筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法

2023-06-29 19:35:56 1

專利名稱：筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法
技術領域：
本發明針 對水電工程中的筒形結構建築物，提供了一種正交網格式數值配筋方 法，屬於土木工程領域的非杆件體系鋼筋混凝土結構配筋和數值仿真範疇。
背景技術：
筒形結構建築物是地下洞室中常見的一種洞室形式，如水電站調壓室等，其規模 往往巨大，結構複雜，如何進行配筋計算是工程師面臨的技術難題。筒形結構的頂部一般為 穹狀帽結構，底部設計為不規則底座，中間為筒形，具有受力合理、節省混凝土材料的優點。 一般情況下，除初期的噴錨支護外，筒形結構建築物等地下洞室還需進行鋼筋混凝土二次 襯砌支護。普通的配筋方法是預先估計鋼筋所受荷載進行結構配筋，或採用鋼筋實體單元 進行數值計算配筋。把鋼筋當作結構單元進行模擬即直觀又符合設計要求，但箍筋的首尾 焊接模擬、交叉鋼筋的焊接或綁紮模擬、鋼筋各部位受力的細節顯示等，普通的方法是難以 實現的，給研究人員確定筒形結構建築物的合理配筋方案帶來不便。

發明內容
本發明提供一種更能體現了現實鋼筋配置的網格結構、更加符合實際且可以實現 結構單元應力場和實體單元應力場的耦合的筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法。本發明採用如下技術方案
一種筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法，所述筒形結構建築物包括截面為圓 環形的筒形結構、不規則底座結構和頂部穹狀帽結構，
步驟(1)對鋼筋混凝土進行彈性計算，得到鋼筋混凝土拉應力，再根據鋼筋混凝土拉應 力，通過非杆件體系鋼筋混凝土結構配筋方法，確定筒形結構建築物的截面為圓環形的筒 形結構的配筋率、配箍率、混凝土保護層厚度、鋼筋型號，進而確定配筋環半徑R1、組成環向 箍筋的短鋼筋的實際長度I及環向
相鄰箍筋的縱向間距；確定筒形結構建築物的不規則底座結構的配筋率、配箍率、混凝土保 護層厚度、鋼筋型號，進而確定箍筋的短鋼筋的實際長度及相鄰箍筋的縱向間距；確定筒形 結構建築物的頂部穹狀帽結構的配筋率、配箍率、混凝土保護層厚度、鋼筋型號，進而確定 底截面環向箍筋半徑R2、組成底截面環向箍筋的短鋼筋的實際長度及相鄰箍筋的縱向間距 d,
步驟(2)鋼筋網格結構生成
①截面為圓環形的筒形結構的鋼筋網格結構生成
根據筒形結構配筋環半徑\及每條短鋼筋的實際長度I，得到環向箍筋的節點數《，
即
η - Int(IzrRlH)
其中，mt(·)為取整函數，依次將> 根實際長度為7的短鋼筋以公用節點為交點進行首尾連接，得到底截面上的 環向箍筋的早元和公用節點，
在筒形結構的底截面與頂面之間生成一系列截面，且相鄰截面之間的距離為相鄰環向 箍筋的縱向間距，然後，將底截面上的環向箍筋的單元和公用節點向上逐層映射直至頂面 並生成在所有筒形結構的截面上，公用節點信息包括公用節點數目和公用節點坐標，單元 信息包括單元數目、由公用節點編號構築的單元結構信息，
縱向連接所有相鄰截面上的縱向相鄰公用節點，生成截面為圓環形的筒形結構的鋼筋 網格結構；
②不規則底座鋼筋的網格結構生成
根據不規則底座結構的配筋率、配箍率及混凝土保護層厚度，藉助AUTOCAD進行頂截 面、底截面設置，畫出底截面鋼筋輪廓和頂截面鋼筋輪廓，再在頂截面、底截面之間生成一 系列截面，且相鄰截面之間的距離為相鄰箍筋之間的距離，然後，將底截面上的鋼筋輪廓的 單元信息、公用節點信息及獨享節點信息向上逐層映射直至頂截面並生成在所有不規則底 座結構的截面上，公用節點信息包括公用節點數目和公用節點坐標，獨享節點信息包括獨 享節點數目和獨享節點坐標，單元信息包括單元數目、由公用節點編號構築的單元結構信 息、由公用節點和獨享節點構築的單元結構信息，縱向連接所有相鄰截面上的縱向相鄰公 用節點，生成截面為不規則弧形的不規則底座鋼筋網格結構；
③頂部穹狀帽鋼筋網格結構生成
根據頂部穹狀帽結構底截面環向箍筋半徑R2、組成底截面環向箍筋的短鋼筋的實際 長度，得到頂部穹狀帽結構的底截面的單元信息和公用節點信息，並由所述的頂部穹狀帽 結構的底截面的單元信息和公用節點信息形成頂部穹狀帽結構的底截面環向箍筋，所述的 公用節點信息包括公用節點數目及公用節點坐標，底截面的單元信息包括單元數目及由公 用節點編號構築的單元結構信息，再在頂部穹狀帽結構的底截面與頂點之間生成一系列截 面，且相鄰截面之間的距離為相鄰箍筋之間的縱向間距d，然後將底截面環向箍筋向上進行 逐層映射且對映射的環向箍筋進行向內收縮，同時將逐層向內收縮後的環向箍筋生成在相 應的頂部穹狀帽結構的截面上，直至映射到頂點，最後，縱向向上連接所有相鄰截面上的縱 向相鄰公用節點並匯聚於頂點，
