专利名称：筒形结构建筑物的正交网格式数值配筋方法
技术领域：
本发明针 对水电工程中的筒形结构建筑物，提供了一种正交网格式数值配筋方 法，属于土木工程领域的非杆件体系钢筋混凝土结构配筋和数值仿真范畴。
背景技术：
筒形结构建筑物是地下洞室中常见的一种洞室形式，如水电站调压室等，其规模 往往巨大，结构复杂，如何进行配筋计算是工程师面临的技术难题。筒形结构的顶部一般为 穹状帽结构，底部设计为不规则底座，中间为筒形，具有受力合理、节省混凝土材料的优点。 一般情况下，除初期的喷锚支护外，筒形结构建筑物等地下洞室还需进行钢筋混凝土二次 衬砌支护。普通的配筋方法是预先估计钢筋所受荷载进行结构配筋，或采用钢筋实体单元 进行数值计算配筋。把钢筋当作结构单元进行模拟即直观又符合设计要求，但箍筋的首尾 焊接模拟、交叉钢筋的焊接或绑扎模拟、钢筋各部位受力的细节显示等，普通的方法是难以 实现的，给研究人员确定筒形结构建筑物的合理配筋方案带来不便。
发明内容
本发明提供一种更能体现了现实钢筋配置的网格结构、更加符合实际且可以实现 结构单元应力场和实体单元应力场的耦合的筒形结构建筑物的正交网格式数值配筋方法。本发明采用如下技术方案
一种筒形结构建筑物的正交网格式数值配筋方法，所述筒形结构建筑物包括截面为圆 环形的筒形结构、不规则底座结构和顶部穹状帽结构，
步骤(1)对钢筋混凝土进行弹性计算，得到钢筋混凝土拉应力，再根据钢筋混凝土拉应 力，通过非杆件体系钢筋混凝土结构配筋方法，确定筒形结构建筑物的截面为圆环形的筒 形结构的配筋率、配箍率、混凝土保护层厚度、钢筋型号，进而确定配筋环半径R1、组成环向 箍筋的短钢筋的实际长度I及环向
相邻箍筋的纵向间距；确定筒形结构建筑物的不规则底座结构的配筋率、配箍率、混凝土保 护层厚度、钢筋型号，进而确定箍筋的短钢筋的实际长度及相邻箍筋的纵向间距；确定筒形 结构建筑物的顶部穹状帽结构的配筋率、配箍率、混凝土保护层厚度、钢筋型号，进而确定 底截面环向箍筋半径R2、组成底截面环向箍筋的短钢筋的实际长度及相邻箍筋的纵向间距 d,
步骤(2)钢筋网格结构生成
①截面为圆环形的筒形结构的钢筋网格结构生成
根据筒形结构配筋环半径\及每条短钢筋的实际长度I，得到环向箍筋的节点数《，
即
η - Int(IzrRlH)
其中，mt(·)为取整函数，依次将> 根实际长度为7的短钢筋以公用节点为交点进行首尾连接，得到底截面上的 环向箍筋的早元和公用节点，
在筒形结构的底截面与顶面之间生成一系列截面，且相邻截面之间的距离为相邻环向 箍筋的纵向间距，然后，将底截面上的环向箍筋的单元和公用节点向上逐层映射直至顶面 并生成在所有筒形结构的截面上，公用节点信息包括公用节点数目和公用节点坐标，单元 信息包括单元数目、由公用节点编号构筑的单元结构信息，
纵向连接所有相邻截面上的纵向相邻公用节点，生成截面为圆环形的筒形结构的钢筋 网格结构；
②不规则底座钢筋的网格结构生成
根据不规则底座结构的配筋率、配箍率及混凝土保护层厚度，借助AUTOCAD进行顶截 面、底截面设置，画出底截面钢筋轮廓和顶截面钢筋轮廓，再在顶截面、底截面之间生成一 系列截面，且相邻截面之间的距离为相邻箍筋之间的距离，然后，将底截面上的钢筋轮廓的 单元信息、公用节点信息及独享节点信息向上逐层映射直至顶截面并生成在所有不规则底 座结构的截面上，公用节点信息包括公用节点数目和公用节点坐标，独享节点信息包括独 享节点数目和独享节点坐标，单元信息包括单元数目、由公用节点编号构筑的单元结构信 息、由公用节点和独享节点构筑的单元结构信息，纵向连接所有相邻截面上的纵向相邻公 用节点，生成截面为不规则弧形的不规则底座钢筋网格结构；
③顶部穹状帽钢筋网格结构生成
根据顶部穹状帽结构底截面环向箍筋半径R2、组成底截面环向箍筋的短钢筋的实际 长度，得到顶部穹状帽结构的底截面的单元信息和公用节点信息，并由所述的顶部穹状帽 结构的底截面的单元信息和公用节点信息形成顶部穹状帽结构的底截面环向箍筋，所述的 公用节点信息包括公用节点数目及公用节点坐标，底截面的单元信息包括单元数目及由公 用节点编号构筑的单元结构信息，再在顶部穹状帽结构的底截面与顶点之间生成一系列截 面，且相邻截面之间的距离为相邻箍筋之间的纵向间距d，然后将底截面环向箍筋向上进行 逐层映射且对映射的环向箍筋进行向内收缩，同时将逐层向内收缩后的环向箍筋生成在相 应的顶部穹状帽结构的截面上，直至映射到顶点，最后，纵向向上连接所有相邻截面上的纵 向相邻公用节点并汇聚于顶点，
