2.2.5主拉应力合力与受拉区高度的确定

2.3空间剖面定位与剖面处理

2.3.1空间剖面定位

2.3.2剖面处理

2.4空间结构按应力图形法配筋程序模块的研制

2.4.1计算框图

2.4.2用户界面设计

2.5程序考题

2.5.1悬臂梁

2.5.2拱坝孔口

2.6小结

第三章按内力配筋与按应力图形法配筋的比较

3.1受弯构件

3.2小偏心受拉构件

3.3偏压构件

3.4大偏心受拉

3.5小结

第四章按应力图形法配筋与有限元计算的比较

4.1计算采用的有限元程序介绍

4.1.1有限元软件ABAQUS介绍

4.1.2河海大学软件HohaiRCFE介绍

4.2牛腿配筋计算

4.2.1按规范规定的牛腿计算公式配筋

4.2.2按应力图形面积配筋

4.3按有限元方法校核承载力

4.4闸首结构

4.4.1按应力图形面积配筋

4.4.2闸首结构按有限元校核裂缝宽度与承载力

4.5 小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