對映射的環向箍筋進行向內收縮的方法是將環向箍筋的半徑I1進行逐層遞減，
權利要求
1. 一種筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法，所述筒形結構建築物包括截面 為圓環形的筒形結構、不規則底座結構和頂部穹狀帽結構，其特徵在於，步驟(1)對鋼筋混凝土進行彈性計算，得到鋼筋混凝土拉應力，再根據鋼筋混凝土拉應 力，通過非杆件體系鋼筋混凝土結構配筋方法，確定筒形結構建築物的截面為圓環形的筒 形結構的配筋率、配箍率、混凝土保護層厚度、鋼筋型號，進而確定配筋環半徑R1、組成環向 箍筋的短鋼筋的實際長度.及環向相鄰箍筋的縱向間距；確定筒形結構建築物的不規則底座結構的配筋率、配箍率、混凝土保 護層厚度、鋼筋型號，進而確定箍筋的短鋼筋的實際長度及相鄰箍筋的縱向間距；確定筒形 結構建築物的頂部穹狀帽結構的配筋率、配箍率、混凝土保護層厚度、鋼筋型號，進而確定 底截面環向箍筋半徑R2、組成底截面環向箍筋的短鋼筋的實際長度及相鄰箍筋的縱向間距 d,步驟(2)鋼筋網格結構生成①截面為圓環形的筒形結構的鋼筋網格結構生成根據筒形結構配筋環半徑為及每條短鋼筋的實際長度I，得到環向箍筋的節點數即M = IUt(^RlI1P)其中，mt(·)為取整函數，依次將《根實際長度為1的短鋼筋以公用節點為交點進行首尾連接，得到底截面上的 環向箍筋的單元和公用節點，在筒形結構的底截面與頂面之間生成一系列截面，且相鄰截面之間的距離為相鄰環向 箍筋的縱向間距，然後，將底截面上的環向箍筋的單元和公用節點向上逐層映射直至頂面 並生成在所有筒形結構的截面上，公用節點信息包括公用節點數目和公用節點坐標，單元 信息包括單元數目、由公用節點編號構築的單元結構信息，縱向連接所有相鄰截面上的縱向相鄰公用節點，生成截面為圓環形的筒形結構的鋼筋 網格結構；②不規則底座鋼筋的網格結構生成根據不規則底座結構的配筋率、配箍率及混凝土保護層厚度，藉助AUTOCAD進行頂截 面、底截面設置，畫出底截面鋼筋輪廓和頂截面鋼筋輪廓，再在頂截面、底截面之間生成一 系列截面，且相鄰截面之間的距離為相鄰箍筋之間的距離，然後，將底截面上的鋼筋輪廓的 單元信息、公用節點信息及獨享節點信息向上逐層映射直至頂截面並生成在所有不規則底 座結構的截面上，公用節點信息包括公用節點數目和公用節點坐標，獨享節點信息包括獨 享節點數目和獨享節點坐標，單元信息包括單元數目、由公用節點編號構築的單元結構信 息、由公用節點和獨享節點構築的單元結構信息，縱向連接所有相鄰截面上的縱向相鄰公用節點，生成截面為不規則弧形的不規則底座 鋼筋網格結構；③頂部穹狀帽鋼筋網格結構生成根據頂部穹狀帽結構底截面環向箍筋半徑R2、組成底截面環向箍筋的短鋼筋的實際 長度，得到頂部穹狀帽結構的底截面的單元信息和公用節點信息，並由所述的頂部穹狀帽結構的底截面的單元信息和公用節點信息形成頂部穹狀帽結構的底截面環向箍筋，所述的 公用節點信息包括公用節點數目及公用節點坐標，底截面的單元信息包括單元數目及由公 用節點編號構築的單元結構信息，再在頂部穹狀帽結構的底截面與頂點之間生成一系列截 面，且相鄰截面之間的距離為相鄰箍筋之間的縱向間距d，然後將底截面環向箍筋向上進行 逐層映射且對映射的環向箍筋進行向內收縮，同時將逐層向內收縮後的環向箍筋生成在相 應的頂部穹狀帽結構的截面上，直至映射到頂點，最後，縱向向上連接所有相鄰截面上的縱 向相鄰公用節點並匯聚於頂點，對映射的環向箍筋進行向內收縮的方法是將環向箍筋的半徑^^進行逐層遞減，
全文摘要
一種筒形結構建築物的正交網格式數值配筋方法，通過非杆件體系鋼筋混凝土結構配筋方法，確定筒形結構建築物的截面為圓環形的筒形結構、不規則底座結構、頂部穹狀帽結構的配筋率、配箍率、混凝土保護層厚度、鋼筋型號，進而確定底截面的箍筋配筋環半徑、箍筋的短鋼筋實際長度及相鄰箍筋的縱向間距，將底截面的箍筋單元和公用節點向上逐層映射至頂面，縱向連接所有相鄰截面上的縱向相鄰公用節點，生成鋼筋網格結構，再將鋼筋網格結構的單元信息、節點信息和單元結構信息，導入三維地質模型和三維混凝土模型，參與計算，TECPLOT軟體導出鋼筋網格結構單元信息、節點信息、單元結構信息、受力信息，得到鋼筋網格結構的軸向受力、應力雲圖。
文檔編號E04C5/01GK102108715SQ20111002710
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者徐衛亞, 石崇, 聶衛平 申請人:河海大學