对映射的环向箍筋进行向内收缩的方法是将环向箍筋的半径I1进行逐层递减，
权利要求
1. 一种筒形结构建筑物的正交网格式数值配筋方法，所述筒形结构建筑物包括截面 为圆环形的筒形结构、不规则底座结构和顶部穹状帽结构，其特征在于，步骤(1)对钢筋混凝土进行弹性计算，得到钢筋混凝土拉应力，再根据钢筋混凝土拉应 力，通过非杆件体系钢筋混凝土结构配筋方法，确定筒形结构建筑物的截面为圆环形的筒 形结构的配筋率、配箍率、混凝土保护层厚度、钢筋型号，进而确定配筋环半径R1、组成环向 箍筋的短钢筋的实际长度.及环向相邻箍筋的纵向间距；确定筒形结构建筑物的不规则底座结构的配筋率、配箍率、混凝土保 护层厚度、钢筋型号，进而确定箍筋的短钢筋的实际长度及相邻箍筋的纵向间距；确定筒形 结构建筑物的顶部穹状帽结构的配筋率、配箍率、混凝土保护层厚度、钢筋型号，进而确定 底截面环向箍筋半径R2、组成底截面环向箍筋的短钢筋的实际长度及相邻箍筋的纵向间距 d,步骤(2)钢筋网格结构生成①截面为圆环形的筒形结构的钢筋网格结构生成根据筒形结构配筋环半径爲及每条短钢筋的实际长度I，得到环向箍筋的节点数即M = IUt(^RlI1P)其中，mt(·)为取整函数，依次将《根实际长度为1的短钢筋以公用节点为交点进行首尾连接，得到底截面上的 环向箍筋的单元和公用节点，在筒形结构的底截面与顶面之间生成一系列截面，且相邻截面之间的距离为相邻环向 箍筋的纵向间距，然后，将底截面上的环向箍筋的单元和公用节点向上逐层映射直至顶面 并生成在所有筒形结构的截面上，公用节点信息包括公用节点数目和公用节点坐标，单元 信息包括单元数目、由公用节点编号构筑的单元结构信息，纵向连接所有相邻截面上的纵向相邻公用节点，生成截面为圆环形的筒形结构的钢筋 网格结构；②不规则底座钢筋的网格结构生成根据不规则底座结构的配筋率、配箍率及混凝土保护层厚度，借助AUTOCAD进行顶截 面、底截面设置，画出底截面钢筋轮廓和顶截面钢筋轮廓，再在顶截面、底截面之间生成一 系列截面，且相邻截面之间的距离为相邻箍筋之间的距离，然后，将底截面上的钢筋轮廓的 单元信息、公用节点信息及独享节点信息向上逐层映射直至顶截面并生成在所有不规则底 座结构的截面上，公用节点信息包括公用节点数目和公用节点坐标，独享节点信息包括独 享节点数目和独享节点坐标，单元信息包括单元数目、由公用节点编号构筑的单元结构信 息、由公用节点和独享节点构筑的单元结构信息，纵向连接所有相邻截面上的纵向相邻公用节点，生成截面为不规则弧形的不规则底座 钢筋网格结构；③顶部穹状帽钢筋网格结构生成根据顶部穹状帽结构底截面环向箍筋半径R2、组成底截面环向箍筋的短钢筋的实际 长度，得到顶部穹状帽结构的底截面的单元信息和公用节点信息，并由所述的顶部穹状帽结构的底截面的单元信息和公用节点信息形成顶部穹状帽结构的底截面环向箍筋，所述的 公用节点信息包括公用节点数目及公用节点坐标，底截面的单元信息包括单元数目及由公 用节点编号构筑的单元结构信息，再在顶部穹状帽结构的底截面与顶点之间生成一系列截 面，且相邻截面之间的距离为相邻箍筋之间的纵向间距d，然后将底截面环向箍筋向上进行 逐层映射且对映射的环向箍筋进行向内收缩，同时将逐层向内收缩后的环向箍筋生成在相 应的顶部穹状帽结构的截面上，直至映射到顶点，最后，纵向向上连接所有相邻截面上的纵 向相邻公用节点并汇聚于顶点，对映射的环向箍筋进行向内收缩的方法是将环向箍筋的半径^^进行逐层递减，
全文摘要
一种筒形结构建筑物的正交网格式数值配筋方法，通过非杆件体系钢筋混凝土结构配筋方法，确定筒形结构建筑物的截面为圆环形的筒形结构、不规则底座结构、顶部穹状帽结构的配筋率、配箍率、混凝土保护层厚度、钢筋型号，进而确定底截面的箍筋配筋环半径、箍筋的短钢筋实际长度及相邻箍筋的纵向间距，将底截面的箍筋单元和公用节点向上逐层映射至顶面，纵向连接所有相邻截面上的纵向相邻公用节点，生成钢筋网格结构，再将钢筋网格结构的单元信息、节点信息和单元结构信息，导入三维地质模型和三维混凝土模型，参与计算，TECPLOT软件导出钢筋网格结构单元信息、节点信息、单元结构信息、受力信息，得到钢筋网格结构的轴向受力、应力云图。
文档编号E04C5/01GK102108715SQ20111002710
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者徐卫亚, 石崇, 聂卫平 申请人:河海大学